張有林　李文杰　張謐　李歡

摘 要：長江上游區(qū)域礦產(chǎn)資源豐富，蘊(yùn)藏著巨大的投資與開發(fā)潛力，是培育長江流域經(jīng)濟(jì)新的增長極的迫切需要，長江四川段航道提等升級(jí)研究意義重大。通過對(duì)長江上游航道香爐灘水道實(shí)測(cè)資料的分析，提出向家壩及岷江下泄非恒定流、卵石推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)以及人工采砂引起的河道地貌改變是航道提等升級(jí)的三個(gè)需要解決的關(guān)鍵問題，建議在未來的長江上游航道提等升級(jí)建設(shè)工程中予以考慮。

關(guān)鍵詞：長江上游；香爐灘；非恒定流；卵石推移質(zhì)；人工采砂

中圖分類號(hào)：U66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）4-0043-03

一帶一路和長江經(jīng)濟(jì)帶國家戰(zhàn)略的提出對(duì)長江黃金水道綜合開發(fā)利用提出了更高的要求。加快長江上游水運(yùn)發(fā)展，對(duì)構(gòu)建現(xiàn)代綜合運(yùn)輸體系、調(diào)整優(yōu)化沿江地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局、促進(jìn)節(jié)能減排和區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展等具有重要意義。長江上游地區(qū)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和西部大開發(fā)帶來了長江上游水運(yùn)需求的激增，尤其在大宗貨物、集裝箱、滾裝運(yùn)輸?shù)确矫婢哂袕V闊的市場前景。為落實(shí)國家戰(zhàn)略目標(biāo)，充分發(fā)揮長江運(yùn)能大、成本低、能耗少等優(yōu)勢(shì)，開展長江上游河段航道提等升級(jí)研究，保障長江上游高等級(jí)航道暢通極為迫切。

隨著上游向家壩樞紐的蓄水運(yùn)行，長江上游河段的水位日變幅與電站最小下泄流量、流量變幅、河床形態(tài)及其與壩址的距離等密切相關(guān)，且其產(chǎn)生的非恒定流可引起下游河道水位、流速、比降變幅過大，影響船舶通航。山區(qū)河流的卵石淺灘演變規(guī)律是洪淤枯沖，而深槽段則是洪沖枯淤，由于長江上游卵石推移質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，對(duì)航道影響極為明顯。此外，近年來長江上游大量集中采砂，造成河床地貌的大幅改變，其對(duì)河道演變的影響較為深遠(yuǎn)，如大量的卵石灘磧消失，河床大幅下切，而大量人工堆砂又造成局部的劇烈抬升。這些人工采砂行為對(duì)航道條件的影響遠(yuǎn)超過河道自然演變以及航道整治工程引起的河床局部調(diào)整，造成航道提等升級(jí)的困難。

本文擬通過對(duì)長江上游香爐灘水道實(shí)測(cè)資料的調(diào)研分析，詳細(xì)了解該段航道現(xiàn)狀，并分析向家壩及岷江下泄非恒定流、卵石推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)以及人工采砂引起的河道地貌改變這三個(gè)關(guān)鍵問題的影響，以期為長江上游四川段航道高等級(jí)航道建設(shè)提供支撐。

1 航道現(xiàn)狀概況

香爐灘水道（上游航道里程981.0km-993.0km）屬于典型的山區(qū)河流，河床組成基本為基巖和卵石，受河床組成及邊界條件的約束，多年來河岸、深泓、灘槽以及河勢(shì)均基本穩(wěn)定，河床年際間變化不大，年內(nèi)沖淤演變較為明顯。上游下瀉的推移質(zhì)泥沙在河床中呈跳躍或間歇運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，相當(dāng)部分也將淤積在河床中。汛后水位消落時(shí)，沉積的大部分泥沙將隨著退水沖走，年內(nèi)沖淤基本保持平衡。該水道目前航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)，航道維護(hù)尺度為2.7×50×560m。河段主要有香爐灘、落鍋灘、吊魚嘴三個(gè)灘險(xiǎn)。

香爐灘為枯水淺險(xiǎn)灘，灘段位于急彎河段下游的收縮段。江心州將水流分成南北兩汊，南汊彎窄水淺不能通航，北汊為主航槽，河道較為順直，枯水河寬230m。兩汊交匯處又有一個(gè)大深潭橫于北汊出口，在出口位置又有一片卵石心磧將北汊分為左右兩槽。在兩汊交匯處的下游右岸為亂石，左岸為香爐石突出巖嘴。主流短距離內(nèi)轉(zhuǎn)向頻繁，北汊出口左右岸橫向落差大，橫流強(qiáng)烈、水流掃灣，流態(tài)壞。下行船舶極易在主流的頂托下落灣觸碰香爐石礁石，發(fā)生海損事故。上水船舶由于灘段水流流態(tài)壞，轉(zhuǎn)彎頻繁，航道曲率半徑小，航行亦感困難。

落鍋灘處于一彎曲河段，為分汊河段枯水急流淺灘。設(shè)計(jì)水位6m以下時(shí)將長江分為左右兩汊，南汊彎窄水淺不能通航，只在進(jìn)口段有趕集的余家灣鎮(zhèn)的小船進(jìn)出，中下段逐漸淤廢，無船舶過往。北汊為主航槽，河道較為順直，主流由此通過。當(dāng)水位高于設(shè)計(jì)水位6m時(shí)，南北兩汊水面匯合，汛后水位下退，水流逐漸回歸左汊深槽，在一個(gè)水文年內(nèi)，主流左右兩側(cè)擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度達(dá)300～500m。灘段中洪水河寬達(dá)到900～1400m，枯水河寬350m～450m?？菟跒┒巫畲罅魉?.66m/s，相應(yīng)比降1.76‰，河道條件較為復(fù)雜。

吊魚嘴灘位于南溪縣下游10km，為過渡段淺灘。灘段處于彎道頂點(diǎn)上游，在灘的上段江面較寬，江中淤成大的卵石磧名打狗磧。打狗磧將河道分為兩汊。左汊較窄，設(shè)計(jì)水位5m以上過流；右汊較寬，為枯水航槽，右汊下口與左汊交匯處，形成一道水下淺埂。灘段下游，河道向右彎曲，彎曲段凹岸有鯉魚腦和大石盤兩處突入江中的石盤。

2 提等升級(jí)關(guān)鍵問題分析

2.1 向家壩及岷江下泄非恒定流

流量與水位變化分析。對(duì)比宜賓典型非恒定流過程和恒定流過程可知，在波峰時(shí)刻自宜賓開始，流量沿程減小，都小于宜賓的流量；在波谷時(shí)刻自宜賓開始，沿程流量增加，均大于宜賓的流量?？傮w來看，沿程流量變幅縮小，向平均值靠攏。而在宜賓波峰、波谷的以外的其他時(shí)刻，沿程流量可能大于恒定流的流量，也可能小于恒定流的流量，具體與宜賓所處條件及沿程其所處位置有關(guān)。在宜賓早上8點(diǎn)波谷時(shí)刻，沿程流量相對(duì)于恒定流來說，變化范圍約為0～730m3/s。

流速和比降變化分析。對(duì)比早上8點(diǎn)宜賓全天最低水位和流量時(shí)沿程斷面平均流速和比降與恒定流情況下對(duì)應(yīng)值可知，對(duì)比于恒定流，非恒定流的流速變化值多在-0.5～0.2 m/s之間，且多數(shù)情況有所減?。槐冉底兓秶嘣凇?.2‰之間，比降最大值在1.38‰左右。

由此可見，向家壩水電站蓄水后所產(chǎn)生的非恒定流，以及岷江非恒定流入?yún)R對(duì)于該河段的水力參數(shù)以及航運(yùn)條件都有較大的影響，非恒定流條件對(duì)香爐灘水道的通航條件、卵石灘險(xiǎn)的演變特性和礙航特征、以及整治方案等都有較大影響。

2.2 卵礫石推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)

為分析工程河段推移質(zhì)輸移帶的分布及變化過程，收集了1957年以來工程河段內(nèi)歷年測(cè)圖，可以看出主要存在三個(gè)淺區(qū)，即余家灣、水沖壩磧翅和香爐磧磧翅。打魚磧左汊進(jìn)口余家灣受三汊匯流影響，3.5m等深線變化較為頻繁，經(jīng)常需維護(hù)性疏浚才能保證枯水期航道暢通，2016年3.5m等深線往下游延伸可能是由于枯水期維護(hù)性疏浚引起。打魚磧左汊中部水沖壩磧翅伸入河心較開，與打魚磧磧翅相對(duì)，航道窄淺，2007年、2014年枯水期測(cè)圖顯示3.5m等深線不貫通，2016年枯水期顯示3.5m等深線貫通，可見該處3.5m等深線變化也較為頻繁。打魚磧左汊出口香爐磧磧翅與打魚磧尾相對(duì)，航道窄淺，該處3.5m等深線變化也較為頻繁，2014年前香爐磧磧壩較為完整，香爐灘3.5m等深線可達(dá)到40m，香爐磧磧壩破壞后，雖香爐磧磧翅邊3.5m向河岸移動(dòng)，但打魚磧尾部3.5m等深線向河心延伸約170m，且打魚磧尾與香爐磧磧翅間有多處淺點(diǎn)，導(dǎo)致該灘險(xiǎn)越來越淺。

由于下泄非恒定流過程改變了原有天然河道的水力及輸沙特性，從而改變卵石淺灘的演變。因此卵石灘險(xiǎn)的演變特性及礙航特征研究，包括在連續(xù)的日調(diào)節(jié)過程下卵石沙波形成過程、尺度和推進(jìn)速度的變化及引起的礙航特征，對(duì)洪、中、枯的水文過程中卵石輸移帶、輸移量的變化過程的研究以及對(duì)該河段卵石灘險(xiǎn)的形成及演變過程的分析對(duì)于確定卵石灘險(xiǎn)的治理思路及整治方案至關(guān)重要。

2.3 人工采砂引起的河道地貌改變

近年，河段采砂總體積為1897.66萬m3，受過度采砂的影響，灘段河道條件和航道條件均發(fā)生了較大變化。采砂區(qū)主要位于余家灣南汊和打魚磧洲灘，其中打魚磧洲灘面積減少了53%，原來的坡脊線已挖成深坑，造成分流比改變，北汊與南汊枯水分流比由8：2調(diào)整至6.5：3.5；余家灣主航槽位于彎道凸岸，航槽內(nèi)洪水期流速一般位于2.5m/s以下，北部有汊道入?yún)R，造成泥沙淤積，而中枯水期主航槽分流比減少，以致泥沙淤積于航槽，航道水深較淺；過度采砂造成該灘枯水水位大幅降低，最大降落幅度達(dá)1m，以致航槽水深越來越淺；由于枯水水位大幅降落，造成沿程水面比降增加，最大比降超過2‰，對(duì)應(yīng)流速達(dá)到3.8m/s，從而造成局部河段船舶上灘困難。

因此，余家灣灘“淺”、“急”、“彎”的礙航特性越來越突出，余家灣主航槽分流比明顯降低，以致汛期淤積的泥沙難以沖刷，實(shí)際水深難以滿足維護(hù)需要。2014年以來每年均需進(jìn)行航道維護(hù)性疏浚才能保障枯水期航道暢通。這些人工采砂行為，其對(duì)河道演變的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過河道自然演變以及航道整治工程引起的河床局部調(diào)整，造成未來對(duì)于航道演變趨勢(shì)的分析困難。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)實(shí)測(cè)資料的整理與分析，建議長江上游河段航道提等升級(jí)建設(shè)工程中應(yīng)重點(diǎn)考慮如下的關(guān)鍵問題：

（1）隨著向家壩和岷江下泄非恒定流的傳播，改變了香爐灘水道的水力及輸沙特性，引起航道通航水流條件的變化，對(duì)船舶通航具有較大影響。

（2）本河段在上游來水來沙條件發(fā)生改變以后，實(shí)際的卵石推移質(zhì)輸移時(shí)間、沙量及級(jí)配已經(jīng)很難確定，這給研究卵石推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和灘險(xiǎn)演變規(guī)律帶來不小的難度。

（3）近幾年長江上游河中大量集中采砂，造成河床地貌的大幅改變，其對(duì)河道演變的影響較為深遠(yuǎn)。大量的卵石灘、磧消失，河床大幅下切；而大量人工堆砂又造成局部的劇烈抬升。這些人工采砂行為導(dǎo)致了河段通航條件復(fù)雜，河床演變規(guī)律不明，嚴(yán)重制約了航道的升級(jí)和通航安全。

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