長江下游三沙河段河床演變規律及其關聯性分析

朱曉波，夏云峰，徐 華，聞云呈

（1.河海大學，南京210098；2.南京水利科學研究院，南京210024）

長江下游三沙河段河床演變規律及其關聯性分析

朱曉波1，夏云峰2，徐 華2，聞云呈2

（1.河海大學，南京210098；2.南京水利科學研究院，南京210024）

長江下游三沙河段（福姜沙、通州沙、白茆沙河段）是長江南京以下重要的礙航淺段，其河床演變規律是實施航道整治工程重要的理論依據。利用現場調研及多年實測資料，結合理論知識，通過分析三沙河段主流線及深泓線的變化特征，得出其河床演變宏觀規律，結果表明上、下游河段之間的河床演變具有一定的關聯性，上游主流擺動影響下游河床演變，在鵝鼻嘴、九龍港和徐六涇等天然節點及人工護岸工程的控制作用下，如皋沙群段與通州沙河段演變關聯性不再明顯，通州沙河段與白茆沙河段演變關聯性減弱。

河床演變；關聯性；節點；航道整治；三沙河段

長江南京以下航道有多個礙航淺灘，航道尺度標準偏低。其中三沙河段，即福姜沙河段、通州沙河段和白茆沙河段是貫通長江南京以下12.5 m深水航道的制約性河段，其河床演變規律對航道整治工程的實施具有重要的指導意義［1］。謝鑒衡等學者指出互動和聯動是長江中下游河床演變的基本屬性［2］，河段之間及內部各水道河床演變是相互關聯、相互影響的，上、下游河床演變的關聯性可以為長河段航道整治工程的實施提供必要的理論依據。

1 三沙河段概況和水文泥沙特征

1.1 河段概況

三沙河段位于長江下游江陰鵝鼻嘴至太倉七丫口河段，屬于長江河口段。福姜沙河段上起江陰鵝鼻嘴，下至護漕港，通過如皋沙群段與通州沙河段相接，通州沙河段屬澄通河段，上起十三圩，下至徐六涇，白茆沙河段通過徐六涇節點段承接通州沙河段。

三沙河段平面形態呈藕節狀，為寬窄相間的彎曲分汊河型，汊道及洲灘眾多，灘槽交錯，受到上游大徑流和下游中等強度潮汐共同作用。自20世紀50年代以后，三沙河段河床演變受到多個節點控制，包括江陰鵝鼻嘴和龍爪巖等天然節點，20世紀90年代形成的九龍港人工控制段和逐漸加強的徐六涇縮窄控制段等［3］。在天然節點和人工護岸工程的控制作用下，三沙河段的河勢已基本穩定，但仍然處于周期性自然演變進程中。

1.2 水文泥沙特征

1.2.1 徑流

徑流是三沙河段河床演變的基本動力之一，上游河勢及來水來沙條件是河床演變的重要因素，特別是大洪水往往會引起河床較大的變化［4］。根據大通站的水文資料及三沙河段地形資料分析，凡是大洪水或上游來水來沙發生變化的年份均會引起三沙河段較明顯的河床變化。20世紀90年代中后期，長江連續幾年出現大洪水，年最大流量75 000～84 000m3/s，年平均流量約32 000m3/s。2003年三峽水庫蓄水后，長江連續幾年出現枯水年份，2003～2009年，年均流量約為25 800m3/s。2010年出現較大洪水，因三峽水庫調峰作用，最大流量較小，為65 300 m3/s，5～10月平均流量達46 200 m3/s，年平均流量為32 600 m3/s。2011年為枯水年，最大流量為46 000 m3/s，年平均流量為21 230 m3/s，5～10月平均流量為26 800 m3/s，為1950年水量最小的一年。歷年徑流量見圖2。

1.2.2 潮汐和潮流

三沙河段屬于長江河口段，長江口潮流界隨徑流強弱和潮差大小等因素的變化而變動，枯季潮流界可上溯到鎮江附近，洪季潮流界可下移至西界港附近。潮汐為中等強度非正規半日淺海潮，每日兩漲兩落，且有日潮不等現象。漲落潮歷時不對稱，漲潮歷時短，落潮歷時長，一般情況下，岸灘及淺灘水流先漲先落，漲潮歷時岸邊或淺灘長于深槽主流，落潮歷時則是深槽主流長于岸灘和淺灘。潮差沿程遞減，最大潮差4m以上，最小潮差0.02 m。落潮最大流速一般出現深槽主流處，漲潮最大流速一般出現在邊灘或淺灘處，實測最大流速一般出現在大潮期。漲落潮流路不一致也是造成三沙河段水道興衰發展的重要動力因素。

1.2.3 泥沙

受徑流和潮流雙重動力影響，三沙河段泥沙來源包括上游流域來沙，下游海域來沙及北支泥沙倒灌，以上游來沙為主。根據多年實測資料統計，三沙河段河床質中的中值粒徑在0.25 mm以下，沙細易動，洪季輸沙量大于枯季輸沙量，除福山水道外均是落潮輸沙量大于漲潮輸沙量。輸沙量主要受上游來水影響，上游來水量大，輸沙量也大，上游來水量小，輸沙量也小。自三峽水庫蓄水以來，大通年輸沙量也明顯減少，2003～2011年年均輸沙量約1.43×108t，而蓄水前的1986～2002年，年均輸沙量為3.43×108t。歷年輸沙量見圖2。

2 河床演變宏觀規律分析

河床演變是水流與河床相互作用的結果，河勢的變化則是河床演變的直觀反映，河道主流線、河床深泓線是反映河勢的重要指標，分別代表了水流與河床的基本情況［5］。主流線，即沿程各斷面最大垂線平均流速所在點的連接線，又稱為水流動力軸線，是天然河道水流最大動能所在位置的連線，是影響河床沖淤的主要因素；深泓線，即河道各斷面最大水深點的連線，可以反映河勢及深槽走向，是決定河型變化的重要標準［6］。從主流線、深泓線變化兩方面分析三沙河段歷史演變特征及近期演變規律，以便為航道整治工程提供一定的理論指導。

2.1 歷史演變特征

三沙河段位于長江河口段，其河床的形成發展與長江口的歷史發育模式一致。根據史籍記載，二千多年以來長江口的發育模式可概括為：江中沙島出水或并岸、河口寬度不斷縮窄、主流逐漸南偏、河口向東南方向延伸。至20世紀60年代，三沙河段的河床演變具有如下兩個基本特征：

（1）主流擺動頻繁、汊道交替發展。河口段由于動力增強，河道展寬，邊界不穩定，導致主流極易發生變化，進而影響沙洲變遷、汊道興衰等。三沙河段主流線與深泓線延伸方向基本一致，擺動頻繁，尤其是如皋沙群汊道、通州沙河段下游汊道、白茆沙汊道一直處于交替發展中。

（2）上、下游河床演變具有關聯性。各河段不僅遵循著自身的演變規律，主流的大幅擺動也使上、下游河段的河床演變存在密切的關聯性，上游河床的變化往往導致下游河床也隨之產生劇烈變化，特別是如皋沙群段、通州沙河段及白茆沙河段的主流變化息息相關，如表1所示。凡是如皋沙群段河道主流走海北港沙北水道，下泄主流即走通州沙西水道及白茆沙南水道，而如皋沙群段河道主流走海北港沙南水道時，下泄主流即走通州沙東水道及白茆沙北、中水道，如皋沙群發展變化，下游主流也隨之變化。

2.2 近期演變分析

利用1970～2011年的實測資料，通過對福姜沙河段、如皋沙群段、通州沙河段、徐六涇河段及白茆沙河段主流線及深泓線變化進行分析，了解其河勢變化，進而得出三沙河段近期演變宏觀規律。

2.2.1 福姜沙河段及如皋沙群段

（1）主流線。江陰水道下泄的落潮流出鵝鼻嘴—炮臺圩節點后，被福姜沙分為左右兩汊，右汊福南為支汊，左汊為主汊，進入左汊的主流被雙澗沙分為福北和福中，福中與福南兩汊在護漕港附近匯流走瀏海沙水道，與如皋中汊在九龍港附近相匯，頂沖九龍港沿岸，水深不斷刷深。近年來受人工護岸和沙鋼碼頭群守護作用，主流基本穩定。

（2）深泓線。福姜沙河段及如皋沙群段深泓線變化見圖3～圖5。福南水道在發展過程中，汊道上半段比較穩定，下半段在彎道環流作用下，江岸不斷崩塌后退，深泓向鵝頭彎道發展。20世紀80年代以后，彎道發展得到控制，近年來深泓線基本穩定。20世紀70年代以來，雙澗沙得到發展，江中心灘變化較大，使得福姜沙北汊深泓變化較大，近幾十年來福北水道深泓線一直處于變化中，福中水道擺幅相對較小。如皋中汊是20世紀70年代初期由又來沙灘面串溝演變而成。1978年，如皋中汊四號港附近的深泓線還靠近現民主沙一側。1989年民主沙與雙澗沙合并后，如皋中汊與雙澗沙北水道已平順銜接，基本分泄了雙澗沙北水道下泄的水流。此后，如皋中汊演變趨于順直發展，1999年后，如皋中汊深泓線基本穩定下來。瀏海沙水道一直以來是主泓，有左移趨勢，2006年后，深泓線左移速度趨緩。與中上段相比，近年來如皋中汊和瀏海沙水道的下段深泓線擺動相對較大，向右移動。1992年兩汊深泓線匯流點在九龍港上游附近，1999年匯流點上移至一干河下游附近，2002年后匯流點移至九龍港附近，近年來基本保持穩定。

2.2.2 通州沙河段

（1）主流線。通州沙河段上游分為通州沙東、西水道，水流經九龍港至十二圩港導流岸壁作用，脫離南岸過渡到南通姚港至任港一帶，緊貼左岸順通州沙東水道下泄，在龍爪巖節點控制挑流下，進入通州沙東水道主流偏右，脫離左岸。自1948年通州沙東水道成為主流之后，東水道不斷發展，過水面積不斷擴大，形成一條落潮流為主的長江主流通道，而西水道不斷萎縮淤積，河床寬淺。下泄主流受新開沙、狼山沙、鐵黃沙阻隔，被分為新開沙水道、狼山沙東水道、狼山沙西水道和福山水道四汊匯入下游徐六涇節點段。營船港以下以及狼山沙東西水道受狼山沙沖刷下移影響變化較大，1978年主流走狼山沙西水道，1984年改走狼山沙東水道。

（2）深泓線。通州沙河段深泓線變化見圖6～圖8。通州沙東水道在發展過程中，其進口段主泓不斷北移、彎曲。隨著橫港沙尾受沖上提，通州沙東水道頂沖點上提，處于凹岸的任港—龍爪巖一帶岸坡受沖后退，而處于凸岸的通州沙邊灘則向北淤長，河床向窄深發展。1970～1992年狼山沙明顯下移西偏，僅狼山沙頭部-5 m線就下移約6 km，進而導致狼山沙東西水道上游分支點下移，1978～1992年下移約2 500m，下游匯合點上提，東、西水道深泓線均向右擺動，徐六涇節點段深泓線呈明顯南偏的趨勢。1992年以后，狼山沙下移緩慢。1998年、1999年大洪水后，下移西偏的態勢有所加劇，這使得狼山沙東西水道的匯流點進一步上提，頂沖點移至徐六涇附近，使其深泓線繼續南偏，1999～2002年南偏超過400 m。2002年以后，徐六涇節點段深泓線的變幅有所減小，分流區深泓線的最大變幅在400 m左右。2004年以后，狼山沙下移已基本到位，沙體主要表現為緩慢西移、尾部受沖緩慢上提，導致狼山沙東水道深泓向西擺動，狼山沙西水道深泓相對穩定。

2.2.3 徐六涇及白茆沙河段

（1）主流線。上游主流經狼山沙東水道由東南向進入南支河段，頂沖常熟徐六涇岸段，由于常熟沿岸海塘及樁石工程守護，加之南岸為地質條件較好的抗沖性粘土，主流向東略偏北通過蘇通大橋主橋孔，在白茆河口附近主流南偏，進入白茆沙南水道，主流貼岸，岸線較為穩定。白茆沙北水道新建河附近處于水流頂沖地段，南北水道下泄水流于七丫口以下匯合進入南北港分汊過渡段，主流離岸較遠。

（2）深泓線。徐六涇及白茆沙河段深泓線見圖6～圖8。白茆沙總體呈沖刷后退趨勢，徐六涇節點段下游分支點也隨之下移，導致白茆沙南水道中上段主流線彎曲，中下段相對穩定，白茆沙北水道深泓頂沖點下移并向東移動。僅1992～1999年，白茆沙頭部-5 m等深線后退約1 800m，2004年后變化趨緩。1970～1978年徐六涇節點段下游分支點在金涇塘口下游附近，1999年下移4 000m左右至白茆河口附近，2004年后下移趨緩，但由于白茆沙沖刷后，南水道發展，徐六涇下段深泓南移，1999～2010年，分支點南移1 100 m。受白茆沙頭部沖刷后退影響，白茆沙南水道進口深泓有所擺動，擺幅約500m，中下段深泓傍靠南岸，較為穩定。由于1992～2004年白茆沙北水道進口一直處于淤積狀態，北水道進口深泓南壓，頂沖點下移，北水道中下段深泓線總體呈東移趨勢。2004年后，徐六涇河段下游深泓的分支點下移趨緩，白茆沙南水道深泓線頭部位置沒有明顯變化，但由于白茆沙右沿沖刷，上段深泓線略有左移，而南水道中、下段深泓線仍處于相對穩定狀態。因為上游分支點下移趨緩，北岸頂沖點也逐漸穩定在崇明島新建河附近。受北水道進口淤積影響，進口深泓南壓，北水道中下段深泓線相對較為穩定。

3 近期演變關聯性分析

河床演變是一個長期的過程，近期演變在歷史演變的基礎上發展，在一定程度上延續著歷史演變的趨勢。近期演變規律表明如皋沙群段、通州沙河段、白茆沙河段之間仍然存在著一定的河床演變關聯性。

3.1 如皋沙群段與通州沙河段

通過對三沙河段近期主流線及深泓線的變化分析可以看出，20世紀90年代可以作為演變關聯性明顯與否的分界點：

（1）20世紀90年代以前，如皋沙群段與通州沙河段河床演變關聯性比較明顯。20世紀70年代后雙澗沙水道逐步衰亡，如皋中汊形成發展，引起汊道匯流區及水流頂沖點位置下移，進而影響到橫港沙變化及通州沙東西水道變化。如皋中汊與瀏海沙水道兩股汊道匯流強度的變化影響到瀏海沙水道出流方向，使其深泓線左移，主流偏北沖刷橫港沙右緣，橫港沙右緣沖刷后退，沙尾上提，導致通州沙東水道頂沖點上提，河床向窄深發展，而西水道入流方向不順，與主流夾角增大，西水道萎縮，通州沙向北淤漲。

（2）20世紀90年代以后，如皋沙群段與通州沙河段均穩定發展，演變關聯性不明顯。20世紀90年代以后如皋中汊主流基本穩定，匯流后頂沖點位置基本不變，上游汊道穩定、岸線穩定，瀏海沙水道的出流方向基本穩定。通州沙東水道則一直是主泓，汊道發展穩定，上、下游河段演變關聯性不明顯。

3.2 通州沙河段與白茆沙河段

20世紀90年代以后，隨著如皋中汊的穩定，通州沙河段主流一直穩定在東水道。通州沙河段與白茆沙河段的河床演變關聯性主要體現在下游狼山沙的動力變化對白茆沙河段的影響。通過近期河床演變分析可以看出，通州沙河段與白茆沙河段河床演變關聯性明顯與否主要以2004年為分界：

（1）2004年以前，通州沙下段與白茆沙演變關聯性顯著。20世紀70～90年代通州沙河段下段由于狼山沙的變化，使得下泄主流由狼山沙西水道逐步轉為狼山沙東水道。狼山沙的下移西偏，使得狼山沙東西水道上游分支點下移，下游匯合點上提，東西水道深泓線向右擺動，徐六涇節點段深泓線明顯南偏，進而導致下游白茆沙頭部明顯沖刷后退，徐六涇節點段下游分支點隨之下移4 000m左右，狼山沙水道的主流變化對白茆沙水道河床演變具有明顯的影響。

（2）2004年以后，狼山沙體變化緩慢，與白茆沙河段演變關聯性不明顯。2004年以后，狼山沙沙體主要表現為緩慢西移、尾部受沖緩慢上提，通州沙東水道南岸頂沖點的位置有所變動。白茆沙頭部沖刷后退趨緩，南水道深泓線頭部位置沒有明顯變化。但由于白茆沙右沿沖刷，上段深泓線略有左移，而南水道中、下段深泓線仍處于相對穩定狀態。初步分析，狼山沙體的緩慢變化會使經徐六涇河段進入白茆沙水道的水流有所變化，但這種變化是一個緩慢過程，上、下游節點河段演變關聯性不明顯。

4 演變關聯性影響因素分析

影響三沙河段河床演變的因素主要包括上游來水來沙條件、漲落潮動力條件、河道邊界條件及人類活動等［6］。其中上游來水來沙條件、河道邊界條件對河床演變關聯性影響較大［7-8］。

（1）上游來水來沙條件的影響。大水大沙年份河床演變相對劇烈，主流易于擺動，頂沖點發生變化，使得上、下游河床演變聯動性明顯。

（2）河道邊界條件的影響。灘槽變動、河道展寬、河岸不穩定影響主流走勢，龍爪巖等天然節點，九龍港和徐六涇等人工護岸工程穩定了河岸，為下游提供穩定的入流條件，使得上、下游河床演變關聯性減弱。

5 結論

基于實測資料，結合理論知識，從河道主流線及河床深泓線變化方面對三沙河段河床演變規律及其關聯性進行了研究。主要得出以下四個結論：

（1）三沙河段歷史演變分析表明，該河段上、下游河床演變存在著一定的關聯性，主要表現在河段進口主流擺動對下游河勢、河型變化產生的影響。

（2）三沙河段近期演變分析表明，節點的形成對該河段河床演變關聯性起著重要的控制作用。三沙河段演變關聯性不明顯的階段均是節點逐漸形成的階段。節點的控導能力越強，上下游演變關聯性越不明顯；節點的控導能力越弱，上下游演變關聯性越顯著。天然節點的形成和合理整治工程的實施，可以為下游河段提供穩定的入流條件，使其河勢穩定發展。

（3）自20世紀90年代后，如皋沙群段與通州沙河段河床演變關聯性不明顯。這有自然演變的因素，更主要的是由于近年來九龍港沿岸頂沖點部位得到加強守護，十二圩沿岸碼頭興建，岸線穩定，形成長約7 km導流岸壁，1998年泓北沙一側圍墾和2003年北岸泓北沙與長青沙打壩工程后北側岸線逐漸穩定，形成九龍港控制段，加強了九龍港節點的控導能力，隨著九龍港人工控制段的逐漸形成，如皋沙群段的主流得到穩定，為通州沙河段提供了穩定的入流條件，通州沙河段上段得到穩定發展。

（4）通州沙河段與白茆沙河段河床演變關聯性還處于發展變化中。雖然自1958年開始，徐六涇人工縮窄段就逐漸形成，至20世紀70～90年代，徐六涇燈標處已經束窄至5.7 km，但是徐六涇節點對水流的束流、導流作用尚不夠充分。2004年以后徐六涇人工縮窄段的限制作用增強，減弱了上游河勢對白茆沙河段的影響，隨著2007年以來新通海沙圍墾工程的實施，蘇通大橋下游附近江面寬已縮窄到4.5 km左右，徐六涇縮窄段的控制作用進一步增強，對下游白茆沙河段的河床演變起著積極的控制作用。然而節點的控制作用具有一定的滯后性，即便穩定了上游主流，也不可能在短時間內使下游河床不再發生劇烈的變化，上游主流擺動對下游河床演變仍會有一定的影響，這一影響將是一個緩慢的過程。

［1］夏云峰，徐華，吳道文，等.長江下游通州沙白茆沙河段河床演變分析［R］.南京：南京水利科學研究院，2011.

［2］謝鑒衡，丁君松，王運輝.河床演變及整治［M］.武漢：武漢水利電力學院，1990.

［3］余文疇.長江下游分汊河道節點在河床演變中的作用［J］.泥沙研究，1987（4）：12-21. YU W C.Action of nodes of the braided channel at the lower Yangtze River in the fluvial processes［J］.Journal of Sediment Research，1987（4）：12-21.

［4］夏云峰，曹民雄，陳雄波.長江下游三沙（福姜沙、通州沙、白茆沙）水道演變分析及深水航道整治設想［J］.泥沙研究，2001（3）：57-61. XIA Y F，CAO M X，CHEN X B.Formation analysis and regulation plan for dredging channel of the Three Sand Shoals（Fujiang Sand Shoal，Tongzhou Sand Shoal and Baimao Sand Shoal）on the lower Yangtze River［J］.Journal of Sediment Research，2001（3）：57-61.

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2020年我國將建成1.9萬km高等級航道

據按照最新公布的《加快推進長江等內河水運發展行動方案（2013～2020年）》，到2020年我國將基本建成1.9萬km高等級航道，內河三級及以上航道里程達到1.4萬km；內河貨運量達到30億t以上。一些關鍵的“瓶頸”河段將得到有效治理。據統計，“十二五”前兩年內河水運建設中央投資達180億元。納入《“十二五”期長江黃金水道建設總體推進方案》的88個項目中有50個已經開工，長江沿江億t大港達到8個。（殷缶，梅深）

自航式航道水深探測器獲國家專利

本刊從長江武漢航道局獲悉，該局科研人員歷經兩年攻關，自主研制的“自航式航道水深探測器”獲國家發明專利。自航式航道水深探測器類似于船模，船上安裝有測量系統，通過遙控探測器獲取航道測量數據。它的發明使用，降低了航道探測成本，減輕了職工勞動強度。據介紹，該探測器每小時的測量費用僅為傳統航標工作船的1/10。（殷缶，梅深）

Riverbed evolution law and relevance analysis for the Three Sand Shoals Reach on Yangtze River

ZHU Xiao-bo1，XIA Yun-feng2，XU Hua2，WEN Yun-cheng2
(1.Hohai University，Nanjing 210098，China；2.Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing 210024，China)

The Three Sand Shoals Reach（Fujiang Sand Shoal，Tongzhou Sand Shoal and Baimao Sand Shoal）on the lower Yangtze River is an important navigation-obstructing shoal reach below Nanjing reach.In order to provide the theoretical foundation for waterway regulation engineering，it is necessary to analyze the riverbed evolution law of the Three Sand Shoals Reach.Making full use of site investigation and annual survey data，based on theoretical analysis，the riverbed evolution law was analyzed from the aspect of mainstream and talweg changes.The analysis results demonstrate that there is riverbed evolution relevance between upstream and downstream reach.The riverbed evolution of the downstream reach is caused by the mainstream swings of upstream.Under the controlling of nodes and waterway regulation engineering，such as Xuliujing node，Jiulonggang node and Ebizui node，the riverbed evolution relevance has been reduced.

riverbed evolution；relevance；node；waterway regulation；the Three Sand Shoals Reach

U 617；TV 147

A

1005-8443（2013）05-0413-07

2013-02-28；

2013-05-22

西部交通建設科技項目（2011 328 746 60）

朱曉波（1988-），女，天津市人，碩士，主要從事河口海岸水動數值模擬研究。

Biography：ZHU Xiao-bo（1988-），female，master student.