長江口雙澗沙整治工程效果及影響分析

喬紅杰　朱巧云　胡國棟

摘要：長江口如皋沙區(qū)域變化頻繁，對河勢影響較大。基于多年實測資料，分析了如皋中汊和右汊大潮落潮期分流分沙比的變化，探討了汊道斷面面積、平均流速及平均含沙量變化與分流分沙比變化的關(guān)系，評價雙澗沙整治工程的實施效果及其影響。結(jié)果表明：如皋中汊大潮落潮期分流分沙比存在明顯的洪枯季差異，枯季多年平均分流比較洪季約小4.0%，枯季多年平均分沙比較洪季約小4.7%;工程實施后，如皋中漢平均落潮分流比為28.2%，較工程前減小約2.7%，未達到工程預(yù)期效果。工程的實施對雙澗沙北水道的自然過流能力形成了約束，如皋中汊的落潮流速值和相對流速均變小，但其斷面落潮平均含沙量大多高于右汊。工程的實施對如皋中漢的分沙比影響很小。

關(guān)鍵詞：雙澗沙;整治工程;分流比;分沙比;長江口

中圖法分類號：TV143

文獻標志碼：A

DOI：10. 15974/j .cnki.slsdkb.2019. 10.006

長江口河段如皋沙群變化頻繁，對河勢影響較大。民主沙位于澄通河段的如皋沙群河段。伴隨著大量小沙體并洲、并岸n1，如皋沙群于20世紀70年代由民主沙、友誼沙、駟沙等沙體合并而來。80年代后，如皋中汊逐漸形成并發(fā)展，水流出如皋中汊后與瀏海沙水道主流匯合。2006年以來，民主沙與上游雙澗沙-5 m等高線連為一體。2012年上半年實施完成了雙澗沙守護工程。2017年初實施完成了長江南京以下12.5 m深水航道雙澗沙整治工程。本文主要分析深水航道雙澗沙整治工程的影響。

杜德軍等[2]研究了雙澗沙守護工程水動力特性，認為工程實施后，雙澗沙及其灘槽格局趨于穩(wěn)定。重大河道整治工程的實施，可能使如皋沙群河段主要汊道的水文泥沙特征發(fā)生調(diào)整，宏觀上表現(xiàn)為分流分沙比的變化，微觀上則體現(xiàn)為流速大小及方向、含沙量及斷面的沖淤變化。汊道分流比的變化也反映了該汊道的興衰[3]，為河演分析提供依據(jù)。吳志鋼等[4]研究認為，如皋沙各汊道分流比和落潮平均流速與斷面面積密切相關(guān)，河演過程主要受落潮流控制。姜寧林等[5]研究認為，上游來水量的增加，如皋右汊分流比先減小后有所增大，上游來水量減小將使如皋右汊分流比減小。

基于多年實測資料，分析如皋沙群汊道如皋中汊和右汊大潮落潮期分流分沙比的變化，探討多年來汊道斷面面積、斷面平均流速及平均含沙量的變化與分流分沙比變化的關(guān)系。在邊界條件發(fā)生變化的情況下，研究該汊道近期水動力變化特征，評價雙澗沙整治工程的實施效果及其影響。

1 河勢概況

福姜沙北汊為一條順直的汊道，長約11 km，呈西南～東北走向，一直居主汊地位。北汊寬深比較大，深槽經(jīng)常變化。河槽下段被雙澗沙分為主副槽復(fù)式斷面形態(tài)，傍福姜沙深槽稱為福中水道，傍北岸為福北水道，福北水道下連如皋中汊。

如皋中汊是20世紀70年代初期由又來沙灘面串溝演變發(fā)展而成。如皋中汊分流主要來自上游福北水道經(jīng)雙澗沙北水道的水流，福北水道、雙澗沙北水道和如皋中汊已形成平順微彎河勢。如皋中汊與雙澗沙北水道已平順銜接，基本分泄了雙澗沙北水道下泄的水流。近年來，通過整治和開發(fā)利用，焦港彎道北岸彎道河勢得以控制，中汊上段和長青沙西南部護岸工程和港口工程建設(shè)對岸線穩(wěn)定起到積極作用，未來中汊河勢將會繼續(xù)保持相對穩(wěn)定。

瀏海沙水道自護槽港至十三圩，長約22.4 km，為長江主泓所在。如皋中汊形成以后，隨著中汊的發(fā)展，主流頂沖點由原來的老海壩一帶下移至九龍港附近，主流在中汊匯流的頂沖擠壓下深槽貼岸，河床逐漸沖深。在河床沖深的同時，南岸邊坡沖刷后退，深槽也逐漸向南岸移動。該江段自20世紀70年代初期以來，多次進行護岸工程建設(shè)，工程實施效果明顯。近lOa來瀏海沙水道深槽平面位置總體變動幅度不大，但局部沖淤變化一直存在，目前河道總體處于穩(wěn)定狀態(tài)[6]。

2 雙澗沙整治工程布置及工程預(yù)期

2.1 工程布置

雙澗沙整治工程包括長江南京以下12.5m深水航道二期工程雙澗沙整治建筑物。在雙澗沙守護工程基礎(chǔ)上，進一步加強雙澗沙頭部守護。該工程開建于2015年6月，2017年2月完工，沿已有頭部潛堤走向布置，建設(shè)內(nèi)容主要為頭部潛堤、北側(cè)丁壩、南側(cè)丁壩。雙澗沙守護工程（人字型潛堤）開建于2010年年底，2012年5月完工，建設(shè)內(nèi)容主要為頭部潛堤、北順堤、南順堤;另外，福姜沙左緣丁壩開建于2016年8月，2017年3月完工。雙澗沙整治工程布置見圖1。

2.2 工程預(yù)期

通過調(diào)整頭部潛堤走向及高程，調(diào)節(jié)流量分配，丁壩起到導(dǎo)流護灘、改善航道建設(shè)及維護條件的作用。工程建設(shè)是為了達到穩(wěn)定灘槽格局、實現(xiàn)福北水道進口和福中水道進口12.5m航道初通。根據(jù)雙澗沙整治工程可行性研究成果，工程實施完成后的預(yù)期效果為：如皋中汊落潮平均流速增幅約為0.05 m/s，如皋中汊落潮分流比增加約1.17%等。

3 資料來源及方法

2004年以來，長江口水文水資源勘測局在如皋中汊、右汊斷面實施了多次水文測驗，取得流速、流量、含沙量、大斷面等成果，水文測驗斷面布置見圖2。

潮流及斷面流量采用ADCP（聲學(xué)多普勒流速剖面儀）沿斷面走航的方式[7]，實施全潮測驗;懸移質(zhì)含沙量采用1000 ml的橫式采樣器分層取樣。測驗期間，上游來水量采用大通水文站提前7d的日平均流量整編成果[8]。考慮到研究區(qū)域位于澄通河段中上段，處于洪季長江口潮流界附近[9-10]，洪季大潮的漲潮動力已較弱，落潮流成為塑造該段河床的主要動力因素，因此，文中采用大潮全潮測驗成果進行分析研究。

4 結(jié)果分析及討論

4.1 分流比變化

如皋中汊、右汊歷年大潮落潮期分流比變化情況見圖3。

自2004年以來，如皋中汊落潮分流比呈波動減小趨勢，洪枯季存在差異，平均落潮分流比為30.4%。

2012年以來，如皋中汊落潮分流比洪枯季差異顯著，洪枯季變化趨勢不一致，特別是2013年7月以來，分流比波動幅度增大。如皋中汊多年平均枯季落潮分流比較洪季小約4.0%。

（1）在枯季大潮期，如皋中汊落潮分流比自2005年以來，呈現(xiàn)出先增后降趨勢，在2012年3月達到最大值（31.2%），之后逐漸減小，多年平均為28.3%;2018年3月，如皋中汊落潮分流比為26.2%，比2012年3月減小5.0%。

（2）在洪季大潮期，上游來水較強，落潮分流比波動較小，2004-2018年，落潮分流比介于29.2%-36.0%間，平均為32.2%。自2004年以來，如皋中汊洪季落潮分流比呈波動減小趨勢，基本上維持在30.0%以上，僅在2017年8月分流比低于30.0%，為29.5%。

（3）整治工程實施后（2017年以來），如皋中汊平均落潮分流比（采用2017 - 2018年共4次測驗成果進行平均計算）為28.2%，較工程前減小約2.7%，可見工程實施對如皋中汊分流比變化有明顯影響。與工程可行性研究成果對比分析，工程尚未達到預(yù)期效果，表明工程附近河段水文情勢復(fù)雜，后期需加強監(jiān)測和分析研究工作，及時掌握河勢變化情況，確保12.5 m深水航道的安全運行。

4.2 分沙比變化

如皋中汊、右汊歷年大潮落潮期分沙比變化情況見圖4。

自2005年以來，如皋中汊落潮分沙比呈波動變化，呈階段性增減變化，但總體未現(xiàn)明顯趨勢性變化，平均落潮分沙比為32.8%。

2005 - 2013年間，如皋中汊落潮分沙比呈“先減后增”趨勢，在2011年1月達到階段性低點28.4%，在2012年11月達到階段性高點37.3%。2013年以來，該汊道落潮分沙比則波動幅度顯著增大，洪枯季分沙比差異顯著，變化趨勢不一致，如皋中汊多年平均枯季落潮分沙比較洪季小約4.70-/0。

（1）在枯季大潮期，如皋中汊落潮分沙比總體呈波動減小。2005～2012年間，枯季落潮分沙比基本維持在30.0%以上;2013-2017年，落潮分沙比均低于30.0%，在2013年11月，達到最小值（25.8%），之后逐漸增大?？菁韭涑狈稚潮冉橛?5.8%～33.9%間，平均為30.6%。

（2）洪季大潮期，自2011年以來，如皋中汊落潮分沙比總體呈“先減后增”趨勢。2015年5月達到最大值38.2%;在2017年8月達到最小值31.9%。洪季落潮分沙比多年平均為35.3%。

（3）整治工程實施后（2017年以來），如皋中汊平均落潮分沙比（采用2017-2018年共3次測驗成果進行平均計算）為32.4%，較工程前減小僅0.5%，可見工程的建設(shè)對如皋中汊分沙比影響很小。

與分流比相比，如皋中汊落潮平均分沙比較分流比高約2.4%。

4.3 討論

汊道分流分沙比的變化反映了汊道的興衰變化，在宏觀上反映了汊道水流、泥沙特性的變化。微觀上，分流分沙比的變化與斷面面積、斷面平均流速及斷面平均含沙量的變化息息相關(guān)。探討歷年斷面面積、流速及含沙量的變化規(guī)律，嘗試尋求影響汊道分流分沙比變化趨勢的主要因子，進而分析其與分流分沙比變化的內(nèi)在關(guān)系。

4.3.1 斷面面積變化

自2010年以來，如皋中汊左右兩側(cè)堤線未發(fā)生明顯變化，僅對局部易發(fā)生崩岸區(qū)域?qū)嵤┝藪伿o岸工程或崩岸加固工程，如皋中汊左右兩側(cè)Om等高線基本穩(wěn)定，未出現(xiàn)大幅度擺動[6]。通過分析近期Om以下斷面面積的變化，亦可得此結(jié)論。如皋中汊、右汊歷年Om以下斷面面積變化情況見圖5。

（1）如皋中汊。2004～2012年間，Om以下斷面面積呈增大趨勢，在2012年3月時達到最大值（ 16 500 m2），2013年后有所減小。自2013年11月以來，如皋中汊斷面面積基本穩(wěn)定，平均斷面面積約為15 000 m2，表明近期如皋中汊總體河勢較為穩(wěn)定。

（2）如皋右汊。2004 - 2015年間，Om以下斷面面積呈波動增大趨勢，在2015年9月時達到最大（ 38 500 m2）;2016年以來，則呈現(xiàn)出波動變化，顯示出該斷面沖淤變化較為頻繁。2013年11月以來，如皋右汊Om以下平均斷面面積約為37 000 m2。

多年以來，如皋中汊斷面面積約占如皋中汊與右汊面積之和的28.5%。

4.3.2 斷面平均流速變化

歷年落潮斷面平均流速見表1。如皋中汊、右汊歷年大潮落潮期斷面平均流速變化情況見圖6。

如皋中汊、右汊兩斷面平均落潮流速，洪季時明顯大于枯季。洪季時上游來水量較大，全斷面落潮平均流速亦明顯增大。

2004-2015年，如皋中汊斷面落潮平均流速大多要高于右汊，且洪季時更為明顯。2016年以來，枯季時，如皋中汊斷面落潮平均流速要略小于右汊;洪季時，如皋中汊斷面落潮平均流速僅略微大于右汊。特別是2018年3月，如皋中汊斷面落潮平均流速比右汊約小0.12 m/s，而相應(yīng)時間的落潮分流比創(chuàng)下歷史低點26.2%。雙澗沙整治工程的實施，對雙澗沙北水道下泄水流表現(xiàn)出較明顯的束縛作用，其自然過流能力受到一定程度的約束，并在如皋中汊的分流比變化中得以體現(xiàn)。

以2016年為節(jié)點，如皋中汊與右汊落潮平均流速的對比關(guān)系呈現(xiàn)新特點，如皋中汊的落潮相對流速在變小。2016-2018年，如皋中汊與右汊的落潮平均流速變量相對于右汊約為-3.2%，而2004-2015年間，流速變量相對于右汊約為14.4%。

對流速值進行分析，2016年前后，如皋中汊落潮平均流速均值（2016年前采用2004-2015年間的流速值進行平均計算，2016年后采用2016-2018年的流速值進行平均計算）分別為0.86 m/s，0.77 m/s。采用長系列多樣本平均計算，一定程度上可以弱化單次水文測驗時水流邊界條件的差異性，可以消除單次測驗成果在代表性方面的不足。雙澗沙整治工程實施后，如皋中汊落潮流速約減小0.11 m/s，工程實施尚未達到預(yù)期效果。在斷面面積基本不變的情況下，工程實施后，如皋中汊的落潮流速值和相對流速均變小，表明工程實施對雙澗沙北水道的自然過流能力形成了約束，一定程度上可以解釋如皋中汊分流比減小的原因。

4.3.3 斷面平均含沙量變化

如皋中汊、右汊歷年斷面大潮落潮期平均含沙量變化情況見圖7，歷年斷面平均含沙量見表2。自2005年以來，如皋中汊、右汊兩斷面落潮平均含沙量未出現(xiàn)趨勢性變化，含沙量高低主要受上游來水來沙情況的影響。2012年7月時，如皋中汊落潮平均含沙量達到0.292 kg/m3，右汊為0.266 kg/m，均為近期高值。據(jù)實測資料，2012年大通水文站徑流量為10 020億m，輸沙量為1.61億t，屬于豐水年，上游下泄沙量較大。

如皋中汊斷面落潮平均含沙量大多高于右汊，洪季時更為明顯;如皋中汊、右汊斷面落潮含沙量多年平均值分別為0.106 kg/m，0.088 kg/m。潮流動力強時，水體的挾沙能力亦較強，這一現(xiàn)象符合泥沙運動的一般規(guī)律。

4.4 工程實施效果未達預(yù)期的原因分析

依據(jù)歷年水文監(jiān)測資料，分析認為雙澗沙整治工程實施后，如皋中汊的落潮流速值和相對流速均變小，如皋中汊平均落潮分流比較工程前減小約2.7%，工程實施未達到預(yù)期效果，初步分析認為存在的可能原因有：

（1）靖江邊灘存在周期性的沖淤變化[11]，福北水道河勢不穩(wěn)，灘槽格局仍處于演變調(diào)整過程中;

（2）福中水道開通12.5m深水航道后，工程措施結(jié)合航道疏浚的實施使福中水道的分流能力得以提升;

（3）工程建設(shè)后，工程附近河段的總體河勢須經(jīng)過較長時間的調(diào)整，從而與工程相適應(yīng);采用近2a的水文監(jiān)測成果對工程效果進行定性分析，數(shù)據(jù)支撐力度尚顯不足，有待后續(xù)實施長期監(jiān)測及分析研究。

5 結(jié)論

基于多年實測資料，分析了如皋中汊和右汊大潮落潮期分流分沙比的變化，探討了汊道斷面面積、斷面平均流速及平均含沙量的變化與分流分沙比變化的關(guān)系，評價了雙澗沙整治工程的實施效果及其影響。結(jié)論具體如下。

（1）如皋中汊大潮落潮期分流分沙比波動變化存在洪枯季差異，多年平均枯季分流比較洪季小約4.0%，多年平均枯季分沙比較洪季小約4.7%。

（2）在斷面面積基本不變的情況下，工程實施后，如皋中汊的落潮流速值和相對流速均變小，表明工程實施對雙澗沙北水道的自然過流能力形成了約束。

（3）如皋中汊斷面落潮平均含沙量大多高于右汊，水體的挾沙能力較強;工程實施對如皋中汊的分沙比影響很小。

（4）工程實施后，如皋中汊平均落潮分流比為28.2%，較工程前減小約2.7%，未達到工程預(yù)期效果;采用近2a監(jiān)測成果對工程實施效果進行定性分析，數(shù)據(jù)支撐力度尚顯不足，建議后續(xù)實施長期監(jiān)測及分析研究。

參考文獻：

[1] 仲志余，王永忠.論長江澄通河段的綜合治理與開發(fā)[J].人民長江，2009，40（11）：1-4.

[2]杜德軍，夏云峰，聞云呈，等.福姜沙水道雙澗沙守護工程水動力特性[J]水運工程，2015（4）：1-7.

[3]劉杰，陳吉余，徐志揚.長江口深水航道治理工程實施后南北槽分汊段河床演變[J].水科學(xué)進展，2008（9）：605-612.

[4]吳志鋼，陳永平，張長寬，等.長江口如皋沙河段河演動力分析[J].人民長江，2013，44（24）：13-19.

[5]姜寧林，張長寬，陳永平，上游徑流變化對長江澄通河段汊道分流比的影響[J]人民長江，2012，43 （23）：33-36.

[6]王俊，田淳，張志林.長江口河道演變規(guī)律與治理研究[M].北京：中國水利水電出版社，2013.

[7] 田淳，劉少華，聲學(xué)多普勒測流原理及其應(yīng)用[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

[8]唐建華，徐建益，趙升偉，等.基于實測資料的長江河口南支河段鹽水入侵規(guī)律分析[J].長江流域資源與環(huán)境，2011， 20（6）： 677-684.

[9]宋蘭蘭.長江潮流界位置探討[J].水文，2002，22（5）：25-26.

[10]侯成程，朱建榮，長江河口潮流界與徑流量定量關(guān)系研究[J].華東師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（5）： 18-25.

[11]聞云呈，徐華，夏云峰，等.新水沙條件下靖江邊灘演變特性及影響因素研究[J]人民長江，2018，49（S1）： 6-10.

（編輯：唐湘茜）