长江中游陆溪口水道河床演变机理研究.pdf

泥沙研究
2013年8月
Journal of Sediment Research
第4期
长江中游陆溪口水道河床演变机理研究
陈尚坡',李义天',朱玲玲2,孙昭华
(1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉430072;2.长江委水文局,湖北武汉430010)
摘要:陆溪口河段是长江典型鹅头型汊道,滩槽演变复杂,是长江中游重点浅滩碍航河段。本文深入分析了河
段的上下游河势关系以及影响因子之间的耦合作用,认为可以将河道平面内的主流带位置作为影响河床演
变的综合动力因子,并利用特征流量的概念对主流带位置进行了定量描述。在利用特征流量揭示河床演变机
理的同时,得到了“来流过程与特征流量的相对关系决定河床演变的冲淤性质,特征流量级持续作用时间长
短与沙量的大小共同决定河床演变的幅度”的重要结论,得到了“三峡水库蓄水改变下游水沙过程,使河段航
道发展条件优于水前”的结论,并给出了具体依据。
关词:鹅头分汉水道;河床演变;河势;主流摆动;特征流量;航道整治
中図分类号:TV147
文献标识码:A
文章编号:0468-155X(2013)04-0074-07
陆溪口水道是典型鹅头型分汉水道,也是长江中游重点浅滩碍航河段。滩槽形态复杂,主流摆动频
繁,遵循着“新汊生成-发展一衰退-死亡-再生成”的周期性演变规律。2004年航道部门对水道实
施了航道整治工程,航道总体得到较大改善,但工程实施后最初几年,中港(中汉)航槽扩宽、直港(右
汉)浅滩发育,与“直港为主、中港为辅”的通航设计方案有所出入,到2008年后局面才明显改善。可见
当前对该水道河床演变机理的认识还有待进一步加强。鹅头型汉道河床演变的影响因子主要包括上游
河势、河床边界和水沙条件等,机理分析的目的旨在揭示各影响因子在河床演变过程中的作用。冷
魁等]曾对鹅头型汊道形态特征的形成过程进行了描述,并分析了边界特征和水沙条件在这一过程中
的作用,中科院地理研究所等曾根据最小势能损失定律对鹅头型汊道周期性演变机理进行了探讨,
影响因子选用了断面平均流速和河道比降。但由于问题本身的复杂性,这些研究多是关于演变机理的
定性描述,且很少考虑上游河势因子所发挥的作用。在决定河床演变的诸多因子当中,水沙条件是最为
重要和活跃的动力因子,且与河床发生直接作用,而其他因子如河势、边界等则是通过影响水沙动力条
件间接作用于河床。故本文在探讨河段上下游水道演变关系的基础上,将寻找能综合反映诸多影响因
子作用的特征水沙作为研究重点,并利用特征水沙及其持续时间趋于定量地对河段的河床演变机理进
行揭示。
河道概况
陆溪口水道上起赤壁山,下至刘家墩,河段全长约14km。水道上接石头关单一微弯河段,更
上接界牌顺直分汉河道过渡段,下连龙口顺直窄深水道。河道主要有直港、中港和园港3个汉道
以及新洲、中洲两个江心洲,周期演变进程中还会生成第4个汉道(新中港),河势如图1。左岸有
收稿日期:2012-08-11
甚金项目:国家重点基础研究发展计划(973)重大水利工程影响下河口水沙和地貌变化过程(2010CB429002)
作著简介:陈尚坡(1987-),男,江苏人,项士研究生,主要从事水力学及河流动力学方向研究。E-mail:chenshangpo2006@126.com
河流松散冲积物组成,右岸有赤壁山矶等天然控制性节点。河床中值粒径为0.11~0.23m,滩
面松散易冲刷。河段上游39km处设有螺山水文站,其间无大的分汇流,年径流量在多年平均值
上下波动,变幅有限,年输沙量在20世纪80年代较大,90年代后较均值减小近22.8%,三峡蓄水
后骤减70%以
2002年主流线
----2009年主流线
中洲
腰
洪湖市
叶家洲
新洲
基のリ?
白沙洲
赤壁山
北堤角
界牌过渡段
石头关水道
陆溪口水进
图1界牌水道一陆溪口水道河势
Fig 1 River regime of Jiepai-luxikou Reach
2上下游河势联系及变化
探讨上下游河势关系是能否揭示陆溪口河段河床演变机理的一个重要前提。陆溪口上游界
牌分汉水道有以边滩切割和过渡段主、支汊易位为主要特征的周期演变规律?,若以边滩切割、过
渡段主流上提为其新周期开始标志,陆溪口河段以新洲头窜沟出现为周期开始标志,比较两者周
期开始时间发现,两者的周期演变存在较好的对应关系,同时陆溪口河段窜沟出现在界牌河段边
滩切割主流上提后1~2年内,如表1。这主要是由界牌水道主、支汉易位引起的水动力轴线摆动
造成的。
表1上下游水道周期演变起始时间統计
Table 1 Starting time of cyclical evolution of river channels from upstream to downstream
7年
1982年
界牌河段
上边滩切割,过渡段主流上提,周期开始
陆溪口河段
1969年
1983年200年
新洲头窜沟出现,周期开始
近期上游界牌河段河勢发生了明显调整。左汉新堤夹近期经历了“先由支汉转为主汉,再由主汊
转变为支汉”的变化过程。表2统计了近期该汉分流比多年变化:2001年以前新堤夹水道分流比不足
40%,处于支汊地位,之后分流比明显增加,2002-2007年新堤夹水道分流比接近或超出总来流50%
为水流主汉道,而后分流比趋于减小,变为支汉,2009年后分流比下降至不足35%。由于界牌河段为两
汉分汉水道,两汊分流比为“此消彼长”发展关系,可知以2007-2008年为界,界牌水道右汊必经历了
由支汉转为右汉的发展过程。2002-2006年上游水道左汉新堤夹为主汉时,下游陆溪口水道进口处、
腰口ー赤壁山断面河床呈现出“左岸侧逐年淤积,右岸侧逐年神刷”的变化规律(图2),说明该时期来
流主流带贴靠右岸赤壁山节点一侧;而2007-2010年为上游水道左汉新堤夹分流比不断减小且从主汉
变为支汊时期,腰口-赤壁山断面河床呈现出“左岸側逐年冲刷,右岸侧逐年淤积”的变化规律(图2
可知该时期陆溪口进口处来流主流带偏靠左岸腰口边滩一側,远离右岸赤壁山节点,水流趋直容易进入
直港。这个认识与文献[2]认为“新堤夹右汉为主汊时主流顶冲赤壁山,中汉进流改善”的结论相左,同
时也说明文献[7]“1998年以来上游河势对陆溪口进流条件改变不大”观点也是有待商権的。
表2新提夹水道分流比多年変化
Table 2 Yearly changes of discharge ratio in Xindijia waterway
时间/年.月
1983.12
1984.08
1986.08
1991,10
1995.09
1998.11
2001.02
新堤夹分流比/%12.00
17、20
11.00
21.30
0.00
36.04
时间/年,月
2002.01
2003.09
2004.11
2005.12
2007.07
2009.02
2010.01
新堤夹分流比/%47.31
50.20
46,85
49.31
46.77
33.91