原标题：赣江南昌河段近20年河槽形态变化纪律研究摘 要：2000年以来,大规模采砂引起了赣江南昌河段河槽形态的显著变化,给沿岸行洪宁静及河势稳定等带来了一系列影响。使用2003年、2005年、2013年、2015年、2018年赣江南昌河段主支及南支的实测地形资料,接纳河段平均的方法分析了2000年以来南昌河段河槽形态的变化历程及特点。凭据人为采砂对该河段河槽形态的演化影响,将2003—2018年分为采砂期(2003—2013年)和整治期(2013—2018年)两个阶段。
在采砂期,河流平面形态变化显著,沿程深泓摆动宽度较大;断面形态变化显着,断面水深和面积大幅增加,河流下切猛烈。在整治期,河流平面形态总体保持稳定,沿程深泓摆动宽度大幅减小;相应地河流断面形态变化幅度较采砂期也大幅减小,河槽水深、面积及河相系数在整治期的年均变量均小于采砂期。关键词：赣江南昌河段; 采砂; 采砂整治; 平面形态; 断面形态;作者简介：唐立模(1977—),男,教授,博士,主要从事泥沙运动力学与现代流体测速技术方面的研究。E-mail:tanglimo@hhu.edu.cn;基金：国家自然科学基金项目(51479070);引用：唐立模，黄 朋，屈一晗． 赣江南昌河段近 20 年河槽形态变化纪律研究［J］. 水利水电技术，2020，51( 10) : 104-110.TANG Limo，HUANG Peng，QU Yihan． Study on channel morphology changing law of Nanchang Ｒeach of Ganjiang Ｒiver in recent 20 years［J］. Water Ｒesources and Hydropower Engineering，2020，51( 10) : 104-110.0 引言赣江南昌河段位于赣江下游尾闾段,是典型的冲积性河流。
自2000年以来,大规模采砂使得赣江 南昌河段河床形态调整猛烈,严重破环了河床的稳定性,改变了河床演变纪律,危及了沿岸圩堤行洪宁静,故有须要研究该河段的河流演变特点。朱立俊等使用1982—1984年实测地形资料对赣江尾闾冲淤变化的分析讲明,除中支外,其余各支多年均处于淤积状态;汤冠华[3]3]等通太过析赣江南昌至三江口河段1992—2003年的河床冲淤变化历程,发现人为采砂增大了河段上游的冲刷厚度,加速了河床下切;邓坤等对人为采砂后外洲站断面形态的分析讲明人为采砂造成了断面的猛烈下切;陈珺等对赣江尾闾工具河宽深比的分析讲明采砂运动导致了河流宽深比减小,断面朝窄深偏向生长;胡皓等凭据采砂和整治运动,将2000年以来外洲河段的河床冲淤变化历程分为采砂期(2000—2011年)和整治期(2012年以后)两个阶段,通过对断面冲淤分析发现,采砂期断面猛烈冲刷,2012年以后断面冲淤趋于稳定。此外,不少研究也讲明人为采砂使得赣江南昌河段水位和工具河分流比发生了变化。
唐立模等对赣江南昌河段水位下降影响因素的分析讲明,人为采砂造成的河床下切是导致水位下降的最主要因素,这与刘琦俊、史明涓的研究结论一致;陈界仁等对2000—2006年赣江下游工具河分流比的研究讲明,西河人为采砂引起的河床下切导致了枯水期西河分流比幅度大幅增大,东河分流比萎缩。综上可以看出,前人对赣江尾闾河流演变的研究多集中在2012年之前,对采砂运动获得整治后(2012年之后)的河流演变研究较少。故本文在先前研究的基础上,使用赣江南昌河段主支、南支2003年、2005年、2013年、2015年、2018年的实测地形资料,凭据人为采砂对河槽形态的差别影响及胡皓等的研究,将2003—2018年分为采砂期(2003—2013年)和整治期(2013—2018年)两个阶段,借鉴夏军强等[11,12]11-12]提出的河段平均的方法,从断面及河段尺度两个方面研究南昌河段采砂期和整治期河槽平面及断面形态的演变特点,从而整体上掌握该河段河槽形态的宏观特征,为南昌河段河流的整治、行洪及航运问题提供指导。
1 研究河段概况及河槽冲淤本文研究河段规模如图1所示。赣江南昌河段主支上起外洲水文站,下至赣江西支大桥,全长约27 km,属鄱阳湖冲积平原的一部门,河流平面形态顺直微弯,弯曲系数约为1.3左右;河槽纵断面沿程起伏交替,呈门路状自上而下高程逐步降低。南支上起裘家洲头,下至赣江南支大桥,全长约22 km,河流顺直微弯,弯曲系数 1.2～1.3,河床与水流经由恒久的相互作用致使岸线冲刷崩塌,大部门河床拓宽。图1 研究河段河流示意 1998年长江克制采砂后,大量采砂、运砂船进入赣江,整个赣江下游及尾闾区域非法盗采、滥采河砂的现象十分严重,守旧预计每年约莫有2 430万m3砂运往外地,远超河流自然输沙量。
图2给出了2003—2018年赣江南昌河段十年一遇洪水位下主支、南支沿程河槽高程变化历程,可以看出:主支、南支2003—2013年间河槽高程沿程下降显着,河床猛烈下切,这主要与人为采砂有关;2013年后采砂运动获得有效整治,主支和南支除局部河段存在采砂及河流疏浚,河槽高程有大幅下降外,其余河段河槽高程变化较小,断面维持稳定。故凭据人为采砂对河槽形态的差别影响水平,将2003—2018年分为采砂期(2003—2013年)和整治期(2013—2018年)两个阶段。
图2 研究河段沿程河槽高程变化 受人为采砂的影响,南昌河段主支、南支在近期各时段河槽冲淤变化差异较大。在采砂期,河槽形态变化显著,河床下切猛烈,主支河槽下切方量约为8 990万m3,南支河槽下切方量约为3 636万m3。在整治期,主支河槽由于两岸工程建设和河流中泥沙沉积,河段泛起淤积,累计淤积量达814万m3,南支在豫章大桥、河下万家滩、赣江南支大桥等局部河段由于河流疏浚及采砂,河床下切显着,沿程河槽累计下切方量达1 255万m3。表1为2003—2018年赣江南昌河段主支、南支的冲淤量变化历程。
表1 研究河段冲淤量变化注:+代表冲刷量;-代表淤积量2 河槽平面形态变化赣江南昌河段河流平面形态的变化通常包罗深泓的摆动,局部河段岸线变化以及河流洲滩变形等。河槽平面形态变化主要体现在河势变化上,而深泓摆动宽度是河势变化水平的重要体现。因此本文从深泓摆动宽度的角度出发,分析采砂期和整治期南昌河段河槽平面形态的变化特点。2.1 典型断面深泓摆动特点选取2003、2005、2013、2015、2018年赣江南昌河段88个断面的实测地形资料,其中主支部署47个断面(主1-主47),南支部署41个断面(南1-南41),逐一确定每个断面在十年一遇洪水位下的河槽区域。
界说各断面当前及上一年份深泓点位置变化的距离为该断面的深泓摆动宽度ΔB。图3给出了赣江南昌河段主支、南支沿程各断面多年的深泓摆动宽度变化历程。可以看出:主支在采砂期,断面深泓摆动宽度沿程变化较大,其中在2003—2005年期间,主21断面摆动宽度到达337m,2005—2013年期间河流沿程深泓摆动猛烈,有三分之一断面的深泓摆动宽度在100m以上。
在整治期,沿程断面深泓摆动宽度显着减小,35个断面的深泓摆动宽度小于采砂期的2005—2013年。图3 研究河段各断面多年深泓摆动宽度变化对比主支和南支差别时期各断面摆动宽度变化历程可以发现,由于人为采砂的无序性,在采砂期沿程各断面深泓摆动宽度均较大,对河床稳定性造成了严重破坏;整治期,除个体断面有采砂和河流疏浚,深泓有较大幅度摆动外,其余断面深泓摆动宽度均减小,河势朝稳定偏向生长。2.2 河段尺度深泓摆动特点赣江南昌河段各断面的深泓摆动宽度沿程差异较大,单一断面的深泓摆动宽度不能很好的反映整个河段的调整纪律,因此有须要盘算河段尺度的深泓摆动宽度及强度。河段尺度的深泓摆动宽度接纳夏军强等提出的基于对数转换的几何平均与断面间距加权平均相联合的河段平均的方法举行盘算,其中断面相邻两年份深泓点变更的距离作为该断面的深泓摆动宽度ΔB,则研究河段的深泓摆动宽度ΔB¯的表达式如下式中,ΔBi、ΔBi+1划分为第i和i+1断面的深泓摆动距离;xi、xi+1划分为第i和i+1断面距外洲水文站的距离;L表现河段总长度;N表现河段的断面总数。
深泓摆动强度是深泓摆动的特征指标,这里引用无量纲化的参数MT表现深泓摆动强度，其表达式为式中,W1、W2划分为当前及上一年份河段尺度的河宽。南昌河段主支、南支多年深泓摆动宽度及强度的变化历程如表2所列。表2 研究河段深泓摆动宽度及强度变化从表 2可以看出,主支在2005—2013年河段尺度的深泓摆动宽度及强度最大,到达50m及0.05,2003—2013年的采砂期河段尺度的深泓摆动宽度及强度履历了增大的历程,且颠簸较显着;2013—2018年的整治期河段尺度的深泓摆动宽度及强度颠簸较小,基本稳定在20 m及0.02左右,相当于2005—2013年的40%左右。由此可见,主支整治期的河段尺度的深泓摆动宽度及强度大大减小,且各时段深泓摆动宽度及强度的颠簸显着小于采砂期。
南支2003—2018年河段尺度的深泓摆动宽度及强度履历了减小、增大、再减小的历程,采砂期的2003—2005年河段尺度的深泓摆动宽度及强度最大,划分为34m及0.06,整治期的2013—2015年河段尺度的深泓摆动宽度及强度增大,这主要与礁矶头、豫章大桥、河下万家滩及南支大桥等河段河流疏浚因素有关,但变幅远小于2003—2005年河段尺度的深泓摆动宽度及强度,2015年以后,河段尺度的深泓摆动宽度及强度均减小,河势向稳定偏向生长。总体来说,主支和南支在采砂期受人为采砂影响,河段尺度的深泓摆动宽度及强度均较大;整治期内只管局部河段依然有采砂和河流疏浚,但河段尺度的深泓摆动宽度及强度都相应减小,河势整体上朝稳定偏向生长。
3 河槽断面形态变化冲积河流的河槽断面形态主要受来水来沙历程及河床界限条件的影响。一般来说,河槽界限条件的变化会直接导致河槽断面形态发生改变,人为采砂后南昌河段河槽断面形态发生了显著变化。本文接纳10 a一遇洪水位下河槽形态盘算该河段采砂期与整治期典型断面及河段尺度的河槽形态参数,分析其变化历程。
3.1 典型断面河槽形态变化图4给出了采砂期和整治期赣江南昌河段主支、南支典型断面河槽形态变化历程。可以看出:图4 研究河段典型断面河槽形态变化(1)主38断面河宽在采砂期和整治期变化均较小;而河槽水深及面积变化相对显着,但采砂期河槽水深和面积的年均变量远大于整治期,在采砂期水深年均增量为0.39 m,整治期由于断面淤积,水深年均淘汰量为0.02 m,相应地河槽面积在采砂期由7 962 m2增加到10 840 m2,年均增量为288 m2,整治期年均淘汰量为27 m2;采砂期由于河宽变化较小,而水深增幅较大,河相系数ξ减小了0.7,这使得河槽形态趋于窄深,整治期河宽和水深变化均较小,这使得河相系数ξ变化较小,河槽形态保持稳定。(2)南24断面河宽在采砂期和整治期变化均较小,河宽总体保持稳定;采砂期水深增加了5.08 m,相应地河槽面积增加了1 790 m2,整治期由于河流疏浚及采砂,水深和河槽面积大幅增加,划分增加了2.15 m和751 m2,但水深及河槽面历年均变量均小于采砂期;由于河宽变化较小,水深增幅较大,河相系数ξ在采砂期和整治期均减小,但采砂期减小幅度更大,河槽形态显着趋于窄深。
由主支及南支典型断面的河槽形态变化可以看出,整治期赣江南昌河段各断面形态的变化幅度较采砂期大幅减小,除河宽基本稳定外,整治期的河槽水深、面积和河相系数的年均变量远小于采砂期。3.2 河段尺度河槽形态变化赣江南昌河段河槽形态变化较大,特定断面形态不能很好的反映整个河段的河槽形态变化,因此本文接纳上述河段平均的方法来盘算10 a一遇洪水位下河段尺度的河槽形态参数。其表达式如下式中,G为研究河段平均的河槽形态参数(河宽W、水深H、面积A);Gi、Gi+1划分为第i和i+1个断面的河槽形态参数;Δxi为相邻两个断面i、i+1断面的间距;W为研究河段的长度;N为研究河段内部署的断面个数。
图5给出了采砂期和整治期南昌河段主支及南支河段尺度的河槽形态特征参数的变化历程。可以看出:图5 研究河段尺度的河槽形态特征参数变化(1)由于两岸工程的建设,主支和南支河宽在采砂期和整治期均淘汰,但变化较小。(2)水深变化相对庞大,但主支及南支在整治期的水深年均变量较采砂期大幅减小。
采砂期主支和南支水深大幅增加,年均增量划分为0.41 m和0.27 m;整治期主支由于两岸工程建设及河流淤积,水深年均淘汰量为0.03 m,南支由于河流疏浚及采砂,水深年均增量为0.24 m。(3)相应田主支及南支整治期河槽面历年均变量较采砂期也大幅减小。主支在采砂期河槽面历年均增加量为387m2,在整治期河槽面历年均减小量为66m2;南支在采砂期和整治期河槽面历年均增量划分为163 m2和118m2。
(4)采砂期主支及南支由于河宽变化较小,而水深增幅较大,河相系数ξ¯大幅减小,河槽形态变窄深;在整治期主支及南支河相系数ξ¯的变幅远小于采砂期,河槽形态朝稳定偏向生长。通过对主支及南支河段尺度的河槽形态特征参数的变化历程分析发现,赣江南昌段河段尺度的河槽形态特征参数除河宽基本稳定外,其余河槽形态特征参数相较于采砂期,在整治期都大幅减小,河槽形态趋于稳定。4 结 论本文依据2003、2005、2013、2015、2018年赣江南昌河段主支、南支的实测地形资料,接纳基于河段平均的盘算方法,对2000年以来南昌河段河槽冲淤历程、平面及断面形态变化举行了分析,获得了如下主要结论:(1)采砂期主支采砂运动比南支强,河床下切猛烈,累计下切方量为0.9亿m3;整治期主支泛起淤积现象,南支由于豫章大桥、河下万家滩、南支大桥等河段河流疏浚及采砂,河床下切显着,沿程河槽累计下切方量达0.13亿m3。(2)采砂期南昌河段平面形态变化显著,主支和南支沿程深泓摆动宽度较大。
整治期平面形态变化幅度较采砂期显着减小,各河段深泓摆动宽度及强度远小于采砂期,主支河段尺度的深泓摆动宽度及强度由2005—2013年的50 m及0.05减小至20 m及0.02左右,南支由2003—2005年的34 m及0.06减小至2015—2018年的15 m及0.03。(3)采砂期南昌河段断面形态变化显着,主支、南支典型断面和河段尺度的水深、面积均大幅增加,河相系数大幅减小,河槽下切严重。整治期断面形态变化幅度较采砂期大幅减小,主支及南支典型断面及河段尺度的河槽形态特征参数除河宽基本稳定外,其余河槽水深、面积及河相系数的年均变量均远小于采砂期。(4)思量到大规模采砂对赣江南昌河段河槽形态和河床稳定性造成的庞大破坏,建议严格执行关于赣江河流采砂的相关治理措施,科学有序的举行采砂;思量到2013年之后主支河段泛起淤积现象,可能会影响航运及行洪,南支由于河流疏浚及采砂导致河床继续下切,可能会危及沿岸圩堤宁静,建议增强河流治理,对主支淤积河段要做好清淤措施,南支要合理有序地疏浚及采砂,确保沿岸圩堤行洪及航运宁静,保持河床的稳定性。
水利水电技术水利部《水利水电技术》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊（月刊），为全国中文焦点期刊，面向海内外公然刊行。本刊以先容我国水资源的开发、使用、治理、设置、节约和掩护，以及水利水电工程的勘察、设计、施工、运行治理和科学研究等方面的技术履历为主，同时也报道外洋的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工修建、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水情况与水生态、运行治理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利计划、防汛抗旱、建设治理、新能源、都会水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。
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