长江中下游广泛发育有江心洲分汊河道，上游众多干、支流水库的调蓄运行，显著改变了坝下游河段水文泥沙过程。对江心洲河道演变特征和规律的分析是河流地貌研究的重要组成部分，掌握新水沙条件运行下分汊河道演变特性与趋势，对河道治理、航道开发和保护与修复等具有重要意义^[1-5]。和畅洲汊道位于长江镇扬河段下段，是长江下游典型的江心洲分汊河道，历史上多次主支汊易位，是长江下游演变剧烈的河段之一，历经多次治理。众多学者对其演变特征与治理效果开展了相关研究^[6-10]。2003年三峡水库蓄水前，上段人工护岸限制形成的六圩弯道稳定少变，但和畅洲左汊（自然江面，不通航）持续冲刷发展，右汊（长江主航道）持续单向淤积萎缩，不利于河道治理和航运发展。为了限制左汊发展，2002年水利部门开始实施口门控制工程，2003年主体潜坝工程基本完工，工程后左汊迅猛发展的势头得到初步遏制，但右汊水动力仍显不足，河床仍缓慢淤积，航道条件继续恶化。为了提升右汊主航道通航能力，2015年交通部门在左汊上中段新建了两道潜坝，工程后左汊分流比进一步减少，两汊持续冲刷，尤其左汊潜坝区局部冲刷显著。受三峡工程运行后新水沙条件的影响，以及河道治理与航道整治工程的作用，和畅洲汊道及其上游六圩弯道河床演变出现了新的变化特征^[11-13]。

本文在大量实测资料基础上，分析了近年来新水沙条件和人类活动双重作用下和畅洲汊道演变特征，为相关部门把握和畅洲汊道演变趋势、监测潜坝工程运营安全和航道维护管理提供支撑，也为类似分汊河道治理提供借鉴。

1.   河段特性

1.1   河道概况

和畅洲汊道位于长江镇扬河段下段，上游为六圩弯道，下游为大港水道，河道形势见图1。世业洲尾—沙道口为六圩弯道，平面形态为单一河弯，左侧为深槽、右侧为征润洲边滩；0 m河床平均河宽1 624 m，平均水深20.5 m。沙道口—和畅洲尾为和畅洲汊道，左汊为主汊，自然江面，未开通航道，2019年实测分流比约64%，0 m河床平均河宽1 236 m，平均水深23.5 m；右汊为支汊，为长江主航道，分流比约36%，0 m河床平均河宽895 m，平均水深13.7 m。和畅洲汊道汇流口—五峰山为大港水道，全长约8 km，0 m平均河宽1 301 m，平均水深为24.6 m(表1)。

图  1  和畅洲汊道及其上下游河势（2019年4月）

Figure  1.  River regime of upper and lower reaches of Hechangzhou branch (Apr. 2019)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

表  1  和畅洲汊道0 m河槽断面要素统计（2019年）

Table  1.  The 0 m section characteristics of Hechangzhou branch in 2019

分 段		断面要素
		河宽/m	面积/m2	水深/m	宽深比
六圩弯道		1 624	30 463	20.5	1.96
和畅洲汊道	左汊	1 236	27 776	23.5	1.49
	右汊	895	11 918	13.7	2.19
大港水道		1 301	31 291	24.6	1.46

下载: 导出CSV 

| 显示表格

1.2   水沙特性

1.2.1   年径流总量与输沙总量

本河段水沙特性以上游大通水文站资料为代表，三峡水库蓄水前后大通水文站径流总量均值分别为9 080亿m³和8 444亿m³，径流总量在三峡水库蓄水前后变化不大，见图2。多年平均流量、平滩流量及多年平均洪峰流量分别为28 500、48 150和59 400 m³/s。自1951年以来，大通水文站输沙总量呈阶段性减少，2003年三峡工程运行后减幅更加显著。2003—2018年大通水文站输沙总量均值1.34亿t，与水库运行前1951—2002年的4.27亿t相比减幅达70%，见图3。

图  2  大通水文站径流总量历年变化

Figure  2.  Change of total runoff discharges of Datong hydrological station over the years

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  3  大通水文站输沙总量历年变化

Figure  3.  The total sediment transport changes of Datong hydrological station in recent years

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.2.2   潮位特征

本河段属感潮河段，但距河口较远，潮波变形十分显著，潮汐作用相对较弱。据镇江北固山水位站近40余年资料统计，历年最高潮位6.7 m，最低潮位−0.65 m，最大潮差2.32 m，最小潮差0 m，多年平均潮差为0.96 m。潮位平均落潮历时与涨潮历时的比值为3∶l，涨潮历时为3.25 h，落潮历时为9.17 h。

1.2.3   悬沙含沙量与泥沙粒径

根据实测资料统计，2010年枯季河段含沙量0.03 kg/m³，悬移质中值粒径均值0.008 mm，床沙中值粒径均值0.15 mm。2013年洪季含沙量0.14~0.20 kg/m³，悬移质中值粒径范围0.006~0.010 mm，床沙中值粒径均值0.24 mm。2017年洪季含沙量0.05~0.09 kg/m³，悬移质中值粒径0.013 mm，床沙中值粒径范围0.14~0.36 mm，均值为0.18 mm。新水沙条件运行后，本河段含沙量显著减小，床沙中值粒径变化不大，但悬移质中值粒径由2010年的0.008 mm增加至2017年的0.013 mm，有加粗的趋势。

1.3   河道边界

本河段大部分岸段尤其北岸河床边界为现代长江冲积形成的岸滩，具有上层为河漫滩相亚黏土、下层为河床相粉细砂的二元结构，抗冲性差、易被冲刷，也易形成崩窝，六圩弯道北岸历史上强烈崩退，和畅洲洲体左缘也数次发生窝崩。和畅洲右汊—五峰山处于南岸为宁镇山脉北麓，土质较坚硬，江岸抗冲性较强。

2.   和畅洲水道治理工程概况

2.1   2002—2003年左汊口门控制工程

长江镇扬河段和畅洲左汊口门控制工程位于和畅洲汊道左汊进口（位置见图1），主体工程为一道变坡塑枕潜坝，于2002年6月开工，2003年9月完成全部主体工程。坝顶平台高程自左岸至右岸分别为+4 m、−20 m和+4 m，阻水面积比约37%，坝顶宽度10 m，总长度为1 600 m，上、下游侧平均边坡为1∶2.5和1∶3.0。潜坝设计纵剖面结构型式见图4。

图  4  2003年水利部门兴建口门潜坝形态

Figure  4.  The section of the first submerged dam

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.2   2015—2017年深水航道二期整治工程

和畅洲汊道是长江南京以下12.5 m深水航道6个重点整治碍航浅段之一，二期工程主体内容为在左汊上中段新建两道变坡潜坝（见图1）。新建1#潜坝距离已建口门潜坝2 100 m，1#与2#潜坝相距1 000 m，潜坝结构为变坡型式，自左岸至右岸坝顶深槽高程分别为+4 m、−6 m、−18 m和+4 m，两潜坝阻水面积比分别为44.0%和37.4%，潜堤断面见图5。二期工程于2015年6月开工建设，2017年6月整治建筑物工程交工，2018年5月试运行，2019年5月实现竣工验收。

图  5  航道部门新建潜坝设计剖面

Figure  5.  Profiles of the two new submerged dams

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.   近年来和畅洲汊道演变特征分析

和畅洲汊道历史上河势演变剧烈，河道演变与人类活动密切相关，上游六圩弯道在强烈干预下形成人工河弯，和畅洲洲体形成独特的长方形外形。2003年以前，六圩弯道河岸基本稳定，深槽小幅摆动，河势总体稳定；和畅洲汊道左汊占据绝对主汊地位，呈进一步发展态势，不利于左岸防洪与右岸经济发展。2003年后，三峡水库蓄水运行，河段输沙量锐减，为遏制左汊继续扩大、右汊缓慢萎缩的趋势，改善右汊深水航道条件，水利与交通部门先后实施了相应的整治工程，在新水沙条件与强烈的人工干预下，和畅洲汊道演变呈现新的特征，且河床还在动态响应调整过程中。

3.1   六圩弯道

三峡水库蓄水后六圩弯道演变于2003—2009年、2009—2017年、2017—2019年间呈阶段性变化：

（1）洲滩及岸线平面变化。在总体河势相对稳定的前提下，弯道北岸因崩岸出现局部岸线后退（Lw14—15断面）；征润洲边滩先小幅淤积后明显冲刷后退；与原焦南航道连接的焦南串沟明显冲深，水道内0 m线贯通；征润洲边滩外心滩淤涨淤高加快且有并滩迹象（见图6）。

图  6  六圩弯道2003—2019年0 m线平面变化

Figure  6.  Plane changes of 0 m depth contour in Liuwei bend from 2003 to 2019

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  7  六圩弯道2003—2019年−30 m线平面变化

Figure  7.  Plane changes of −30 m depth contour in Liuwei bend from 2003 to 2019

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  8  六圩弯道0 m河槽容积变化

Figure  8.  River capacity changes of Liuwei bend in recent years

下载: 全尺寸图片 幻灯片

（2）深槽变化。2003年后六圩弯道深槽总体呈向南冲刷扩大之势，同时槽尾向南（右汊）偏转。以−30 m深槽为例，2004—2009年六圩河口以下槽身冲刷小幅扩大，和畅洲汊道分流区槽尾小幅上提且向右汊偏转，2009年后整体明显展宽，槽尾向左汊下挫400余米，具体见图7。

（3）断面要素。2003年前，六圩弯道形态已基本适应长江来水来沙条件的变化，平均河床断面面积、平均水深、河槽容积等要素变动不大；2003—2016年，河床总体呈冲刷下切趋势，尤其是2010—2016年更为显著，平均断面面积扩大12%、平均水深增加2.1 m，2016年后冲刷速率放缓，平均水深略有减少，见表2。2010年后六圩弯道持续冲刷下切，是三峡工程运行后新水沙条件下，清水下泄引起的长距离冲刷在本河段的河床变化响应的结果。

表  2  六圩弯道近年来0 m河床断面要素变化

Table  2.  Changes of 0 m riverbed profile of Liuwei bend

日期	河宽/m	断面面积/m2	水深/m	宽深比
1994.05	1 649	26 563	17.3	2.34
1996.05	1 540	27 195	18.9	2.07
1998.09	1 626	28 083	18.8	2.14
2000.09	1 620	27 973	19.1	2.10
2002.08	1 637	26 952	18.3	2.21
2004.10	1 635	27 526	18.5	2.19
2006.05	1 638	27 386	18.3	2.21
2008.08	1 633	27 338	18.5	2.19
2009.11	1 609	27 466	19.0	2.11
2010.03	1 622	27 626	18.9	2.13
2011.01	1 667	27 882	18.7	2.19
2011.10	1 536	28 630	20.1	1.95
2012.12	1 595	29 094	19.9	2.00
2013.07	1 610	29 471	20.0	2.00
2014.07	1 587	29 350	20.1	1.98
2015.11	1 613	30 401	20.5	1.96
2016.11	1 600	30 901	21.0	1.91
2017.11	1 611	30 371	20.6	1.95
2019.04	1 675	30 463	20.2	2.02

下载: 导出CSV 

| 显示表格

（4）河床冲淤。2003—2009年深槽冲刷为主、洲滩淤积为主（见图6~9和图10（a）），总体呈“淤滩冲槽”的特征，0 m河槽容积保持在4.7亿m³以内；2009—2016年河床呈冲刷之势，征润洲尾冲刷尤为明显，心滩则略有淤积，河槽容积突破5.2亿m⁴（见图8和图10（b））；2017年后左汊新建潜坝主体完工，河床下切趋势变缓，下段深槽略有回淤，河床回淤0.1亿m³（见图8和图10（c）及（d）），2017年与2019年0 m河槽容积分别为5.17亿m³和5.19亿m³。六圩弯道河床冲淤变化主要受控于新水沙条件，但2017年后下段深槽小幅回淤且南偏与新建潜坝工程后分流点上提相关。

图  9  和畅洲汊道左汊分流比（1959—2019年）

Figure  9.  Changes in diversion ratio of Hechangzhou left branch from 1959 to 2019

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  10  近年来和畅洲汊道河床冲淤厚度分布

Figure  10.  Distribution of erosion and deposition depth of Hechangzhou branch in recent years

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.2   和畅洲汊道

3.2.1   汊道分流比

历史上六圩弯道与和畅洲汊道河势演变剧烈，和畅洲主支汊曾多次易位。1986年前左汊为支汊，1977年人民滩鹅头切割后左汊持续快速发展，至1986年分流比达50.2%，成为主汊，至2002年3月实测分流比为76%。2003年左汊口门控制工程实施后，左汊分流比下降约3%，达到了工程的预期目标；至2010年，左汊分流比维持在72%~73%，随后2011—2014年缓慢回升至74%~75%；2017年深水航道二期工程两道潜坝实施后，左汊分流比下降约9%，至64%~66%，2019年1月实测值为64%，潜坝限流效果显著。和畅洲汊道左汊分流比历年变化见图9。

3.2.2   河床冲淤变化

在和畅洲左汊，河床冲淤变化情况如下：

（1）2003—2015年：2003年水利部门实施口门控制工程后，左汊潜坝下游4.5 km范围内河床普遍冲刷，强烈冲刷部位集中在坝下2 km范围内。根据2014年7月实测水下地形资料，潜坝下游330 m处河床冲刷后最深点高程达到−62 m，11年以来最大累计冲刷深度达20 m以上，见图10（a）和（b）。

（2）2015—2019年：2015—2017年为左汊上中段深水航道新建两道潜坝施工期，新建两道潜坝间特别是2#潜坝下游侧河床局部冲刷显著，2#潜坝下游侧河床最大冲深达23 m，冲刷幅度大于10 m的范围延伸至2#潜坝下游2.7 km处，孟家港以下左汊下段河床则以淤积为主；2017年以后左汊河床冲淤交替，冲刷速率开始减缓，见图10（c）和（d）。

在和畅洲右汊，河床冲淤变化情况如下：2003—2009年左汊口门潜坝运行初期，右汊河床淤积减缓但仍以缓慢淤积为主，2009—2015年间新水沙条件下清水冲刷效应逐步显现，右汊河床由缓慢淤积逐渐变为小幅冲刷，冲刷首先发生于右汊中上段；2015年后，随着左汊新建潜坝逐渐施工至完工，右汊水流动力显著增强，河床呈现普遍冲刷态势，尤其是进口段冲刷剧烈，同时右汊凸岸边滩开始呈现冲刷之势，12.5 m深水航道航宽由200 m增加至250 m，2019年和畅洲右汊航道运行几乎不需要维护，整治工程达到了较为理想的效果。

3.2.3   河槽容积变化

2002—2019年，左汊河槽容积呈小幅下降-缓慢增加-快速增加3个阶段。2015年和2017年0 m河槽容积分别为2.586和2.828亿m³，两年内冲刷达0.42亿m³，2019年左汊河槽容积小幅回升，与2016年量值相当(见图11)。

图  11  和畅洲左、右汊0 m河槽容积历年变化

Figure  11.  Statistics of channel capacity of Hechangzhu branch from 1994 to 2019

下载: 全尺寸图片 幻灯片

4.   结　语

和畅洲汊道的河床演变与上游河势、来水来沙条件、河道边界及强烈的人工干预有关。随着三峡水库蓄水后清水下泄的持续影响，河床逐渐呈现冲刷之势，为了控制河势和改善航道条件，左汊口门及上中段相继修建了三道潜坝工程。新水沙条件与人类活动双重控制下，左汊迅速发展的势头得以控制，2003年第一道口门潜坝和2017年两道潜坝工程后左汊分流比分别下降3%和10%，目前左汊分流比约64%。一方面，潜坝限流作用显著，右汊水动力得以大幅增强，河床冲淤经历了缓慢淤积-由淤转冲-普遍冲刷，航道条件得以明显改善；另一方面，潜坝近区水流紊动剧烈，潜坝间尤其最后一道潜坝下游河床发生了强烈的局部冲刷，不利于河道边界稳定。同时上游六圩弯道冲刷虽然趋缓，但串沟和心滩有发育趋势。这些河道新的演变特征给河势控制和整治工程效果维持带来潜在风险，应加强和畅洲水道整治工程段河床冲淤变化、岸坡稳定和航道条件变化的监测工作，必要时采取措施确保整治建筑物的安全可靠，保障河势稳定和深水航道的畅通。