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        流域性大洪水后長江新濟(jì)洲汊道河勢分析研究

        2022-01-28 01:42:06祁仰旭朱春光王義坤王文仲
        江蘇水利 2022年1期
        關(guān)鍵詞:左移河勢等高線

        祁仰旭, 朱春光, 王義坤, 王文仲, 仲 琳, 黃 燕

        (南京市長江河道管理處, 江蘇 南京 210011)

        河勢演變從宏觀上可以分為自然演變和人為演變,演變過程受多種因素影響,其變化發(fā)展對河道安全和兩岸的生產(chǎn)生活產(chǎn)生重要影響。新濟(jì)洲汊道是長江進(jìn)入江蘇段的第一個汊道,歷史上演變較為劇烈,河道崩岸較為頻繁,危及河勢穩(wěn)定和防洪安全[1]。2020年汛期,受上游來水、天文潮和本地降雨“三重疊加”影響,長江南京段水位達(dá)到歷史最高值10.39 m,部分工程出現(xiàn)不同程度水毀損壞,因而需密切關(guān)注河勢變化,判斷險情位置及發(fā)展趨勢。

        針對河勢分析信息系統(tǒng)進(jìn)行更新升級[2],采用河勢分析及斷面對比分析方法[3-6]研究新濟(jì)洲汊道的河勢特點(diǎn)及沖於變化情況,為下一步河道治理工程設(shè)計及消險方案提供參考。

        1 河道現(xiàn)狀

        新濟(jì)洲汊道河段內(nèi)分布有新生洲、新濟(jì)洲、新洲、新潛洲、子母洲等沙洲。1959年新生洲左汊分流比為62.1%,1959—1973年,新生洲左汊呈發(fā)展趨勢,分流比逐步增加,1973年分流比約為68.5%。由于上游河勢的調(diào)整變化,新生洲左汊逐漸由主汊演變成支汊,此后呈現(xiàn)分流比減小、河槽萎縮的趨勢。1998年大水后左汊口門淤漲出新洲,新洲下游又新生一洲灘并且逐年向下游發(fā)展。新濟(jì)洲河段河道整治工程實(shí)施后,新生洲左汊分流比在35%~40%間變化。

        2003年,南京長江二期整治工程對部分岸段進(jìn)行應(yīng)急守護(hù),初步控制了新濟(jì)洲河段河勢的急劇變化。2014年,實(shí)施新濟(jì)洲河段河道整治工程,工程包括河勢控導(dǎo)工程和護(hù)岸加固工程兩大部分。主體工程于2016年5月完工,增補(bǔ)工程于2017年12月完工,工程實(shí)施后,河勢總體穩(wěn)定。

        2 河勢分析

        為分析新濟(jì)洲汊道河道沖淤情況,采用2019年汛后、2020年汛前和汛期的1∶2 000水下地形測圖,進(jìn)行河道沖淤和斷面變化分析研究,河道分布情況示意圖見圖1。

        圖1 河道分布情況示意圖

        2.1 河道橫斷面變化情況

        2.1.1 洲頭斷面變化分析

        洲頭XJZ01斷面汛期對比汛前有所淤高,抬高最大處達(dá)到了2 m左右,邊坡變緩,斷面趨于穩(wěn)定;洲頭左緣XJZL01斷面在2020年汛前有個水下鼓包,范圍大約為100 m,高差約為8.5 m。經(jīng)2020年汛期水沙作用,汛前存在的水下鼓包已漸漸沖平,沖刷深最大值達(dá)到了10.25 m,岸坡處有一定沖刷右移,右移最大為5.2 m;洲頭左緣XJZL02斷面邊坡呈沖淤交替態(tài)勢,移動幅度不超過3 m,邊坡較為穩(wěn)定,但其深水位置沖刷較大,邊坡外深水區(qū)整體下切,切深約4 m;洲頭右緣XJZR01斷面0 m等高線以下位置整體下切,下切幅度由邊坡到深水區(qū)遞增,最大下切3.8 m。

        2.1.2 河道左汊斷面變化分析

        左汊XJZL03斷面汛后對比汛前,邊坡-10 m以上淤積左移,-10 m以下沖刷后退。坡腳處沖刷下切形成沖刷坑,范圍約為110 m,最深處下切約5.37 m。坡腳及其外側(cè)都有一定的沖刷下切。下游XJZL04邊坡-5 m以上淤積左移,-5 m以下部分有一定的沖刷右移,邊坡變陡。深水區(qū)沖刷下切,最大下切約2.5 m。

        2.1.3 河道右汊斷面變化分析

        新生洲尾XJZR02斷面近岸邊坡沖刷左移,幅度在3~5 m。距起點(diǎn)300~470 m處,淤積抬高約2.5 m。470 m以外沖刷下切,最大處下切約4.4 m。XJZR03斷面近岸邊坡有一定的沖刷左移,最大處左移約3.5 m。汛期坡腳及其外側(cè)整體沖刷下切,目前最深處已下切約9.23 m。新濟(jì)洲尾各斷面形態(tài)近岸邊坡趨于穩(wěn)定,呈沖淤交替態(tài)勢,左右擺動幅度較小。沖深較大處均位于坡腳及其外側(cè),中上游斷面下切幅度較大,XJZR04斷面最大下切約8.9 m,XJZR05斷面最大下切約5 m,下游側(cè)XJZR06斷面沖刷下切約3 m。

        2.2 河道平面變化情況

        2.2.1 洲頭平面變化

        洲頭左緣邊坡0~-15 m等高線走勢穩(wěn)定,汛后對比汛前,0~15 m等高線有一定的沖刷右移,但幅度較小,最大右移約為5 m。XJZL01和XJZL02斷面間-20 m深槽沖刷擴(kuò)大,分別由原來的418 m×106 m、731 m×122 m,沖刷擴(kuò)大至640 m×167 m、827 m×171 m;洲頭右緣0~-10 m等高線均沖刷左移,且幅度較大,-10 m等高線左移最大處已達(dá)到了69 m左右;洲頭處0 m等高線淤積上提,-5 m等高線有一定的沖刷向洲頭逼近,離洲頭5 m等高線尚有537 m距離。

        2.2.2 河道左汊平面變化

        近岸0~-5 m等高線走勢穩(wěn)定,形態(tài)上呈沖淤交替態(tài)勢,左右搖擺幅度較小,不超過10 m。XJZL03斷面處深水處-20 m深槽沖刷擴(kuò)大,形成沖刷坑,深槽右緣線向近岸逼近。

        2.2.3 河道右汊平面變化

        新生洲尾區(qū)域0~-5 m等高線走勢穩(wěn)定,局部位置有一定沖刷左移,但幅度不大。-10 m等高線走勢犬牙交錯,XJZR02斷面上下游呈沖淤交替,左右搖擺。XJZR 02和XJZR 03斷面間,沖刷左移,左移最大處位于XJZR 03附近,左移約118 m。

        新濟(jì)洲尾右汊2區(qū)域0~-15 m等高線走勢相對穩(wěn)定,汛前汛期變化不大。深水區(qū)-20 m深槽沖刷擴(kuò)大,深槽左緣向近岸逼近,左移幅度在10~15 m,深槽右緣走線向深水區(qū)擴(kuò)張,右移位置約為130 m。

        2.3 河道沖於變化情況

        2.3.1 洲頭沖淤變化

        洲頭汛期對比于汛前,總體上沖刷約1.2 m,沖刷量為175.3萬m3。洲頭部分以淤積為主,洲頭兩緣沖刷較為嚴(yán)重。沖刷最深處位于XJZL01斷面,該區(qū)域汛前存在水下鼓包,現(xiàn)逐漸沖平,因此此處沖刷較為嚴(yán)重。沖刷較深處均位于深水區(qū),邊坡位置沖淤變化較小。

        2.3.2 河道左汊沖淤變化

        左汊1汛期對比于汛前,平均沖刷厚度約0.46 m,沖刷量為17.38萬m3。沖刷最深處位于XJZL03斷面,沖深約5.4 m。近岸呈沖淤交替分布,沖刷嚴(yán)重處位于深水區(qū)。

        2.3.3 河道右汊沖淤變化

        右汊1平均沖刷厚度約為0.59 m,沖刷約40.24萬m3,最大沖深位于XJZR03位置,沖深約為9.23 m。近岸坡腳處沖淤變化不大,上游近岸微沖,下游近岸微淤。沖刷較大處位于XJZR02和XJZR03斷面間深水位置。

        右汊2區(qū)域平均沖刷厚度約為0.62 m,沖刷量為69.30萬m3,最大沖刷位置位于XJZR04斷面處,沖深約9.15 m。區(qū)域近岸以淤積為主,沖刷嚴(yán)重處位于深水側(cè)。

        2.4 近岸邊坡穩(wěn)定性分析

        2.4.1 洲頭近岸邊坡坡比變化

        近岸邊坡坡比統(tǒng)計見表1。由表1可知,洲頭近岸邊坡均緩于長江下游穩(wěn)定岸坡值。邊坡較陡處位于洲頭左緣下游位置,-10 m等高線及以下,邊坡坡比為1∶3.0。洲頭左緣XJZL01和XJZ02斷面邊坡變陡變緩?fù)瑫r存在,但XJZ02斷面-5 m及以下邊坡較陡,且汛期邊坡變陡;洲頭位置邊坡汛期變緩,趨于穩(wěn)定;洲頭右緣邊坡坡比在汛期變化較大,邊坡變陡,該區(qū)域坡比目前遠(yuǎn)緩于長江下游穩(wěn)定岸坡值。

        表1 近岸邊坡坡比統(tǒng)計

        2.4.2 河道左汊近岸邊坡坡比變化

        左汊1近岸邊坡均緩于長江下游穩(wěn)定岸坡值。XJZL03位置處,邊坡集中在1∶2.5~1∶4.7,近岸邊坡較陡,汛后部分近岸邊坡進(jìn)一步變陡,且坡腳處存在沖刷坑。

        2.4.3 河道右汊近岸邊坡坡比變化

        右汊1近岸邊坡均緩于長江下游穩(wěn)定岸坡值。近岸邊較陡處集中在0~-5 m等高線處,坡比在1∶3.5左右,汛期邊坡有所變陡;右汊2區(qū)域?yàn)樾聺?jì)洲近岸邊坡較陡位置,近岸邊坡局部地方已接近長江下游穩(wěn)定岸坡值,坡比集中在1∶2.3~1∶9.1。汛期近岸邊坡雖變化不大,但其深水區(qū)沖刷較為嚴(yán)重。

        2.4.4 河道邊坡穩(wěn)定性分析

        新濟(jì)州環(huán)洲近岸沖淤變化較小,局部地方出現(xiàn)邊坡變化較大地方,如XJZR01-1和XJZR01-2斷面處。XJZR01-1汛后近岸邊坡沖刷左移,幅度達(dá)到31 m,-15 m以上邊坡沖刷嚴(yán)重,坡腳及外側(cè)沖淤交替。XJZR01-2斷面-15 m以上邊坡沖刷左移,幅度達(dá)到13 m,坡腳及外側(cè)有一定的淤積抬高。

        3 河勢變化影響因素分析

        3.1 上游河勢調(diào)整

        因上游馬鞍山河段正在實(shí)施河道整治工程,小黃洲左汊分流比逐年增加(由20%增至約30%)[7-9],且左汊主流對新生洲洲頭及左汊貼岸沖刷,這勢必會對下游南京河段河勢產(chǎn)生一定影響。

        3.2 洲灘土質(zhì)與上游來水來沙調(diào)整

        新生洲岸坡土質(zhì)松散,洲灘土質(zhì)以砂土為主,泥沙顆粒抗沖刷能力較差,河床穩(wěn)定性較弱。三峽水庫運(yùn)行后,上游來沙量大大減少,清水下泄造成的河道沖刷能力加強(qiáng),導(dǎo)致局部岸段發(fā)生相應(yīng)調(diào)整變化[10]。

        3.3 汛期流域性大洪水沖刷

        2020年汛期長江南京段發(fā)生超歷史的流域性大洪水,洪水具有空間遭遇惡劣,洪水峰高量大,高水位歷時長等特點(diǎn)[11],新生洲與新濟(jì)洲是南京河段的第一個江心洲,受到大水持續(xù)沖刷,對河勢產(chǎn)生一定影響。

        3.4 河道整治工程適應(yīng)性變化

        新濟(jì)洲河段河道整治工程實(shí)施完成后,該段河勢存在適應(yīng)性調(diào)整和變化[12]。左汊沖刷緩慢增強(qiáng),局部如導(dǎo)流壩壩頭右下側(cè)和新濟(jì)洲左緣沖刷加劇,新濟(jì)洲左右汊匯流點(diǎn)上移下挫,貼岸沖刷加強(qiáng),局部岸段發(fā)生變化。

        4 結(jié) 語

        新濟(jì)洲河道整治工程實(shí)施后,效能初顯,2020年汛期流域性大洪水過后,新濟(jì)洲環(huán)洲總體上以淤積為主,近岸變化不大,新生洲頭左右緣沖刷較大,左汊相對穩(wěn)定,右汊工程未護(hù)段局部略有沖刷,邊坡沖刷較小,應(yīng)予以關(guān)注近岸邊坡變化,以免發(fā)生沖刷坑逼近岸造成塌方。對新生洲頭沖刷較大區(qū)域的工程治理列入2021年度市級消險計劃,非工程治理岸段將加強(qiáng)堤防巡查與岸線保護(hù),加強(qiáng)河勢監(jiān)測與洲灘演變研究。

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