长江中游牯牛沙水道近期演变及6米水深航道条件分析
陈尘
摘 要：牯牛沙水道航道碍航主要是由于过渡段河道宽浅，近年来该河段已实施的一期、二期工程促进了牯牛沙边滩的稳定，但由于牯牛沙边滩高程相较优良时期偏低，过渡段浅区形态宽浅，河床冲淤变化较大，对于6m航道水深，过渡段航槽束水能力不足，且受到三峡工程蓄水后汛后退水加快的影响，浅滩航道尺度难以达到6.0m×200m。
关键词：牯牛沙水道；碍航特性；影响因素
中图分类号：U652 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）08-0043-02
1 河道概况
牯牛沙水道上起西塞山，下迄棋盘洲，全长约15.5km，两岸自上而下分布有众多的低山丘陵，受地质和边界条件控制，整体河势较稳定。河道平面形态以高家湾为界分为上、下两段，上段为受节点控制的弯道，下段为顺直段（见图1）。按照“总体治理，分期实施”的思路，该河段先后实施了一期、二期工程，一期工程于2009～2010年实施，主要在牯牛沙右边滩修建3道护滩带工程。二期工程在一期工程已建的护滩带基础上修建三道坝体，工程平面布置见图1。牯牛沙水道处于武汉至安庆段内，目前武汉至安庆段6米水深航道建设前期工作已经启动，本文将针对本水道已建工程实施以来的河床演变特点，重点分析6m水深航道条件及碍航成因。
2 近期河床演变
2.1 工程实施前的河床演变特点
一期工程实施以前，牯牛沙水道整体河势稳定，但弯曲放宽段内洲滩变化仍较为剧烈，总体上枯水河道向宽浅方向变化。
牯牛沙水道左岸分布有狭长的团林岸边滩，右岸分布有較大的牯牛沙边滩，一直延伸至[氵][韦]源河出口处。团林岸边滩近几十年来滩形一直较小，年际间平面上基本没有变化。遇大水年淤积大，但大水年过后则会逐步恢复原状，年内表现为洪淤枯冲的规律，其冲淤变化对航道条件影响较小。
牯牛沙边滩自20世纪80年代中期以来，冲刷后退、高程降低，枯水河道向宽浅方向发展，致使牯牛沙边滩对水流的控制作用减弱，航道条件变差，并且自2003年来，开始出现维护困难局面。三峡蓄水后拦蓄了大量泥沙，长江中下游来沙量大幅减少，牯牛沙边滩继续冲刷后退、高程降低，上下深槽交错范围增大，过渡段河床冲淤变化幅度大，这一阶段牯牛沙水道已演变成为碍航浅滩，出现碍航。过渡段横断面呈“W”型或“U”型。
2.2 工程实施后的河床演变特点
针对牯牛沙边滩持续冲刷后退，造成航道出浅碍航的情况，陆续实施了一期、二期工程，一期工程实施后，右岸三道护滩带工程制止了牯牛沙边滩的冲刷后退，抑制了枯水河宽的进一步展宽。一期工程实施以来牯牛沙边滩先淤后冲，总体上淤积展宽，过渡段浅区上下深槽2010年呈现交错型，过渡段断面呈宽浅的“W”型，在过渡段淤积出浅，最浅点水深约为航行基准面下2.54m；2012年，5m深槽贯通，断面呈“U”型，航道条件良好；2014年，5m深槽贯通，但在过渡段存在较多的浅包，断面呈“W”型。
2014年二期工程实施后，牯牛沙边滩已建工程守护区域呈现淤积，牯牛沙边滩中上段进一步淤高展宽，过渡段深槽下切，航道条件有所改善，不过，牯牛沙边滩整体形态较为低矮，过渡段浅区断面形态仍较为宽浅，河床年际、年内间冲淤较大，深泓摆动频繁。
3 航道条件及碍航特性分析
3.1 航道条件核查
统计2002年以来牯牛沙水道的航道水深情况（见表1），在一期工程实施前，牯牛沙水道内牯牛沙边滩受80年代中期以来来沙量减少和三峡蓄水运用后河道来水来沙条件发生变化影响，牯牛沙边滩持续冲刷后退，致使河道展宽，上深槽右摆，在过渡段内出现浅埂，航道水深不足，6.0m深槽多数年份断开。
一期工程实施之后，工程效果初步显现，但自然条件下难以长期维持，例如2012年来水来沙较2011年稍有增大，但6m深槽大幅缩窄，甚至不足200m。
二期工程实施以来，受有利水文年及工程的共同作用，枯水期航道条件进一步好转，2016年3月6m航槽最窄宽度460m，但8月洪水期测图显示，6m航槽较去年同期出现了变差的态势，断开约200m，断面横向冲淤幅度较大，因此，总的来说，对于6m×200m航道尺度来说，已有工程力度仍有限，遇不利水文年，在汛期淤积的泥沙，汛后冲刷不及时，仍有出浅的可能。
3.2 航道存在的问题
目前牯牛沙水道的浅区主要位于茅山港一带放宽段，年内呈洪淤枯冲的变化规律，浅区航道条件的好坏与河道边界和水沙条件密不可分，当河道边界较为完整时，由于水流集中，水沙条件对于枯水期浅区水深的敏感性较低，当河道边界出现不利变化时，浅区水深与水沙条件关系更为密切：
在右岸牯牛沙边滩较为高大完整时，在茅山港一带洪水期淤积的泥沙，汛后均能得到较好的冲刷，汛末及枯水期均能维持较好的航道条件。随着牯牛沙边滩的冲刷后退，边滩规模逐渐缩小，过渡段一带逐渐放宽，水流分散，流速减小，泥沙输移能力减弱，遇大水大沙不利水文年，洪期往往在茅山港一带淤积大量的泥沙，随着三峡工程蓄水后，汛末退水加快，冲刷不足，泥沙难以顺利向下游输移，浅区航道条件较差。
已建工程完工后，牯牛沙边滩冲刷后退的趋势得到抑制，滩面高程有一定程度的恢复，航道条件得到改善。但是，二期工程实施时间尚短，目前牯牛沙边滩的高程相较优良时期，仍偏低1～3m，对于过渡段浅区束水能力仍旧较差，近期枯水期浅区水深受来水来沙条件影响是较大，对于6m×200m尺度来说，如遇洪期高水位持续时间较长（流量大于40000m3/s天数超过40天），且汛末退水较快的不利年份，则会使得泥沙滞留，浅区航宽大大缩窄。当年汛末的航道条件取决于前一年度枯水期的浅区航道宽度，若上一年航宽富裕较少，则经过不利年后，航宽将不足200m。
4 结语
在两岸边界基本稳定的前提下，牯牛沙水道总体河势格局将保持稳定，但由于牯牛沙边滩高程相较优良时期偏低，过渡段浅区形态宽浅，河床冲淤变化较大，对于6m航道水深，过渡段航槽束水能力不足，受到三峡工程蓄水后，汛后退水加快的影响，浅滩冲刷时间大大缩短，遇不利年份，将导致牯牛沙水道内浅区汛期淤积的泥沙汛末枯水期冲刷不及时而出浅碍航，航道尺度难以达到6.0m×200m，需要适时进行一定的疏浚维护。
参考文献：
[1] 蔡大富，雷雪婷. 长江中游牯牛沙水道航道整治二期工程工程可行性研究[R]. 武汉：长江航道规划设计研究院，2012年
[2]长江航道局. 关于提高长江干线武桥至安庆河段航道维护水深的通告，2013年12月21日
[3] 蔡大富，闫军. 长江中游牯牛沙水道航道整治一期工程施工图设计[S]. 武汉：长江航道规划设计研究院，2009年
[4]闫军. 长江中游牯牛沙水道河床演变及治理措施[J]. 武汉：长江航道规划设计研究院，2012年
