徐 芳，張?jiān)铺欤兰t艷

(1.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶400074;2.武漢市水務(wù)局，湖北武漢430014;3.長(zhǎng)江科學(xué)院河流所，湖北武漢430010)

0 引言

在20世紀(jì)50年代以前，長(zhǎng)江中下游沿江兩岸實(shí)施的護(hù)岸工程是十分有限的，河道兩岸基本處于自然狀態(tài)，崩岸時(shí)有發(fā)生。1950年以后，我國(guó)實(shí)施了規(guī)模宏大的護(hù)岸工程，特別是在荊江河段，在歷年抗洪和維護(hù)河勢(shì)穩(wěn)定中發(fā)揮了重要作用，并成為長(zhǎng)江防洪工程體系的組成部分和河勢(shì)控制規(guī)劃中的重要工程措施。

護(hù)岸工程屬于典型的動(dòng)態(tài)工程，存在一定的安全運(yùn)行年限。一般情況下，護(hù)岸工程的調(diào)整是需要經(jīng)歷一定的水文過(guò)程。在此期間，護(hù)岸工程出現(xiàn)破損若得不到及時(shí)加固，嚴(yán)重情況下會(huì)使已建護(hù)岸工程失效，起不到穩(wěn)定河岸的作用。在對(duì)護(hù)岸工程進(jìn)行加固前需要了解其破壞或失效的原因，這樣可提高針對(duì)性并保證加固效果。

1975年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)河岸崩塌的成因及機(jī)理進(jìn)行了研究［1-10］。有的從河岸土體物理力學(xué)性質(zhì)出發(fā)進(jìn)行理論分析［7-8］;有的從河岸穩(wěn)定性分析出發(fā)，建立了河岸數(shù)學(xué)模型［9］;有的從水流動(dòng)力條件出發(fā)進(jìn)行了研究［9］。而從河床演變對(duì)已有護(hù)岸工程穩(wěn)定性的影響研究相對(duì)較少。筆者重點(diǎn)研究石首彎道近期河床演變特性及其對(duì)已有護(hù)岸工程穩(wěn)定性的影響。

石首河段(圖1)屬于順直放寬河道，由順直過(guò)渡段和急彎段組成。自古長(zhǎng)堤而下河道逐漸變寬，并在放寬段生成倒口窯心灘。由于洲灘土質(zhì)不耐沖，心灘呈現(xiàn)周期性的沖淤變化，河道演變復(fù)雜。

圖1 石首河段近期河勢(shì)及護(hù)岸工程平面布置Fig.1 Layout of recent river regime and revetment work in Shishou reach

石首河段北岸為荊江大堤，南岸為荊南干堤。堤外河漫灘灘面高程介于35.5～37.5 m之間。本河段南岸大部分地段和北岸向家洲附近河漫灘寬度達(dá)1～2 km，其它地段僅100 m左右，有的局部地段甚至只有10～20 m寬。受江水和地貌條件影響，本河段河床主要為中細(xì)沙層。

1 三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用后石首河段徑流量和輸沙量情況

石首河段的水流和泥沙主要來(lái)自宜昌以上的干流和支流，同時(shí)還受藕池口分流的影響。

根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)的沙市和監(jiān)利站兩個(gè)水文站資料，2003—2009年兩站的年均徑流量較2002年前平均值變化較小。三峽蓄水后，汛期洪峰削減，中水持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，枯水期流量增加，大量推移質(zhì)以及懸移質(zhì)中較粗部分?jǐn)r在庫(kù)內(nèi)，排往庫(kù)外的則主要是懸移質(zhì)中的較細(xì)部分，加上近年來(lái)長(zhǎng)江上游雨區(qū)分布變化、上游地區(qū)實(shí)施的水土保持、退耕還林和建壩攔沙等措施使產(chǎn)沙減少，因此2003—2009年沙市和監(jiān)利站年均輸沙量卻減少很多，兩站分別減少81%和74%。下泄水流挾沙將長(zhǎng)期處于次飽和狀態(tài)，其攜沙能力較2002年前平均情況大，必將引起河床沿程沖刷。

根據(jù)表2有關(guān)資料，自然情況下藕池口分流分沙量呈逐年遞減趨勢(shì)，1967年以來(lái)，下荊江系統(tǒng)裁彎工程后的溯源沖刷和葛洲壩水利樞紐蓄水運(yùn)用(1981年6月)后的河床沿程沖刷，加速了分流分沙比遞減趨勢(shì)。其中20世紀(jì)六七十年代，受下荊江系統(tǒng)裁彎工程的影響，藕池口分流分沙比減小的速度增快。但自1981年以后，藕池口的分流分沙比的減小趨勢(shì)變緩，1956—2002年藕池口分流分沙比多年平均值分別為7.3%，11.3%。自2003年三峽工程蓄水運(yùn)用后，除2006年為特殊的枯水年，藕池口分流分沙比減小幅度較大外，2003—2009年間其它年份內(nèi)藕池口分流分沙比無(wú)明顯單向變化趨勢(shì)，藕池口平均分流分沙比分別為2.6%，5.7%，較1956—2002年多年平均值分別減小4.7%，5.6%。

表1 沙市站和監(jiān)利站年均徑流量與輸沙量Table 1 Average annual discharge of flow and sediment transportation of Shashi and Jianli station

表2 藕池口多年平均分流分沙比Table 2 Ouchikou average annual ratio of diversion of flow and sediment

2 已有護(hù)岸工程和整治規(guī)劃情況

2.1 已有護(hù)岸工程

石首河段護(hù)岸工程總長(zhǎng)度為17.32 km。1998年后先后實(shí)施茅林口—古長(zhǎng)堤、向家洲、送江碼頭、北門(mén)口和魚(yú)尾洲等5處護(hù)岸工程;1999—2002年，石首河段護(hù)岸工程納入長(zhǎng)江重要堤防隱蔽工程項(xiàng)目，護(hù)岸工程總長(zhǎng)為17.32 km。其中左岸有茅林口—古長(zhǎng)堤段(護(hù)岸工程長(zhǎng)5 800 m，其中新護(hù)4 800 m，加固1 000 m;樁號(hào):28+000～35+000)、向家洲段(護(hù)岸工程長(zhǎng)2 000 m，其中新護(hù)1 740 m，加固1 400 m;樁號(hào):24+000 ～26+000)、魚(yú)尾洲段(護(hù)岸工程長(zhǎng)2 920 m，其中新護(hù)920 m，加固2 000 m;樁號(hào):3+780 ～4+700，4+700 ～5+700，5+700 ～6+800，6+300～6+700)，右岸有送江碼頭段(護(hù)岸工程長(zhǎng)3 600 m，為新護(hù)工程;樁號(hào)S 0+000～3+600)和北門(mén)口段(護(hù)岸工程長(zhǎng)3 000 m，其中新護(hù)1 600 m，加固1 400 m;樁號(hào):S 6+000～S 9+000)，工程共分4期完成。

石首河段的護(hù)岸工程對(duì)于保持岸線和河勢(shì)的穩(wěn)定起到了重要的作用。

2.2 整治規(guī)劃情況

目前，石首河彎是左汊為主汊的河道格局，與水利部1998年批準(zhǔn)《長(zhǎng)江中下游干流河道治理規(guī)劃報(bào)告》提出的以右汊為主汊的發(fā)展方向不相適應(yīng)。需針對(duì)石首河彎河道演變新情況，統(tǒng)籌兼顧防洪、航運(yùn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，深入研究最后確定該河段的河勢(shì)控制方案。

3 近期河道演變特性及其對(duì)已有護(hù)岸工程穩(wěn)定性的影響

3.1 深泓線變化特點(diǎn)及其對(duì)已有護(hù)岸工程穩(wěn)定性的影響

由圖2可看出，1998年以來(lái)新廠至茅林口段主流貼左岸下行，首先深泓線在陀陽(yáng)樹(shù)附近從左岸過(guò)渡到右岸的天星洲，下行后又在古長(zhǎng)堤附近過(guò)渡到左岸。隨著上游水沙條件和河勢(shì)的變化主流頂沖點(diǎn)在過(guò)渡段呈現(xiàn)上提或下移。1998—2002年魚(yú)尾洲—北碾子灣段隨著北門(mén)口岸線的崩退，頂沖點(diǎn)大幅度下移，2002—2009年該段深泓線較穩(wěn)定。

圖2 新廠—調(diào)關(guān)段深泓線近期變化Fig.2 Recent change of thalweg from Xinchang to Tiaoguan reach

由圖1和圖2可知，深泓線平面位置的變化即主流線的擺動(dòng)和主流頂沖點(diǎn)的上提或下移對(duì)于已有護(hù)岸工程的穩(wěn)定性將產(chǎn)生一定的影響。在主流長(zhǎng)期貼岸段，由于水流頂沖作用將易引起崩岸，故在相應(yīng)位置均實(shí)施有護(hù)岸工程，且需經(jīng)常進(jìn)行加固守護(hù)，如，茅林口—合作垸一帶部分深泓線近岸段。當(dāng)上游河勢(shì)發(fā)生變化后，主流頂沖點(diǎn)發(fā)生較大幅度的上提或下移時(shí)，原有護(hù)岸工程部分可能失效，為防止新的深泓近岸段崩塌而需增加布置新的護(hù)岸段，如，魚(yú)尾洲—北碾子灣一帶隨著深泓線的逐年下移，護(hù)岸段位置也在相應(yīng)發(fā)生著調(diào)整［11］。

3.2 主要洲灘變化特點(diǎn)及其對(duì)已有護(hù)岸工程穩(wěn)定性的影響

3.2.1 陀陽(yáng)樹(shù)邊灘

陀陽(yáng)樹(shù)邊灘自1998年以來(lái)逐步長(zhǎng)大并向下游移動(dòng)，2004年陀陽(yáng)樹(shù)邊灘23 m高程等高線邊灘較小，2006年23 m等高線邊灘逐漸增大，2009年23 m等高線邊灘繼續(xù)增大，邊灘下移至古長(zhǎng)堤附近。

3.2.2 倒口窯心灘

1998年，25 m等高線新生灘和倒口窯心灘連為一體而成為大的新生灘，2000年該新生灘沖刷后退，在原新生灘頭部以上區(qū)域泥沙淤積，形成新的倒口窯心灘，其與新生灘之間形成新的槽口。2002年倒口窯心灘與新生灘連為一體，2004年受水流作用在新生灘頭部淺灘形成倒套，2006年該倒套被沖穿而重新生成倒口窯心灘，至2009年其進(jìn)一步淤長(zhǎng)變大。

3.2.3 天星洲洲體

天星洲洲體位于藕池口門(mén)附近。20世紀(jì)90年代后天星洲心灘不斷下移，逐漸與天星洲連為一體，洲體位置基本穩(wěn)定。但洲頭逐年后退，洲體左緣呈現(xiàn)崩退的趨勢(shì)。其中2002—2009年心灘累積有所淤長(zhǎng)擴(kuò)大。

3.2.4 石首彎道新生灘

石首彎道新生灘的沖淤變化受上游來(lái)水來(lái)沙條件和主流擺動(dòng)的影響。1998—2002年石首彎道新生灘右移明顯，但2002—2009年該新生灘變化較小。1998—2009年灘頂高程變化也較小。目前該新生灘和倒口窯心灘將石首河彎形成目前三汊分流的局面。

由于洲灘的沖淤變化對(duì)主流線的擺動(dòng)起著一定的控制作用，相應(yīng)對(duì)護(hù)岸工程的穩(wěn)定性也將產(chǎn)生一定的影響，因此河道洲灘的沖淤變化對(duì)于已有護(hù)岸工程的穩(wěn)定也將起著一定的影響。如，2002—2008年隨著倒口窯25 m高程心灘的淤長(zhǎng)左移，倒口窯左槽的水流貼岸沖刷加大，導(dǎo)致合作垸附近24+900～27+250一帶近幾年已護(hù)工程或河道岸線崩塌較多而進(jìn)行了相應(yīng)的加固或新護(hù)。

3.2.5 近岸局部沖刷坑變化

1)北門(mén)口－10 m沖刷坑

實(shí)測(cè)水下地形分析表明，2004年0 m沖刷坑面積變化不大，但沖刷坑位置下延，－10 m沖刷坑消失，2006年0 m沖刷坑面積有所減小，－10 m沖刷坑又出現(xiàn)，2009年1月0 m和－10 m沖刷坑面積均有所增加，最深點(diǎn)高程沖深至－13.7 m。

2)魚(yú)尾洲—北碾子灣

魚(yú)尾洲—北碾子灣段－10 m深槽1998—2006年位置上提下移交替變化，累積下移幅度較大。2006—2009年該深槽槽首繼續(xù)下移約1 700 m。

由于洲灘的沖淤變化和局部沖刷坑的演變對(duì)主流線的擺動(dòng)起著一定的控制作用，相應(yīng)對(duì)護(hù)岸工程的穩(wěn)定性也將產(chǎn)生一定的影響，因此河道洲灘的沖淤變化和局部沖刷坑的演變對(duì)于已有護(hù)岸工程的穩(wěn)定也將起著一定的影響。如2002—2008年隨著倒口窯25 m高程心灘的淤長(zhǎng)左移，倒口窯左槽的水流貼岸沖刷加大，導(dǎo)致合作垸附近24+900～27+250一帶近幾年已護(hù)工程或河道岸線崩塌較多而進(jìn)行了相應(yīng)的加固或新護(hù);北門(mén)口－10 m局部沖刷坑近期向下游沖刷發(fā)展對(duì)于樁號(hào)9+000段附近已護(hù)岸段2004—2008年的穩(wěn)定也產(chǎn)生了一定的影響，有局部崩塌現(xiàn)象;北碾子灣段－10 m深槽一直均存在，近期受沖刷向下游有所延長(zhǎng)，由于該處為凹岸同時(shí)受主流頂沖作用明顯，局部已護(hù)岸段有崩塌現(xiàn)象。

3.3 河床演變趨勢(shì)預(yù)估

近期石首河段河床演變主要表現(xiàn)為河床沖淤變化劇烈，藕池口段主支汊周期性變化，該段將在一定時(shí)期內(nèi)保持左汊為主汊，預(yù)計(jì)今后本河段的演變特性和河勢(shì)不會(huì)發(fā)生重大變化，但局部河段河床和洲灘仍存在沖淤交替變化。

4 結(jié)語(yǔ)

1)三峽工程2003年蓄水運(yùn)用以來(lái)，石首河段沖刷較為劇烈，河道演變過(guò)程中對(duì)已有護(hù)岸工程的穩(wěn)定性起著一定的影響，主要表現(xiàn)為主流線的擺動(dòng)和主流頂沖點(diǎn)的上提或下移使水流對(duì)已護(hù)岸線的沖刷作用產(chǎn)生了影響，從而影響部分已護(hù)工程的穩(wěn)定性。同時(shí)，由于洲灘和近岸局部沖刷坑的沖淤變化對(duì)主流線的擺動(dòng)起著一定的控制作用，相應(yīng)對(duì)部分護(hù)岸工程的穩(wěn)定性也產(chǎn)生了一定的不利影響。

2)針對(duì)三峽工程蓄水運(yùn)用后沖刷條件下石首河段可能出現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)修訂長(zhǎng)江中下游干流河道治理規(guī)劃中的相關(guān)內(nèi)容，并繼續(xù)付諸實(shí)施。同時(shí)為確保河勢(shì)穩(wěn)定和防洪工程安全，建議繼續(xù)加強(qiáng)原型觀測(cè)和演變分析研究工作，以便及時(shí)加固已有護(hù)岸工程。

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