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長江下游澄通河段九龍港節(jié)點控制作用變化趨向研究

2020-06-03 19:20欒華龍余文疇
水利水電快報 2020年2期

欒華龍 余文疇

摘要:長江下游澄通河段洲灘、漢道河勢格局復雜,九龍港人工節(jié)點具有承上啟下作用,對于穩(wěn)定該河段河勢起著重要作用。近期受上游水流條件及河勢變化的影響,民主沙右側灘岸沖刷后退,如皋中漢出流變化引起左側邊灘沖刷,九龍港節(jié)點段頂沖點下移,進而影響通州沙東水道進流條件。九龍港節(jié)點對下游河勢的控制作用呈趨弱態(tài)勢?;诖?,提出了九龍港節(jié)點河勢控制建議:盡快實施民主沙灘岸守護工程形成彎段控制頂沖點下移,重點是實施尾灘強化固灘;實施九龍港節(jié)點整治工程,從而恢復并加強九龍港節(jié)點的控制作用。

關鍵詞:河道演變,節(jié)點控制,灘岸沖刷,九龍港節(jié)點,澄通河段,長江下游

中圖法分類號:TV147文獻標志碼:A DOI:10.15974/j.enki.slsdkb.2020.02.005

澄通河段地處長江下游近河口段,上起江陰鵝鼻嘴,下訖常熟徐六涇,河道全長96.8km,由福姜沙汊道、如皋沙群段及通州沙汊道組成(見圖1)。其中,護漕港至十三圩港為多分汊的如皋沙群段,河道內沙洲羅列,水流分散,目前分布有雙澗沙、民主沙、長青沙、泓北沙及橫港沙,河段進出口江寬約6km,中間最寬處達10km。雙澗沙及民主沙將河道分為如皋中汊及如皋右汊,兩股水流匯合后進人瀏海沙水道下段。瀏海沙水道下段左側為水下已連為一體的長青沙、泓北沙及橫港沙,三沙與北岸之間為上口已基本淤塞、漲潮流占優(yōu)勢的天生港水道。

九龍港節(jié)點是如皋中汊與瀏海沙水道兩汊道水流交匯頂沖九龍港一帶、在護岸工程的控制下形成的人工節(jié)點,繼而隨著水流頂沖下移和護岸工程向下游延伸而形成的節(jié)點束窄段。多年來,該節(jié)點束窄段發(fā)揮著穩(wěn)定通州沙東西水道分流態(tài)勢的作用。然而,近年來隨著上游水流條件及河勢變化,九龍港節(jié)點的控制作用呈減弱態(tài)勢,并可能對通州沙汊道段灘槽格局產生自上而下的影響,威脅澄通河段河勢的穩(wěn)定。如不及時加以控制,勢必會對岸線及洲灘穩(wěn)定、航道條件、港口運行以及沿江社會經濟的可持續(xù)發(fā)展產生不利影響。

1 如皋右汊近期灘槽演變特點

1.1 雙澗沙、民主沙右緣灘岸崩退與持續(xù)下移

雙澗沙與民主沙基本連成一片后構成如皋右汊(瀏海沙水道)左邊界。以往,由福中水道和福姜沙右汊交匯后的落潮流先擺向左側雙澗沙(右側為護漕港邊灘),然后再向右岸過渡,直至九龍港節(jié)點束窄段。但近期如皋右汊中下段雙澗沙、民主沙右緣岸灘受沖后退,深槽向左彎造成主流頂沖下移。1997-2001年,如皋右汊主流開始左擺,雙澗沙右緣中下段低灘沖刷變陡;2001-2011年沖刷范圍沿沙體向下游延伸至沙尾,局部最大沖深超過12m,民主沙右緣-10m和-15m等高線分別后退270m和560m(見圖2(a));2011-2016年期間,岸灘沖刷速率加快,主要沖刷部位為雙澗沙中部至民主沙中部,最大沖深超過12m,民主沙沙尾淺灘被切沖散(見圖2(b))。

1.2 護漕港邊緣由淤積轉為沖刷

受上游福中水道主流右擺的影響,瀏海沙水道進口段-15m深槽明顯呈右擺趨勢,主流明顯有所右移,護漕港邊灘上段由淤積轉為沖刷。2001-2011年護漕港附近邊灘-10m等高線沖刷后退380m;2011-2016年護漕港邊灘沖刷持續(xù),-10m和15m等高線分別沖刷后退約90m和200m。

1.3 段山港以下邊灘沙嘴延伸,沿岸槽變?yōu)榈固?/p>

隨著護漕港邊灘的沖刷后退,其下段至段山港-5m和-10m潛邊灘在2001-2011年向江中淤寬,2011-2016年潛邊灘持續(xù)淤積展寬,邊灘沙嘴向下游延伸,段山港至渡涇港之間沿岸槽演變?yōu)榈固住?/p>

如皋右汊是澄通河段近期河勢變化最大的部位,灘槽易位是該水道河勢變化的顯著特點。20世紀70年代,受福姜沙右汊出口彎曲水流和雙澗沙水道雙重影響,進入如皋右汊的落潮流先向左彎曲,同時形成護漕港邊灘,再過渡到右岸段山港以下,水流頂沖點在老海壩一帶,使該汊右岸遭受嚴重沖刷,崩岸線長達14km,形成向右微彎的凹岸形態(tài),于是興建了長達10余千米、以丁壩組群為主要型式的保灘護岸工程。隨著雙澗沙水道的萎縮,即一股自左向右進入右汊的落潮流不斷減弱,由左向右過渡的水流頂沖點下移,段山港原-10m沙嘴及其岸之間的倒套也隨之下移,1983年沙嘴在段山港口門下游側,1993年、1997年、2001年陸續(xù)下移至渡涇港上游約0.5km,渡涇港下游2.1km和3.3km。上述邊灘沙嘴下移與相對應的雙澗沙和民主沙的灘岸變化并不完全同步,民主沙一側-20m深槽的下移稍滯后于右側-10m潛邊灘和沙嘴的下移。從如皋右汊中段(民主沙頭部)和中下段(民主沙直至沙尾)的斷面沖淤變化可以看出,在2001年之前,因受到上段彎道(護漕港邊灘對岸)掩護,左側中段河岸尚處于淤積態(tài)勢,但在2001年以后灘體則顯著沖刷后退;中下段變化較復雜,但也看出水流存在左偏的趨勢,只是水流頂沖還未下移至洲尾,該段仍為過渡段部位,到2014年-20m深槽才接近洲尾。以上分析表明,2001年是該段河道演變的轉折年。此外,自2001年開始護漕港邊灘由淤積轉為沖刷,而對岸則由沖刷轉為淤積,如皋右汊灘槽易位,原有一定約束水流的護漕港邊灘上端產生了新的沖刷,邊灘沖刷向下游發(fā)展,使該段水流有取直的趨勢,造成原頂沖老海壩的頂沖點下移到九龍港以下,給下游河勢帶來新的問題。

2 九龍港節(jié)點穩(wěn)定性分析

2.1 影響九龍港節(jié)點穩(wěn)定的因素

福中水道與福姜沙右汊交匯水流形成護漕港邊灘以來,自護漕港邊灘開始形成局部向左凹的河勢條件。此后,瀏海沙水道的河勢就遵循“緩慢向左彎-向下游發(fā)展-向右岸過渡”的趨向,2001年自左向右過渡至太字圩港,2011年和2014年過渡段逐漸下移至渡涇港,水流頂沖點也隨之下移至九龍港和九龍港以下。護漕港邊灘斷面20世紀70-80年代至2001年都是雙澗沙一側崩岸后退同時雙澗沙灘面淤高,2001-2011年則相反,右側邊灘受沖刷,說明2001年是轉折年;太字圩港斷面2001-2018年左岸大幅沖刷,右岸邊灘至2016年為大幅淤積,2016-2018年受護漕港潛邊灘下移影響近岸有沖有淤(見圖3);渡涇港斷面是過渡段的形態(tài),變化較為復雜,但其-5m以下的近岸潛心灘受到明顯沖刷,表明彎道自上而下移動基本上已經到達民主沙尾(見圖3)。

20世紀70年代,如皋中汊分流比非常?。?979年僅為9.6%),出口水流傍靠民主沙10m尾灘。隨著如皋中汊分流比增大,自1993年開始,一干河斷面右岸均受到中汊分流和近期瀏海沙水道頂沖下移的影響,自2001年以來,其左岸-5m以下邊灘一直呈單向沖刷后退之勢,2018年斷面深槽最深點高程沖深至-45m(見圖3)。

整個如皋右汊河勢的發(fā)展均有水流頂沖下移的趨向。①護漕港邊灘上段受到沖刷,邊灘約束水流作用變弱;②雙澗沙、民主沙微彎段水流頂沖下移,水流向下游相對趨直;③過渡至右岸的水流頂沖點下移,致使節(jié)點控制作用減弱;加之如皋中汊的出流使節(jié)點對岸邊灘受到顯著沖刷,也導致九龍港節(jié)點控制作用減弱。

2.2 九龍港節(jié)點段近期河床沖淤變化

20世紀80年代以來,九龍港節(jié)點段近岸河槽不斷刷深,前沿由-30m發(fā)展成-50m的貫通深潭,多處出現-60m深潭,如1983年南岸九龍港附近出現了-50m深潭,1993年出現了-55m深潭,1997年出現了-60m深潭,但深潭平面位置基本處于相對穩(wěn)定狀態(tài),2013年7月深槽刷深到-71.4m,2014年實施老海壩節(jié)點綜合整治工程,2016年近岸深槽最深點高程為-61.7m,右側近岸淤積岸深槽有所回淤,岸坡變緩。

20世紀80-90年代,九龍港節(jié)點險工段一直處于深泓近岸、坡陡流急的沖刷狀態(tài)。2001年之前,右岸深槽沖刷,左側凸岸-10m以下淤積,-10m以上沖刷;2001年以后則是右側深槽淤積,左側凸岸0m以下至槽部-35m均沖刷。這說明節(jié)點段水流向左側灘部轉移,河槽約束作用有所減弱。九龍港節(jié)點下游的十一圩斷面2001年前深槽不斷沖深,右側岸坡變陡,左側凸岸-15m以上灘部淤積;2001-2011年右側深泓有所外移,近岸深槽有所淤高,而左側凸岸-15m以下大幅沖刷,-10m以上變化不大;2011-2014年深槽進一步沖深外移,凸岸淤積形成潛邊灘,-20m以下深槽變得窄深,可見原九龍港段的頂沖點已下移至十一圩附近。

2.3 九龍港節(jié)點河床演變與通州沙汊道河勢的關系

(1)以往九龍港節(jié)點對下游河勢的控制作用。澄通河段總體河勢為張家港一南通段向北凸出,九龍港附近略向南凹進。隨著九龍港岸段護岸控制工程的加強,九龍港以下沿岸建有沙鋼多座碼頭,十二圩附近建有沙洲電廠,加上對岸泓北沙圈圍工程的束水控制作用,該段逐漸向人工節(jié)點的方向發(fā)展。多年來,該節(jié)點束窄段發(fā)揮著穩(wěn)定通州沙東西水道分流態(tài)勢的作用。

(2)與通州沙銜接段近期河床沖淤變化。九龍港節(jié)點段與通州沙汊道之間的銜接段河勢變化復雜。十三圩港斷面顯示左岸-15m以上邊灘淤積,-15m以下河道則明顯沖刷下切,上游沖刷下泄的泥沙在此形成潛心灘,斷面右側-10m以上岸灘變化不大,-10m以下則有所沖刷后退(見圖3)。該銜接段河槽主流右擺,這與九龍港節(jié)點頂沖點下移密切相關,并對通州沙東、西水道進流條件產生影響。

(3)通州沙東水道進口段河勢變化。由于九龍港節(jié)點段頂沖下移,通州沙東水道進口段主流有所右擺,深槽部位大幅度淤淺,橫港沙外側、九龍港對岸的深槽最深點從2001年的-67m淤淺至2011年的-32m,-30m等高線以下面積減小85%,任港附近的深槽最深點從2001年的-52m淤淺至-42m。2001年通州沙東水道進口段靠左岸的-20m深槽與上游-20m深槽首尾稍有交錯,之后進口段深槽頭部繼續(xù)右移。2011年上、下深槽首尾明顯交錯,到2016年形成了左、右-20m槽中間夾-15m沙埂的形態(tài)。水流右擺使左深槽大幅淤淺而原潛心灘和右潛邊灘均大幅沖刷。通呂運河口附近斷面左深槽淤積的同時,2001年右側-10m潛心灘到2014年已被沖刷成-17~-18m深槽。

總之,九龍港節(jié)點頂沖點下移影響通州沙東水道進流條件,引起下游河勢變化,表明九龍港節(jié)點對下游河勢的控制作用呈趨弱態(tài)勢。

3 九龍港節(jié)點河勢控制建議

3.1 瀏海沙水道民主沙灘岸守護和尾灘固灘

(1)實施民主沙灘岸守護工程形成彎段控制頂沖下移是當務之急。九龍港節(jié)點段頂沖點下移是節(jié)點控制作用減弱的主要表現,其原因為如皋右汊的趨直發(fā)展和如皋中汊出流條件的變化,而主要與民主沙右緣灘岸沖刷及頂沖點下移密切相關。因此,當務之急是對民主沙洲灘下段進行守護,首先控制下游末端的繼續(xù)沖刷下移,再自下而上逐段實施守護,在民主沙頭及其以上附近的雙澗沙洲灘作適當后退,形成具有進一步彎曲形態(tài)的灘岸段,從而有效地控制頂沖的下移和向右岸的過渡。

(2)尾灘強化固灘是重中之重。如果如皋右汊護漕港邊灘以下向左凹進的微彎深槽頂沖下移進一步趨直發(fā)展,不僅會給右岸段山港直至海螺碼頭的岸線利用帶來麻煩,而且頂沖下移切開民主沙尾15m沙嘴、形成潛心灘南移,將對海螺碼頭以下岸線利用造成更不利的影響,對下游河勢影響更大。民主沙尾潛邊灘沙嘴的存在有利于維護現有的河勢,抑制右岸的岸線利用朝困難的趨向發(fā)展。尾灘狹頸部位切割成為潛心灘,使局部河勢更為復雜。因此,實施民主沙尾灘強化固灘工程是重中之重。

3.2 實施九龍港節(jié)點段整治工程

九龍港節(jié)點是如皋沙群段和通州沙汊道進口段之間的銜接段,在河勢控制中具有重要作用,不僅控制如皋沙群段洲灘的下移,又為通州沙汊道提供了相對穩(wěn)定的進口條件。但根據近期該河段河勢演變分析成果,隨著如皋右汊左移且頂沖下移和如皋中汊的發(fā)展與出口水流順直下移,兩汊匯流點相應下移,節(jié)點處深槽也相應下移;節(jié)點段對岸洲體岸灘受到沖刷,沿左側已形成一個副槽。這二者變化使九龍港節(jié)點的控制作用不斷減弱。原來由節(jié)點向通州沙左汊過渡后的河勢右靠,出現東水道左深槽發(fā)生淤積、右側洲灘發(fā)生沖刷、中間出現沙埂的不利態(tài)勢,估計這種發(fā)展勢頭還將持續(xù)。如果這一趨勢得不到遏制,河勢將進一步朝不利方向發(fā)展,對通州沙東水道上段的穩(wěn)定、左岸南通岸線利用和通州沙洲體穩(wěn)定都會造成不利影響。

因此,需采取措施遏止九龍港節(jié)點控制作用的弱化趨勢,恢復并加強其控制作用,建議:①由于九龍港險工段堤外為窄灘甚至無灘,岸坡陡峻,水深流急,需繼續(xù)加固九龍港(險工)上下段的護岸工程;②對九龍港對岸長青沙洲灘(含中汊出口)沖刷崩退段實施保灘護岸工程。

4 結語

近年來,受瀏海沙水道頂沖下移,雙澗沙、民主沙右側灘岸沖刷后退以及長青沙西南角岸線后退的綜合影響,九龍港節(jié)點段頂沖點進一步下移,這一變化使通州沙汊道進口段水流可能整體向右偏移,其結果是東水道上段水流右擺、左側近岸深槽產生淤積、右側沖刷,通州沙灘面過流增強、串溝有所發(fā)展,以及西水道沖刷發(fā)展、分流比有所增大。為有效抑制九龍港節(jié)點控制作用,減弱對河勢的影響,實施民主沙灘岸守護工程,形成彎段、控制頂沖下移是當務之急,重點是實施尾灘強化固灘;同時實施九龍港節(jié)點整治工程,繼續(xù)加固其上下段護岸工程,實施九龍港對岸長青沙保灘護岸工程。

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