长江上游东溪口河段河床及滩险演变特性分析

2020-02-22李洪奇钟志强

水道港口 2020年6期

李洪奇，林双，钟志强，王明

(长江泸州航道局，泸州 646000)

长江上游东溪口河段属大型山区天然河流，集浅、险、弯、窄、急等多种碍航特征于一体，且部分位于双控制河段第一控制河段内(上游斗笠子滩为第二控制河段、下游白脸石滩为第一控制河段)，是长江上游泸渝段航道的滩险，滩险、滩势十分复杂[1]，且近年来受采砂影响[2]，河床及滩险有了明显变化，分析其变化特性，探寻其演变原因，对于今后逐步消除碍航瓶颈、建设生态航道有着重要意义。

1 河道概况

图1 东溪口河段航道示意图

长江上游东溪口河段位于上游里程807.5～809.5 km，该河段目前航道等级为Ⅲ级，航道维护尺度为2.9 m×50 m×560 m(航道水深×航宽×弯曲半径，下同)。东溪口河段朱沱称杆碛将河道分为南北两槽，枯水期北槽不通航，南槽主航道则具有浅、险、弯、窄、急等特征，航道通航条件复杂[3]，下行船舶操纵难度大；该河段上游约2 km的斗笠子为川江典型枯水急流滩，最大流速可达4.2 m/s。二者构成滩群和通航双控制河段(如图1所示)。

目前，在当地5 m水位以下时东溪口维护右槽。而右槽左侧称杆碛碛翅伸展较开，右侧有横梁子突嘴束窄航槽，导致航道弯曲、扫弯水强烈，进口流速大、流态坏，下行船舶操作不当易触碰横梁子突嘴或在称杆碛触浅。当地水位5 m以上时维护左汊，左汊水道较为顺直、宽阔，通航条件较好。

2 河床演变分析

2.1 历史演变情况分析

东溪口河段河道走向迂回曲折，河床宽窄相间。该河段属于川南丘陵地带，地势相对较缓，河床较为开阔。岸边石嘴、石梁众多，地形十分复杂。一般河宽500～700 m，最宽处可达1 500 m，宽阔段常形成江心洲，中枯水时形成分汊河段[4]。河床大多由基岩、卵石或卵石夹沙组成。对于大部分卵石河床滩险，年内冲淤变化较大，年际冲淤基本平衡。在宽谷河段，江心洲及边滩较发育，汛期泥沙大量淤积，在河床形成较厚的砂卵石覆盖层，但退水冲刷期基本能将汛期淤积泥沙冲走，呈“洪淤枯冲”，但少部分宽谷河段枯期泥沙不能完全冲走发生累积性淤积，浅滩容易出现在这类河段。在窄深河段，两岸及河床一般为基岩形态，中枯水期流速相对较小，宽谷河段冲刷的泥沙一般淤积在该河段；洪水期流速较大，把枯水期淤积的泥沙冲走，呈“洪冲枯淤”。

2.2 近年河床整体变化

本文结合2015年、2017年、2019年东溪口水道的测图资料进行近期演变分析[5]。

2015年，东溪口河段受采砂活动影响，地形地貌变化较大，其中鸡心碛完全消失，称杆碛及左汊中段以下呈现下切态势，一般深度为4～10 m，部分区域达15 m以上，在称杆碛上形成长条形深坑；东溪口右汊的称杆碛碛翅则保留设计水位以上2 m左右的沙埂，最窄处仅约10 m，最宽处约30 m；右汊河槽较稳定，冲淤变化幅度一般在2 m内，如图2-a所示。

2017年，人工采砂活动停止以后，东溪口河段冲淤变化幅度相对减弱，左汊中上段主河槽总体呈冲刷态势，冲刷深度均在1～2 m以内；中后段亦有普遍冲刷现象，深度均在2 m以内；右汊则总体较为稳定，局部区域有轻微淤积，普遍在1.5 m以下，最大3 m左右，如图2-b所示。

2019年，河床总体稳定。左汊主河槽进口区域基本稳定，中后段略有淤积，厚度基本在1 m以内；采砂坑边缘向下游移动，坑内呈现出淤积态势。称杆碛滩面则进一步冲刷，其中左侧碛翅中部地形下切深度最大约5 m。东溪口右槽中上段冲淤变化幅度较小，河床保持稳定；后段深槽部分整体呈现轻微淤积，淤积厚度普遍为0.5～1.0 m，如图2-c所示。

总体来看，近年来东溪口左汊大幅拓宽、拓深，除人工采砂影响外，左汊进口段发生冲刷，航槽拓宽、拓深，设计最低通航水位时，3 m等深线仅约240 m未贯通，且宽度可达60 m以上；航槽区域内冲淤基本平衡。而右汊中上段冲淤变化幅度较小，除后段深槽有所淤积外，河床整体保持稳定。称杆碛形态变化较大，滩面高程降低，碛顶最高点高程由2015年的204.0 m降低至2019年的201.8 m，碛尾部向中心形成了长约650 m的深坑。

2-a 2015年2-b 2017年2-c 2019年

2.3 深泓线变化分析

东溪口河段深泓线平面变化见图3。左槽进口段南侧深泓线平面位置整体较为稳定，若考虑采砂影响，左槽进口段北侧深泓线在2015年以后整体向左岸偏移约150 m；左槽中段深泓线变化不大；后段由于称杆碛尾部人工采砂(2017～2018年)以及碛尾回流淘刷影响[6]，相比2015年，2017、2019两年的深泓线向碛尾方向偏移约180 m。右槽深泓线近年来整体变化不大。

图3 东溪口河段深泓线平面变化图

图5 东溪口河段典型横断面位置分布图

图4统计了东溪口河段左右槽近年深泓线纵断面变化图。由图可见，受人为采砂影响，2017年较2015年左槽后半段深泓线大幅下切，可达10 m以上；左槽进口段深泓线明显降低，多数降低约2 m；2017～2019年间深泓线纵向变化较小，2019年较2017年进口段深槽有所冲刷，中部与尾部深泓呈现微淤，深泓有所抬高。

右槽除了局部地区，2015～2019年深泓纵断面高程无明显变化，说明枯水主河槽基本稳定。但航道里程808.6～808.8 km段2019年相较于2017年有部分淤积，厚度最高约5 m，说明在横梁子以下深槽区域发生了明显淤积。

2.4 横断面地形变化分析

东溪口河段典型断面布置见图5，各断面年际变化对比如图6所示。总体来说，2015～2019年东溪口左槽变化明显，右槽则相对稳定。左槽左岸鸡心碛、小鸡翅膀、小称杆碛大幅下切，深度最大超过10 m；左槽主河槽在称杆碛中部以下也因采砂呈现断面大幅下切，6#断面最大下切近15 m；进口段1#、2#断面主河槽呈现冲刷趋势，最大冲刷深度约3 m。

右槽中前部1#、2#、3#断面冲淤变化不大，河床地形相对平稳；中后部的4#、5#、6#号断面深槽则发生明显的冲淤演变，最大变化幅度约5 m。

6-a L1冲淤变化6-b L2冲淤变化

3 航道滩险演变分析

图7 东溪口河段0 m水深线变化图

3.1 设计水位下0 m等深线变化

由图7可见，2015～2019年称杆碛碛尾逐年向上游侵蚀，到2019年已经形成深入碛中心的深槽，0 m等水深线向上游推进约700 m，称杆碛左侧冲刷较为明显，0 m等水深线向上游推进约255 m。

总体来说，左槽0 m等深线向右侧展宽，右槽岸线则基本稳定。

3.2 设计水位下3 m等深线的变化

如图8所示，2015年东溪口左汊仅入口段350 m长度的3 m等深线贯通[7]，且宽度在20～40 m。

2017年，进口段3 m等深线向下延伸120～470 m，宽度拓宽至35～90 m；下段3 m等深线向上延伸220 m；仅余中段200 m未贯通。

2018年，左汊入口段3 m等深线有所拓宽，进口宽度由35 m扩宽至80 m，整体宽带保持在60～90 m，并向下游拓展约25 m；下段3 m等深线则向下移动约10 m，表明上游输移泥沙在采砂坑边缘发生堆积；中段约190 m未贯通。

2019年，进口段3 m等深线平面形态基本保持一致，但后部略有淤积，导致等深线上移约30 m，回到2017年偏上位置；下段3 m等深线则继续向下并有展宽，表明上游输移泥沙进一步在采砂坑边缘发生堆积[8]；中段约215 m未贯通。

东溪口右汊3 m等深线比较平稳，2015～2019年基本稳定，横梁子处右岸2018～2019年有少量淤积。

图8 东溪口河段3 m水深线变化图

3.3 设计水位下5 m等深线的变化

如图9所示，从5 m等深线的变化对比可知，2015～2019年左汊5 m等水深线逐年向上游发展，到2019年左槽上游鸡心碛基本不存在，左槽5 m等深线向上游推移约403 m。

2015～2017年东溪口右槽变化较大，右槽入口与横梁子处明显冲刷，整个右槽5 m等深线上下贯通；2017～2019年，东溪口右槽入口与横梁子河段淤积，5 m等深线又恢复成2015年的形态。

4 演变原因

(1)自然演变。该河段航道弯曲，洪、枯水面宽相差悬殊，流向不一，枯水期河宽250 m，而洪水期则宽达1 500 m。高水时水流直取左槽而下，右槽为缓流区，槽尾有斜流。由于右槽滩口处于急弯转折点上，受称杆碛脑横流及单向缓流等因素的影响，部分卵石沉积于滩口，形成碛脑边滩，伸向航槽，阻挡水流而形成扫弯水，直冲横梁子，形成枯水期右槽浅、险、弯、窄、急，而左槽槽口和槽尾总体冲刷的滩势格局[9]。

(2)采砂活动的影响。测图和日常水文观测表明，采砂活动是东溪口河段河床及滩险明显变化的主要原因。采砂直接导致左槽左岸过年石至大鸡翅膀零上部分基本消失，大、小鸡翅膀、鸡心碛相对高程由零上变为了零下；左槽右岸(右槽左岸)整个朱沱称杆碛自下而上缩小了2/3以上，尾部高程降低了7 m以上，左槽大幅拓宽、拓深，分流比增加，但在设计水位至设计水位下3 m时，东溪口左槽中上段流速较大，同时受河道地形影响，形成斜流与向鸡心碛的滑梁水，上、下行船舶通航困难[10]；右槽右岸主要为礁石、石梁，边界坚硬，基本无变化。

(3)上游水利枢纽蓄水的影响。上游溪洛渡、向家坝蓄水[11]后，泥沙被拦蓄在库内，朱沱站来沙量骤然下降。由于缺乏来沙补给，研究河段基本无淤积，因此东溪口河段朱沱称杆碛尾在禁止采砂后槽口和槽尾仍然呈冲刷态势。