乌江重庆段河道演变及其对航运的影响_卢阳.pdf

收稿日期：；修回日期：基金项目：国家重点研发计划项目（）作者简介：卢 阳（），男，湖北汉川人，正高级工程师，博士，主要从事山地灾害形成演化机理与减灾技术研究工作。：通信作者：王玉璇（），女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，主要从事河流泥沙方面的研究工作。：，（）：乌江重庆段河道演变及其对航运的影响卢 阳，王玉璇，曹 磊，张乾柱，赵 东（长江科学院 重庆分院，重庆；长江水利委员会水文局 长江上游水文水资源勘测局，重庆）摘 要：为探究近年来乌江重庆段河道演变特征及其对航运的影响，在 年泥沙原型观测基础上，结合径流泥沙特性变化，分析了泥沙冲淤特征及河道演变规律，得出如下结论：除主汛期外，三峡水位消落期及汛末是主要输沙期；上游武隆峡谷段河道底床呈下降趋势、河口底床呈抬升趋势，河道坡降总体表现出减缓趋势；相对于峡谷河段，宽阔河段的年泥沙冲淤变幅更为显著；常年回水区河道走沙条件差，基本处于淤积状态；变动回水区以上河道泥沙冲淤主要受河道形态控制。总体而言，从演变趋势来看，当前的来水来沙条件有利于减少河道泥沙淤积，重点险滩段冲淤发展态势较缓，河势整体稳定，河道演变对航运影响较小。研究成果可为乌江河道演变与治理相关研究提供借鉴。关键词：泥沙冲淤；河道演变；河道航运；原型观测；乌江下游中图分类号：文献标志码：文章编号：（）开放科学（资源服务）标识码（）：，（，；，）：，：），），），），：；第 卷 第 期长 江 科 学 院 院 报 年 月 研究背景近年来，我国积极推动和落实“一带一路”及长江经济带国家发展战略。而航运作为沿江经济发展的重要依托，是发展战略实现的重要基础。作为长江流域内国家高等级航道的重要组成部分，乌江航道在协调区域经济发展、降低远距离输运的经济能耗环境成本等方面发挥着重大作用。同时，作为黔、渝邻近地区对外交通要道，乌江自古便是沿岸老、少、边山区人民生产生活的“生命线”和“致富线”，在繁荣黔、渝两地经济方面承担着巨大责任。三峡工程的建成为包括乌江在内的库区水运腾飞增添了新的力量。库区水面拓宽、水深增加、水流减缓，为以宜昌重庆长江干流段为核心、以乌江等长江一级支流为骨干的库区高等级水运网络建设创造了有利局面。当非汛期三峡水库蓄水至 时，乌江回水可至武隆中咀（距河口 ）。当汛期三峡大坝坝前水位为 时，回水可至涪陵白涛镇网背沱（距河口 ），汛期及非汛期乌江河口水位较天然情况抬高 和 。因此，三峡水库蓄水后，乌江河口至网背沱河段处于常年回水区，网背沱至武隆中咀 河段处于变动回水区。三峡水利枢纽的投入使用为库区水运的发展增添了新的不确定性，其运行方式成为控制库区水流运动及泥沙局部冲淤规律变化的关键因素。泥沙输运长期不平衡成为三峡库区水沙输运的新常态，航道整治面临新的问题。对乌江而言，除河口水位顶托将对其行洪走沙产生控制作用外，年后乌江中下游大型梯级水库的陆续投产更为其下游的冲淤规律及航运发展添加了新的变数，。目前，对三峡成库后库区泥沙淤积及航运问题的研究主要集中在长江干流，而对乌江的相关研究相对较少且主要集中在乌江河口附近尺度为 左右的滩群，。结合国家发展战略及交通运输部、渝、黔两省市协商共建乌江高等级航道等提出的要求，有必要在更大尺度上对三峡成库后乌江重庆段河道泥沙冲淤情况进行观测分析。本文以重庆市乌江航道管理处 年对乌江重庆段（河口以上 范围内）的原型观测成果为基础，分析乌江重庆段的泥沙冲淤特征以及规律，讨论河道演变趋势及其对航运的影响。研究区概况乌江发源于贵州省西部威宁县乌蒙山东麓，是长江上游右岸最大支流，流经云南、贵州、湖北、重庆四省市，于 重 庆 涪 陵 城 区 汇 入 长 江。乌 江 全 长 ，流 域 面 积 万，流 域 内 人 口 约 万。研究河段位于乌江下游银盘至河口段，长约 （图）。该河段整体平面形态较为顺直，局部弯曲。河道蜿蜒于峡谷之中，岸壁陡峭，滩陡流急，两岸多为深切的“”型、“”型峡谷，两峡之间河床开阔，构成滩峡相间的河道形态。河道以狭窄为主，河宽一般为 ，峡口处枯水河宽 ，水流较深，峡口以下江面展宽至 。(a)(b)(c)(e)(d)图 乌江重庆河段平面图 乌江重庆市段航道滩险以石质滩为主，砂卵石滩次之。石质滩多分布在峡谷河段，砂卵石滩则分布于开阔河段和河口附近。建国后经过 次大规模整治，全河段基本达到级航道标准。河口至白马航道尺度（航道水深宽度弯曲半径）达到 ，可通行 级机驳；白马至银盘航道尺度为 ，可通航 级以下机动驳且中洪水期可通行 级机驳。年区间内港区完成客运吞吐量 万人次，货物吞吐量 万。按照乌江航道规划，通过整治使河口至白马段 航道达到级航道的通航标准（水深，底宽 ），白马以上至银盘段达到航道通航标准（水深，底宽 ）。水沙特性变化武隆水文站距乌江河口约 ，为乌江汇入 第 期卢 阳 等 乌江重庆段河道演变及其对航运的影响长江的控制水文站（图），该站实测的水沙数据可直接反映研究河段的来水来沙情况。从来水来沙年际变化来看，年研究河段年来水总量无趋势性变化，多年平均径流总量约为 亿。随着乌江干流 座大型水利枢纽陆续建成投产（图），上游水库大量拦沙，加之 世纪 年代开始的水土保持措施，年输沙量从约 万 锐减到约 万（图），年均含沙量减少了约。图 乌江大型梯级水电站分布 00.10.20.30.401 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 01 9 5 219 9 01 9 9 120 0 22 0 0 320 1 12 0 1 220 2 0含沙量/(k gm-3)年限年径流量年输沙量年含沙量径流量/(亿m3)输沙量/(万t图 武隆水文站年径流量、年输沙量和年均含沙量 ，从来水来沙的年内变化来看（图），研究河段 月份为主要径流期。年之前，输沙过程与流量过程基本一致，强输沙主要发生在 月份。随着三峡 水位蓄水运行，研究河段大部分位于三峡变动回水区。除主汛期 月份外，研究河段主要依靠汛前三峡水库消落期和汛末 月份形成的水力坡降输沙。年以后，研究河段在来水不变、来沙大减的条件下，无论三峡水库蓄水位为 或者 ，该河段的水动力条件都足以输送上游来沙，且仍有较大的富余挟沙能力。因此，当前来水来沙条件对减少研究河段的淤积是有利的。05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 005 01 0 01 5 02 0 0 径流量/(亿m3)月份含沙量/(k gm-3)0.4 0.8 1.2 1.6 05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 005 01 0 01 5 02 0 0 0.4 0.8 1.2 1.6 02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 005 01 0 01 5 02 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 005 01 0 01 5 02 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2月份1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2月份1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2月份1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2(d)2 0 1 22 0 2 0(c)2 0 0 32 01 1(b)1 9 9 12 0 0 2(a)1 9 5 21 9 9 0径流量/(亿m3)径流量/(亿m3)径流量/(亿m3)输沙量/(万t)输沙量/(万t)输沙量/(万t)输沙量/(万t)含沙量/(k gm-3)含沙量/(k gm-3)含沙量/(k gm-3)径流量 输沙量 含沙量 图 武隆水文站逐月径流量、输沙量及平均含沙量 ，泥沙冲淤特征 深泓纵剖面变化乌江重庆段深泓纵剖面线整体表现为锯齿状分布，河道比降为。根据 年 月 年 月深泓线的沿程变化可知（图），该河段深泓高程有抬有降，河道比降总体呈减缓趋势。其中，深泓最大下切，发生在河道上游武隆峡谷段，距河口里程。深泓最大抬升，发生在河口宽阔河段，距河口里程 。从深泓线空间分布可以看出，深泓线下切的部位多位于峡谷段，抬升的部位多位于宽阔河谷段以及河口。总体来看，纵断面形态特征仍为锯齿状，未发生根本性变化，表明该河段河势较为稳定。武隆城区及白马镇附近的开阔河谷段处于三峡水库回水区，枯期最大水深（即深泓水深）分别可达 和 ，汛期则恢复成天然河道。若边滩、长江科学院院报 年 图 乌江银盘至河口段深泓纵剖面变化 江心洲无显著的趋势性落淤，则该河段能保证足够的通航水深。三门子处于峡谷的出口，汛期最大水深能到 ，枯期水深 。从当前的情况来看，该河段暂无碍航问题。考虑到此河段深泓线的抬升速率，该处河段通航仍存在隐患，需重点关注。典型断面冲淤变化研究河段典型断面的泥沙冲淤变化情况如图 所示。总体来看，峡谷出口宽浅段易产生淤积，如位于三门子所在峡谷出口的断面（）及断面（），河床逐年整体淤高，年大致淤高 。此外，弯道附近断面还表现出凸岸淤积凹岸冲刷的特点，如武隆所在峡谷出口断面（），凸岸淤积量明显超过了凹岸冲刷量，原本 左右的水面宽度被束窄约 ，实现航道级通航标准困难。值得注意的是，断面（）位于江口镇大拐弯段入口，原深泓线位于凹岸左汊，上游来沙主要沿江心洲左岸淤积，长此发展，可能会导致主汊右移；断面（）位于弯道出口，右岸（凹岸）冲刷明显，左岸（凸岸）略有淤积，年，由于凹岸冲刷断面展宽约 ，可能存在岸坡崩坍的安全隐患，通航部门宜密切注意。重点险滩段冲淤变化为进一步了解乌江重庆河段航道的冲淤演变规律，结合航道实际运行情况，选取位于三峡水库常年回水区的涪陵乌江大桥至白岩石河段以及位于三峡水库变动回水区的武隆城区河段 个重点险滩段作为典型河段进行观测数据重点分析。乌江大桥至白岩石河段涪陵乌江大桥至白岩石河道位于乌江出口段，河道微弯，进出口段河宽较窄，中间段放宽，处于三峡水库常年回水区范围内。河段上游沪渝南线高速桥段河宽不足 ，过高速桥后河宽沿程增加，至牛屎碛处河段达 。河宽的增加使得水流流速减小，导致主流两侧范围内易发生淤积。河段下游，图 年典型断面形态变化 汛期马脚溪水流冲泄下来大量泥沙，汇入乌江后流速放缓，大量泥沙在汇入口处落淤。根据 年观测成果来看，该河段 年间无较大冲淤变化，仅在弯道凸岸、较宽的顺直段边滩略有淤积，航槽范围内稍有冲刷。年间，该河段总体呈淤积状态，淤积主要发生在深槽以及两侧边滩范围内，主航槽内最大淤积厚度约，位于照成物流码头河段深槽内。最大冲刷深度为，位于出口处乌江大桥上游深槽内（图）。年间则无较大冲淤变化。目前，主航道内河底高程均位于 以下，暂 第 期卢 阳 等 乌江重庆段河道演变及其对航运的影响图 乌江大桥至白岩石河段冲淤分布（年）（）无较明显碍航问题。但由于河段位于常年回水范围内，淤积仍会继续发展，故仍需对该河段进行年际间的定时观测，以便在淤积发展到一定程度阻碍通航前能及时采取措施。图 武隆城区河段冲淤分布（年）（）武隆城区河段武隆城区河段呈微弯状，河道宽窄相间，处于三峡水库 蓄水位变动回水末端，受回水影响时间较短。年该河段无大范围淤积，航道范围内仅局部有淤高，主要淤积段位于武隆人行桥上游深槽内及肖家坝左侧深槽内（图）。为更好地了解河段年内冲淤变化规律，在 年内增加观测频次（图）。通过分析武隆三桥至二桥河段 年 月 月冲淤规律可知，三桥下游河宽较窄，深槽随上游来水来沙条件的变化有小幅摆动，主要表现为大流量下主槽左淤右冲，向右摆动，中小流量下主槽左冲右淤，向左摆动。武隆二桥至三桥间肖家坝弯道处，断面形态呈“”型，深泓位于河道右侧，冲淤变化相对较大，深槽主要表现为汛淤枯冲，边滩表现为淤积态势。武隆二桥上游断面形态呈“”型，深泓位于河道右侧，主要表现为汛冲枯淤，且两侧边滩冲淤变化幅度大于主槽。图 武隆河段年内冲淤分布（年）（）从观测结果来看，肖家坝边滩以淤积为主，淤积发展态势较缓，目前对航道影响较小。若淤积持续发展至挤压航道时，可以采取疏浚措施维护。武隆三桥下游深槽摆动幅度较小，对通航无明显影响。出现大幅摆动时，航行范围要及时调整。全河段冲淤变化 年 月 年 月全河段逐年冲淤量如图 所示。其中，年