三峡水库蓄水运用对龙潭水道河床演变的影响

尚倩倩1,2,许慧1,2,李国斌1,2,高亚军1,2

(1.南京水利科学研究院，江苏　南京　210029；2.水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏　南京　210024)

【摘　要】　长江下游江面宽阔，以分汊河型为主，分汊段之间常有单一段连接，单一段的河床形态和演变直接影响到上下河段的关联性，对长河段的演变起关键作用。本文以单一弯道段龙潭水道为例，通过分析洲滩变化、典型断面及河段稳定性，探讨了三峡工程蓄水后水沙变化对龙潭水道河床演变特性及航道条件的影响。分析结果表明，龙潭水道在河道治理工程的作用下，岸线基本稳定，蓄水前后河道稳定少变，断面均呈稳定的窄深型，相比宽阔的分汊段，三峡工程蓄水后龙潭水道的冲淤总量均很小，河槽变化主要集中在-20m以下的深槽部位及局部滩体变化，其他部位冲淤幅度较小。总体上，三峡蓄水后，洪水被坦化且来沙量剧减，使得龙潭水道总体冲刷，同时冲淤变化缓慢，虽然大水年份作用较大，但大水年引起的局部冲刷在一般年份较难恢复，未来局部河道滩槽冲刷的趋势仍需要进一步关注。

【关键词】　三峡水库；单一弯道；水沙条件；河床演变

基金项目：国家重点研发计划“长江泥沙调控及干流河道演变与治理技术研究”项目(2016YFC0402307)。

作者简介:尚倩倩(1984—　)，女，河南杞县人，高级工程师，博士，主要从事水力学及河流动力学方面研究。

E-mail：qqshang@nhri.cn

1　概述

长江下游江面宽阔，以分汊河型为主，不同分汊段之间多有节点或单一段控制，单一段的存在对上下游河道的演变传递起关键作用。研究单一段的河床演变以及其在上下游演变中的作用，科学地分析河道变迁发展的规律，对于合理地开发、利用及开展河道整治等都具有重要作用。

长江下游共有6个单一段，目前均呈单一弯道型，但这些单一段在历史上也是有江心洲的，后由于支汊的淤萎或人工堵塞发生并岸而形成了单一型[1]。龙潭水道是其中一个典型的单一弯道段，上下分别连接八卦洲水道、仪征水道两个分汊河段。水道内有龙潭港区，是长江干流重要的航运中心和港口转运点之一[2]。该水道为Ⅰ级航道，最小航道维护尺度为10.5m×500m×1200m(水深×航宽×弯曲半径)，水深保证率为98%，当前正在实施的长江南京以下12.50m深水航道初通维护水深为11.50m，未来规划航道尺度为12.5m×500m×1200m[3]。

龙潭水道河床演变过程具有明显的阶段性，受上游分汊河段的影响，且外部条件复杂。三峡工程蓄水前经历了自然演变到受人工干预的演变。三峡蓄水后，由于弯道段边界条件稳定，航道条件优良，但局部出现新的调整趋势。龙潭水道整体河势稳定，但由于三峡工程蓄水后来沙量大幅减少，来水过程与蓄水前也有所区别，水道内滩槽尤其兴隆洲串沟附近局部调整相对较大。鉴于三峡工程运行对中下游河段影响的长期性，有必要分析研究三峡蓄水后水道河床演变特点，明晰三峡工程对水道河床演变的影响。

由于龙潭水道位于长江下游南京河段，沿江经济发达，岸线利用程度高，河道功能多样，因此相关研究多从河道演变及相关工程对河道演变、防洪、航运等方面的影响进行探讨。根据龙潭水道演变发展规律，相关研究[1，2，4，5]都表明了龙潭水道护岸等河道整治工程在维持河势稳定中的重要作用。朱宇驰[4]分不同历史阶段对南京河段的冲淤分布和特性进行了分析，认为1986年前后是南京段(包括龙潭水道)冲淤转换的节点，并认为由于整个南京河段距离三峡水库较远，水库运作对南京段的影响需要较长时间方能显现。李义天等[6]研究了下游河势对上游河势调整的响应方式，认为在自然演变条件下，龙潭水道受上游河势变化进而发生趋势性冲淤。吴威等[5]重点分析了兴隆洲心滩段的演变，从河岸稳定、深泓变化、心滩发展以及堤防安全等方面综合判定了兴隆洲心滩局部锚地疏浚对河势和防洪的影响，认为兴隆洲心滩的产生是兴隆洲左汊封堵后河床自然演变的结果，在控制疏浚工程范围和深度的条件下，心滩局部疏浚工程对河势和防洪无不利影响。王华等[2]评估了龙潭港港区工程群建设对长江行洪的影响，认为港区建设造成水位略有壅高，但一定程度上加固了险工段，增强了河槽对主流约束能力，有利于稳定河势。综合来看，相关研究多集中在各种工程建设对水道演变和防洪等影响的方面，而关于三峡水库蓄水对龙潭水道演变的影响方面研究相对较少。

本文从龙潭水道演变过程出发，重点分析三峡水库蓄水后河床演变的特点，根据实测资料分析河床冲淤、洲滩、横断面及河道稳定性等方面的变化，结合已有的研究成果，从边界条件、水文泥沙、上游河势等方面分析影响本水道河床演变的因素，并预测河床演变的趋势，为河段开发利用提出需要关注的重点。

2　河道概况

2.1　河道基本情况

龙潭水道位于南京河段末端，上承八卦洲水道，下接仪征水道，水道范围从八卦洲尾(新生圩附近)至三江口，全长约23km。历史上平面变形强烈，近代变迁主要是南冲北淤，依次经历了顺直→弯道→汊道→单一弯道的演变过程[1]。

龙潭水道与八卦洲水道右汊平顺衔接，而与八卦洲左汊成近90°交汇，平面形态呈反S形。水道进出口右岸分别有西坝、三江口两个节点控制，弯道两端河宽较窄，中段左岸有兴隆洲和乌鱼洲凸岸边滩(图1)，河宽相对较大。河道深槽紧贴凹岸，整体水深条件优良。

2.2　水沙条件变化

河道上游控制站有大通水文站，其间无大的分汇流，因此可采用大通站的水沙资料反映本河段的来水来沙情况。三峡蓄水前(1950—2002年)多年平均径流量为9052亿m3，多年平均输沙量为4.27亿t；三峡蓄水后(2003—2015年)多年平均径流量为8439亿m3，多年平均输沙量(2003—2015年)为1.39亿t，径流量略有减少，而来沙量则锐减了67%。三峡工程采用汛后蓄水、汛前消落的调度方式，汛末退水加快，蓄水期长江中下游流量减小，枯水期和消落期流量增大，从径流年内分布来看(表1)，蓄水前后水量均集中在汛期5—10月，但年内分布有所变化，其中水库消落期径流增大，蓄水期径流减少约3%[9,10]。从输沙量年内分布来看，虽然蓄水后输沙总量大幅减少，但年内分配仍大体与径流过程相对应，且沙量较水量集中，蓄水前主汛期7—9月输沙量占全年的60.2%，蓄水后主汛期输沙量占全年的50.6%，有所减小。

3　河床演变特点

3.1　三峡蓄水前演变

三峡蓄水前，龙潭水道由自然演变逐步转变为受人为影响的自然演变，随着人类活动的增强，水道成为受工程控制较强的河道。主要特征表现为从顺直水道演变成为弯曲水道，进而发展成为分汊水道，兴隆洲左汊堵汊后又成为单一的弯道(图2)。

自然演变阶段：19世纪中期至20世纪初，龙潭水道岸线相对顺直，这一阶段，上游八卦洲左汊为主汊，龙潭水道受左汊出流和柯氏力的共同影响，右岸崩退，左岸淤长，逐渐向右弯曲发展，至1959年龙潭水道已逐步发展为弯道。

岸滩受控阶段：之后在20世纪60—70年代，随着上游八卦洲左汊衰退右汊分流增加，上弯道(八卦洲尾—拐头)左岸岸线崩塌、顶冲点大幅度下移，同时，右岸滋生乌龙山边滩并迅速发展淤长；而下弯道左淤右崩，其中以便民河口至龙潭河口一带的变形最大，使得百年前的右岸成为后来的左岸岸线，故20世纪70年代开始在八卦洲右汊和西坝头一带陆续抛石护岸，同时对栖霞山—三江口也实施了护岸工程，整体上稳定了八卦洲汊道和龙潭上下弯道的河势；但随着八卦洲右汊不断发展，水流顶冲凸岸边滩，使边滩于1976年左右被切割，形成兴隆洲汊道；兴隆洲左汊分流在5%～6%，为稳定河势，1985年进一步实施了封堵左汊工程，此后，兴隆洲边滩右缘被切割形成串沟，整体来看龙潭两岸冲淤不大，深泓、断面形态均趋稳定，西坝头和三江口两处节点得以有效控制保护，已做护岸工程未遭特大洪水破坏，河势基本稳定[1-2;4-8]。

龙潭水道的演变受上游八卦洲水道变化、进出口节点以及治理工程的共同控制作用。在自然状态的演变过程中，龙潭水道上下弯道的冲淤、岸滩的消长变化，反映出上游八卦洲汊道演变向下游传递的响应关系。但从演变过程来看，龙潭水道呈不断向右弯曲发展的态势，而其进出口位置却基本稳定，主要是由于栖霞山、三江口、陡山节点的存在，抗冲性较好，使得水道进出口变化不大。在岸滩受控阶段，随河道治理工程的实施并逐渐发挥作用，最终形成了人工和自然节点并存的多节点控制格局，八卦洲水道主支汊汇流后，水流顶冲西坝—拐头一带控导岸线，经挑流作用后过渡至右岸，贴凹岸而下，经三江口节点挑流进入仪征水道。在治理工程的作用下，岸线边界稳定，而河道内凸岸边滩却随着八卦洲右汊的不断发展，而被切割，形成兴隆洲汊道，1976—1985年，龙潭水道江中有兴隆洲，为分汊河型，但其在兴隆洲左汊封堵工程后，又转换为单一弯道。

综上所述，三峡蓄水前的自然演变阶段，龙潭水道边界不稳，河道摆动幅度大，加之受上游八卦洲水道左右汊兴衰交替的影响，主流不稳，上下弯道的一侧岸线和对岸边滩均互为消长；在控导工程和堵汊工程的作用下，岸线边界稳定，加之上游河道也趋于稳定，龙潭水道基本稳定，河道变化主要体现在局部滩槽变化上。

3.2　三峡蓄水后演变

三峡水库蓄水以来，长江中下游来沙锐减，来水量以中小水年为主，与蓄水前相比，仅2005年、2010年、2012年水量较大，其余年份径流量均较蓄水前有所减小，尤其2006年来水最少，比蓄水前多年平均径流量减小了24%。水沙条件的变化，对龙潭水道的河床演变产生一定影响。

龙潭水道整体河势保持稳定，按目前的平面形状和水流特性，水道可分为上弯道长约5km；过渡段(拐头—石埠桥)长约3km；下弯道(石埠桥—三江口)长约15km(图1)。左岸顶冲点基本稳定在西坝—拐头之间，局部崩窝逐年回淤，岸线及流线较为平顺，后经拐头向右岸过渡，至石埠桥以下主流贴右岸而下，经三江口节点进入下游仪征水道。

三峡水库蓄水后，龙潭水道冲淤变化较小(表2)，水道河床变化主要表现在深槽冲刷以及兴隆洲串沟变化上(图3和图4)。从洲滩变化看，龙潭水道洲滩平面位置基本稳定，三峡蓄水初期兴隆洲右缘上段冲刷，2005—2011年间，右缘累计冲刷后退约130m，冲刷幅度为2m左右，2011年之后兴隆洲边缘冲淤幅度很小，年际间等高线左右摆动距离基本在80m以内。从河床冲淤变化来看，上弯道和过渡段冲淤总量很小，略有淤积，但淤积部位主要集中在-20.00m以下的深槽部分；下弯段整体冲刷下切，冲刷部位也集中在-20.00m高程以下的深槽部分，0～-20.00m范围内有冲有淤，但幅度很小。从河道断面变化来看，深槽断面形态稳定，有冲有淤，水道中上段相对稳定，中下段局部有所冲深发展；上弯道、过渡段河相系数均在2以内(表3)，且年际间基本不变，断面稳定性很好；下弯道河相系数在2～4之间，该处为河宽较大的区域，左岸有划子口边滩和兴隆洲的存在，河道水深较上下游浅，故河相系数略高，但年际间变幅很小，可以判断该段河床虽存在局部冲淤变化的可能，但整体来看稳定性较好。

总体来看，本水道受三峡水库蓄水影响较大的部位位于兴隆洲串沟。三峡蓄水初期槽淤滩冲，串沟有小幅淤积，但随着清水下泄的持续作用，2011年之后串沟深槽呈缓慢冲刷发展态势。从串沟变化和水沙条件的对应关系来看，大水年的作用较大，中小水年串沟变化不大。如2012年大水年作用后，串沟头部小幅淤积，串沟中下段-10.00m线冲刷展宽了约130m，最大冲幅3m以上；随后中小水年作用下，串沟头部大水年产生的淤积又被冲刷，2013—2015年串沟头部稳定，串沟中下段有冲有淤也基本稳定。

可见，三峡蓄水后本水道洲滩总体稳定，龙潭水道维持单一弯道河型，局部滩槽发生调整，主要表现为兴隆洲串沟和下弯道深槽冲刷。

3.3　三峡蓄水后演变因素分析

3.3.1　河道边界条件

龙潭水道进口有西坝节点，河道沿岸有护岸工程，原兴隆洲左汊有堵汊工程守护，出口有三江口节点，下游与常年较为稳定的仪征水道单一进口段相连，综合来看，受边界条件的控制作用，河道呈稳定的单一弯道，总体河势稳定。

3.3.2　上游河势的影响

龙潭水道上接八卦洲水道，八卦洲水道为鹅头型分汊河段，近期河势稳定，汊道出口左岸有西坝节点。三峡蓄水前，八卦洲水道右汊和西坝一带实施了护岸工程，使八卦洲汇流段趋于稳定，断面形态呈典型的偏V形，右岸乌龙山边滩规模也较小。

三峡蓄水后，八卦洲水道分汊格局稳定，右汊为主汊，分流比维持在80%以上，且受来沙量大幅减少的影响，八卦洲右汊持续冲刷向窄深型发展；再者，河道稳定的岸线条件未发生变化，八卦洲汇流段及龙潭水道上弯道段河岸抗冲性较强，河宽较窄，断面形态保持偏V形，水深很大，且进口河段平面呈稳定的微弯状，说明八卦洲水道与龙潭水道的连接段基本稳定，对下游龙潭水道的演变影响不大。

3.3.3　水沙条件的影响

三峡蓄水前的自然演变阶段，边界摆动频繁，龙潭水道不断向右弯曲发展，后经岸线守护和堵汊工程，龙潭水道稳定为单一弯道河型，龙潭的洲滩格局在1985年后基本稳定，由于兴隆洲边滩较宽，在其右缘于1989年被水流切割形成串沟。

三峡水库蓄水后来沙量锐减对本水道的影响主要有两个方面：①龙潭水道下弯段洲滩总体呈冲刷状态，-20.00m以下深槽也呈逐步冲刷下切的态势；②局部洲滩(如兴隆洲串沟附近)受大水年份作用冲刷发展后，在一般水文年由于来沙量很小，被冲刷的部位难以恢复，河道变化相对缓慢。

4　河床演变趋势及航道条件变化

龙潭水道在控制节点、人工护岸和堵汊工程等的作用下，河道平面形态稳定，局部洲滩仍会有所调整。结合三峡蓄水后水沙条件及演变规律预测其演变趋势为以下3种：

(1)三峡蓄水后，来沙量大幅度减少使得乌龙山边滩淤长下延的可能性不大，上弯段和过渡段稳定，主流摆动幅度不大，龙潭水道的整体河势稳定有利于维持下游长河段河势的缓慢演变。

(2)未来随着三峡工程清水下泄的长期作用，兴隆洲串沟和凹岸深槽仍会有所冲刷，兴隆洲整体保持稳定，但低滩仍有一定冲刷萎缩的空间。

(3)龙潭水道水深条件优良。龙潭水道为单一弯道，河道断面呈窄深V形，深槽最深点高程接近-50.00m，-10.00m水深最窄处位于拐头附近，宽度接近800m，故在河势基本稳定的前提下，未来龙潭水道将保持优良的水深条件。

5　结论

(1)三峡水库蓄水后，长江下游径流量变化不大，但沙量锐减了67%，同时受三峡调度洪水坦化作用，主汛期长江下游的输沙量也相应减少，这些水沙条件的变化对河道演变的影响也逐步显现。

(2)三峡水库蓄水后，龙潭水道演变主要受水沙条件及岸滩边界控制的影响。本河道岸滩边界稳定，断面形态也稳定少变，三峡蓄水后，由于来沙量较少，河道总体呈冲刷态势，且滩槽冲淤调整缓慢，大水年对洲滩变化的作用较大，一般年份冲淤幅度很小。

(3)三峡水库的长期运用，来沙量的大幅度减少对河道演变的影响大于径流变化的影响，河道来沙已不可能恢复到蓄水前的状态，在来沙大幅度减少的基本条件下，兴隆洲串沟、下弯道深槽和兴隆洲低滩未来仍会有一定幅度的冲刷，需要进一步关注其变化趋势。

(4)航道条件会随着河道自身的演变而变化，三峡蓄水前后，龙潭水道滩槽格局稳定，深槽贴靠凹岸侧，水深条件优良，从河道演变趋势来看，未来航道条件不会有大的变化，下弯道水深会有小幅增加。

参考文献：

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[2]　王华,曹双,罗红雨.龙潭港港区工程群建设防洪累积影响研究[J].水利水电快报,2015,36(12):20-22.

[3]　中华人民共和国交通运输部.长江干线航道总体规划纲要[Z].2009.

[4]　朱宇驰.近50年长江南京段河道变迁研究[D].南京：南京大学,2014.

[5]　吴威,方维凤,王德信.南京港锚地疏浚对河势及防洪影响分析[J].人民长江,2005,36(2):28-30，48.

[6]　李义天,唐金武,朱玲玲,等.长江中下游河道演变与航道整治[M].北京：科学出版社,2012.

[7]　潘庆燊,胡向阳，等.长江中下游河道整治研究[M].北京：中国水利水电出版社,2011.

[8]　李振青,陈凤玉.南京栖霞龙潭水道河床演变与开发治理[J].人民长江,1999(5):25-27.

[9]　曹广晶,王俊.长江三峡工程水文泥沙观测与研究[M].北京：科学出版社,2015.

[10]　潘庆燊,陈济生,黄悦,等.三峡工程泥沙问题研究进展[M].北京：中国水利水电出版社,2014.

Influence of the Three Gorges Reservoir on Fluvial Processes of Longtan Waterway

SHANG Qianqian1,2,XU Hui1,2,LI Guobin1,2,GAO Yajun1,2

(1.Nanjing Hydraulic Research Institute,Nanjing Jiangsu Province　210029;2.State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering,Nanjing Jiangsu Province　210024)

Abstract:The lower reaches of the Changjiang River is quite broad,and reaches are mainly braided channels.Normally,a single channel exists between two braided channels,and performs a key function in fluvial processes of the long river segment.Taking the single curve Longtan waterway as an example,the changes of shoals,typical cross sections and the stability of the river are analyzed,and the influence of water and sediment condition on fluvial characteristics and navigation situation after impoundment of the Three Gorges Reservoir(TGR)is discussed.Results show that,before and after impoundment of TGR,the waterfront is stable under the action of river regulation engineering,and the cross-sections maintain narrow and deep,and the quantity of scour and silt of the Longtan waterway is much smaller than those of braided channels.The river bed changes mainly occurred below the-20m elevation and around the shoal areas.Under the influences of TGR impoundment,river bed of the Longtan waterway generally scours,and bed deformation varies quite slowly,also the local sour occurring in flood years is difficult to recover in normal years,so the erosion phenomenon and its change trend of the single curve need a further focus.

Key words:Three Gorges Reservoir;Single Curve;Water and Sediment Condition;Fluvial Processes