張 慧,沈華中,張文二
(1.長(zhǎng)江科學(xué)院河流研究所,武漢 430010;2.長(zhǎng)江水利委員會(huì)防汛抗旱辦公室,武漢 430010)
界牌河段位于長(zhǎng)江中游河段,上起楊林山,下迄石碼頭,全長(zhǎng)約38km,為順直分汊型河段。以谷花洲為界分為上下兩段,上段河道順直單一,下段為分汊型河道。進(jìn)口為楊林山、龍頭山節(jié)點(diǎn)控制,河寬僅1 100m,以下逐步放寬至新堤一帶,最大河寬達(dá)3 400m,出口處河寬又縮窄為1 670m。其中楊林山至螺山段呈藕節(jié)狀,河段內(nèi)兩岸交替發(fā)育邊灘,螺山附近主流擺動(dòng),多數(shù)年份居左(見(jiàn)圖1)。螺山至復(fù)糧洲河寬沿程變化不大,平均寬約2 200m,通常沿左岸為深槽,右岸為邊灘,稱為上邊灘。下復(fù)糧洲以下河道逐漸展寬并出現(xiàn)江心洲分汊。分汊段有新淤洲-南門(mén)洲,汊道中部最大河寬達(dá)3.4km(含江心洲);汛期主支汊分流比相差不大,兩汊間的主支地位關(guān)系變化頻繁;大多數(shù)情況下左汊(新堤夾)為支汊,右汊為主汊[1]。
圖1 界牌河段河勢(shì)圖(2010年1月)Fig.1 River regime of Jiepai river reach(January,2010)
據(jù)《水經(jīng)注·江水》記載,公元420年前螺山至新堤段古河道較今偏右,鴨欄磯尚在江心,古河道緊逼右岸丘陵。在清朝乾隆年間(公元1736—1795年)該段仍無(wú)江心洲出現(xiàn)的記載。1860年長(zhǎng)江大水后,河道變化劇烈,1868年《嘉魚(yú)縣志》述及該段“江中有洲,大小4個(gè),長(zhǎng)10余里”。至1896年4個(gè)小洲合并成嘉魚(yú)洲,后改稱南門(mén)洲,洲長(zhǎng)7km,寬約0.5km,主流經(jīng)螺山沿朱家峰一帶,出南門(mén)洲左汊[2]。
1923年以前,左岸周家咀、朱家峰一帶堤外有灘,最寬處達(dá)600m,至1929年外灘已基本崩失,主流大幅左移。1934年主泓由左汊轉(zhuǎn)入右汊,鴨欄至大清江沿線成為貼流沖刷區(qū)。1931年大洪水后,這一河段右岸發(fā)生了不同程度的崩岸和展寬,到1949年共崩失耕地1 867 hm2(2.8萬(wàn)畝),岸灘崩退范圍由鴨欄至大清江,長(zhǎng)達(dá)27km,逐步形成目前順直且在谷花洲以下逐漸展寬的分汊河段。
2.2.1 主流周期性擺動(dòng)
界牌河段多數(shù)年份主流經(jīng)龍頭山挑流過(guò)渡至左岸沿螺山至皇堤宮一側(cè)而下,然后在皇堤宮至新堤一帶自左向右過(guò)渡,稱為主流一次過(guò)渡型。也有年份主流由螺山左岸或偏靠江中心過(guò)渡至右岸上邊灘上段左緣,繼而擺向左岸朱家峰至下復(fù)糧洲一帶,經(jīng)新淤洲或南門(mén)洲洲頭前沿復(fù)向右岸過(guò)渡,形成主流2次彎曲、2次過(guò)渡,稱之為主流2次過(guò)渡型。近期主流變化過(guò)程以界牌河段綜合治理工程實(shí)施前后分為2個(gè)階段。
第一階段(1960—1993年),河道主流極不穩(wěn)定,主要以左岸皇堤宮至右岸西尾溝過(guò)渡段主流在一定灘槽地形和水文條件下周期性的下移與上提為演變特征。20世紀(jì)60年代以來(lái),先后于1968,1982年汛后2次出現(xiàn)過(guò)渡段大幅度上提,周期分別為8,12a,2次上提幅度分別為8,13km。2次過(guò)渡段上提極限位置均為皇堤宮一帶,下移極限位置第1次在下復(fù)糧洲,第2次在新堤閘。1982年過(guò)渡段上提后,界牌河段又進(jìn)入下一個(gè)周期變化,至1993年,過(guò)渡段位置基本在朱家峰—葉家墩一帶,且逐步下移,幅度約7km。
第二階段(1994至今),隨著整治工程實(shí)施,河勢(shì)得到了一定程度的控制,伴隨螺山以下邊灘向下延伸、上邊灘灘頭沖刷及灘尾下移,主流多數(shù)年份以2次過(guò)渡型進(jìn)入南門(mén)洲右汊,過(guò)渡段(上復(fù)糧洲至蔡家莊)上下移動(dòng)范圍擺幅約3km。
2.2.2 汊道段主支汊興衰交替
新淤洲、南門(mén)洲汊道(簡(jiǎn)稱新堤汊道)長(zhǎng)約9km,位于界牌河段下段,其左汊習(xí)稱之為新堤夾,為洪湖市主要港口水域區(qū)。新堤汊道演變與界牌河段過(guò)渡段主流位置變化密切相關(guān),當(dāng)過(guò)渡航槽越往下挫,越有利于新堤夾進(jìn)口處沖刷,反之,過(guò)渡航槽越往上提,新堤夾進(jìn)口處淤積越嚴(yán)重,隨之表現(xiàn)出新堤汊道主支汊交替興衰及分流分沙比相應(yīng)地調(diào)整。
新堤水道自成為分汊河道以來(lái)的100多年中,新堤夾水道一般為支汊,洪水時(shí)處于有利的迎流方位,因而新堤夾水道年內(nèi)分流比變化具有洪水期增大、枯水期減小的特點(diǎn)。新堤汊道分流年際變化受上游河勢(shì)影響表現(xiàn)為明顯階段性。1931年長(zhǎng)江發(fā)生特大洪水后,主泓由新堤夾轉(zhuǎn)入右汊,一般每年中水位以下新堤夾封航,其中以1950年代新堤夾淤積最為嚴(yán)重。1950至1970年代新堤夾枯季分流比不到1%,1970中后期分流比稍有增大。
1981—1982年枯季由于過(guò)渡航槽下移至新堤附近,1982年1月左汊分流比曾達(dá)53.8%,此屆枯水新堤夾水道全年通航。1982年汛后過(guò)渡段上提,新堤夾水道分流又大幅度遞減,洪湖港枯季斷航。1987年汛后新堤夾又有所沖刷,12月分流比為5.4%,其后左右汊分流格局保持相對(duì)穩(wěn)定格局,1991—1997年新堤夾分流比枯季在5%左右。1998年汛期持續(xù)高水致使新堤夾河床沖刷下切,同時(shí)螺山邊灘下移導(dǎo)致過(guò)渡段分流點(diǎn)下挫,新堤夾水道具有更有利的進(jìn)流條件,1998年汛后新堤夾分流比達(dá)37%。1999—2000年枯水期相繼實(shí)施了新堤夾下淺區(qū)近港航道疏浚工程,2000年底新堤夾分流比增至39.7%,2005年11月進(jìn)一步增大到46.1%,但至2010年2月有所減少,為33.9%(詳見(jiàn)表1),近期枯季航槽基本位于左汊。新堤汊道各階段分沙比與分流比基本接近,總體上新堤夾分沙比略大于分流比,右汊分沙比則略小于分流比。
2.2.3 螺山邊灘持續(xù)下移
界牌河段綜合治理工程實(shí)施(1994年)后,在特大洪水及河道整治工程影響作用下,界牌河段加速了自然演變過(guò)程,主要體現(xiàn)在螺山邊灘繼續(xù)下移,上邊灘上段沖刷、下段淤積的局面進(jìn)一步加劇。至2001年2月螺山邊灘下移至界牌,上邊灘灘尾淤積下延于葉家墩一帶。2001年后,螺山邊灘增高、擴(kuò)大和下延更加明顯,至2006年螺山邊灘已抵達(dá)新堤夾口門(mén),同時(shí)上邊灘中下部被水流切割。伴隨螺山邊灘下移位置差異,2001年前上邊灘以上沖下淤方式向下游延伸,形態(tài)由中部寬(高)、上下段窄(低)演繹為上段窄(低)、下段寬(高);2001年后,上邊灘上段逐漸淤寬,中下端沖刷縮窄,灘尾繼續(xù)向下淤積延伸。
表1 新堤汊道分流比歷年變化表Table 1 Variations of diversion ratio at Xindi branching channel over the past years
2.2.4 沖淤平面分布不平衡
1971—1996年本河段的河床總體上表現(xiàn)為淤積,其中1971—1981年淤積部位主要發(fā)生在枯水河槽,1981—1996年淤積部位主要發(fā)生在平均水位以上的灘地、洲面上。1996—2002年本河段的河床總體上表現(xiàn)為沖刷,河床沖淤的平面分布極不平衡,淤積部位主要發(fā)生在鴨欄至谷花洲的上邊灘,沖刷的部位主要發(fā)生在枯水河槽、新堤夾水道和新淤洲頭。多年以來(lái),新淤洲、南門(mén)洲附近斷面形態(tài)和河相關(guān)系系數(shù)變化較大,其他斷面形態(tài)和河相關(guān)系較穩(wěn)定。
根據(jù)界牌河段近期河道演變特點(diǎn)及三峽工程運(yùn)用后影響分析等,預(yù)計(jì)在今后較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi),本河段河床演變趨勢(shì)將發(fā)生如下變化[1]:
(1)由于楊林山—龍頭山節(jié)點(diǎn)對(duì)水流的控導(dǎo)作用較強(qiáng),兩岸有大堤保護(hù),薄弱岸段有護(hù)岸工程,三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用后,界牌河段河道的總體河勢(shì)不會(huì)有重大改變,橫向變形小,河道變化主要表現(xiàn)為河道沖淤變化;楊林山至界牌長(zhǎng)順直段主流擺動(dòng)具有周期性;新淤洲—南門(mén)洲左、右汊的地位關(guān)系交替變化,汊道呈此淤彼長(zhǎng)、沖淤交替變化的特點(diǎn)。
(2)在保證整治建筑物穩(wěn)定的前提下,螺山至石碼頭河段河道形態(tài)和河道演變規(guī)律總體上不會(huì)有重大變化,但由于影響河道演變的來(lái)水來(lái)沙條件、江湖關(guān)系變化等自然因素長(zhǎng)期存在,加之三峽水庫(kù)調(diào)蓄及岸線開(kāi)發(fā)利用等人為因素的影響,局部河段河勢(shì)仍會(huì)發(fā)生一定程度的調(diào)整。
(3)由于位于新堤夾口門(mén)處螺山下邊灘受新淤洲魚(yú)咀控制,下移速度及展寬幅度越來(lái)越小,在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期將保持基本穩(wěn)定,近期長(zhǎng)順直過(guò)渡段繼續(xù)維持目前左、右雙泓格局,右深泓過(guò)渡主流隨上邊灘切割后形成的心灘崩退有所下移;隨著螺山邊灘灘頭崩退,新淤洲魚(yú)咀挑流影響將會(huì)減弱,新堤夾主流進(jìn)一步上提,新堤閘一帶深槽亦向上延伸,可能引起新堤閘以上岸線局部崩塌。
上世紀(jì)80年代初,界牌河段防洪、航運(yùn)隱患日趨突出,引起了湖南、湖北兩省各級(jí)政府及航道部門(mén)的高度重視。在國(guó)務(wù)院有關(guān)部委指導(dǎo)協(xié)調(diào)下,1986年8月成立了由長(zhǎng)江水利委員會(huì)牽頭各方參加的界牌綜合治理技術(shù)小組,全面負(fù)責(zé)界牌河段綜合治理規(guī)劃研究工作。經(jīng)審批的界牌河段綜合治理工程包括防洪護(hù)堤和航道整治兩大部分。該工程于1994年冬季開(kāi)工,由航道部門(mén)實(shí)施新淤洲洲頭的1座魚(yú)嘴、新淤洲和南門(mén)洲之間的1座鎖壩和右岸上邊灘上的14道丁壩;水利部門(mén)實(shí)施右岸長(zhǎng)旺洲至大清江12.8km、左岸界牌以上9.7km的護(hù)岸。工程于2000年正式通過(guò)驗(yàn)收。界牌河段綜合治理工程是“兩部(水利部、交通部)、兩省(湖北省、湖南省)”聯(lián)合治水的典范。
3.2.1 良好的防洪減災(zāi)效益
工程從建設(shè)以來(lái),經(jīng)受了 1995,1996,1998,1999,2002,2010年等大洪水的考驗(yàn),確保了兩岸防洪工程和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。特別是右岸湖南臨湘江段,由于主流近岸,每年汛期防洪形勢(shì)極為嚴(yán)峻。整治前,由于過(guò)渡段擺動(dòng),頂沖臨湘江岸的部位年年不同,從界路(7#壩)到煙波尾(夾套出口)長(zhǎng)達(dá)17km的范圍都曾是險(xiǎn)工段,每年汛期險(xiǎn)象環(huán)生;整治后,由于過(guò)渡段主流得到控制,右岸的頂沖點(diǎn)穩(wěn)定在葉家墩以下,葉家墩以上9km的岸線則處在丁壩群的掩護(hù)之下;左岸螺山至皇堤宮實(shí)施了護(hù)岸,有效緩解了防洪壓力。
3.2.2 穩(wěn)定河勢(shì)
綜合治理工程實(shí)施以來(lái),界牌河段河勢(shì)總體上趨于穩(wěn)定,過(guò)渡段深泓線擺動(dòng)范圍縮小,避免了工程實(shí)施前過(guò)渡段主流大幅上提下挫的格局,其過(guò)渡段主流由1993年的朱家峰下移至2001年的下復(fù)糧洲處,其后螺山邊灘越過(guò)上復(fù)糧洲繼續(xù)下移,過(guò)渡段主流則逐年上提。至2006年,螺山邊灘下移至新堤夾進(jìn)口處,過(guò)渡段主流上提至界牌一帶。魚(yú)咀工程制止了新淤洲洲頭的崩退,維持谷花洲以下分汊格局的同時(shí),阻止了過(guò)渡段繼續(xù)下移。右岸丁壩工程守護(hù)了上邊灘的一部分,一定程度上縮窄了谷花洲以上河道,主流橫向擺動(dòng)的空間得到一定的限制,防止了上邊灘的切割,河道內(nèi)低矮灘體密布的情形不再出現(xiàn),復(fù)式、散亂等惡劣淺灘形態(tài)的出現(xiàn)也得到了遏制。左、右岸護(hù)岸工程有效防止了河岸崩塌,對(duì)穩(wěn)定河勢(shì)起到了重要作用。
3.2.3 改善航道條件
綜合治理工程實(shí)施后,界牌淺灘航道條件得到了明顯改善,僅2002年航槽中心水深與設(shè)計(jì)水深差0.2m外,其余年份均達(dá)到了3.7 m×80m×1 000m(水深×航寬×彎曲半徑)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),與整治前相比,航道尺度得到了很大提高。
從航道的流速流態(tài)來(lái)看,2000年1月27日,長(zhǎng)江航道局組織了實(shí)船試驗(yàn),數(shù)據(jù)表明,界牌河段整治后,航道尺度及流速、流態(tài)達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。枯水季節(jié)航道能靠自然水深維護(hù),結(jié)束了年年要疏浚、爆破的局面。從綜合治理后這些年的維護(hù)情況看,相對(duì)綜合治理前其航道尺度和流速、流態(tài)都得到了較大改善[3]。
1994年開(kāi)工實(shí)施的綜合治理工程,雖然總體上穩(wěn)定了河勢(shì),改善了防洪和航運(yùn)條件,但部分灘槽和過(guò)渡段未得到完全控制,汊道分流比不穩(wěn)定、變化較大,航槽位置不穩(wěn)定、局部岸線崩退、影響堤防安全等。存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:
(1)航槽位置不穩(wěn)定。由于過(guò)渡段位置偏下,河道內(nèi)主流及洲灘未得到有效控制,航槽位置很不穩(wěn)定,頻繁在新堤夾與過(guò)渡段之間轉(zhuǎn)換。綜合治理工程實(shí)施后,谷花洲以上交錯(cuò)邊灘平行下移的規(guī)律沒(méi)有改變,主流與深泓仍有大幅擺動(dòng),尤其是由于過(guò)渡段位置偏下,魚(yú)嘴前沿主流仍有較大擺動(dòng)空間,1994年到1998年汛后,過(guò)渡段主流下移緊貼魚(yú)嘴,隨后新堤夾加速發(fā)展,主流大幅左擺進(jìn)入新堤夾,2007年以后,主流又回到過(guò)渡段。主流大幅擺動(dòng)過(guò)程中,過(guò)渡段很不穩(wěn)定,航槽頻繁擺動(dòng),在過(guò)河槽與新堤夾間轉(zhuǎn)換,當(dāng)前的左槽和右槽的過(guò)渡槽口也很不穩(wěn)定,淺灘處于惡化之勢(shì)[4]。
(2)整治建筑物遭受不同程度的損壞,影響效果的發(fā)揮。主流的頻繁擺動(dòng),洲灘的不斷調(diào)整,引起了已有整治建筑物不同程度的損壞,任其發(fā)展,將削弱已取得的工程效果,將再度產(chǎn)生新的礙航問(wèn)題。一方面,在界牌河段新堤夾沖刷發(fā)展及主流由左向右轉(zhuǎn)化過(guò)程中,新淤洲魚(yú)嘴中灘灘面受不良流態(tài)的作用淘刷嚴(yán)重,形成了大型水凼,嚴(yán)重威脅到中灘魚(yú)嘴的安全。另一方面,在上邊灘沖刷下移的過(guò)程中,丁壩壩頭的依次受損,個(gè)別壩體損壞較為嚴(yán)重。2008年以來(lái)長(zhǎng)江航道局對(duì)部分整治建筑物局部進(jìn)行了維修施工,才基本確保了已建建筑物的安全,暫時(shí)維持了已建工程所取得的守護(hù)效果。然而,任其發(fā)展,過(guò)渡段一旦下移,主流大幅擺動(dòng)過(guò)程中將引起建筑物的損毀,削弱已建工程對(duì)洲灘的控制效果,界牌河段將可能再次出現(xiàn)設(shè)計(jì)尺度無(wú)法滿足的不利局面。
根據(jù)上述存在的主要問(wèn)題,界牌河段后續(xù)整治遵循的思路為:在已有的整治工程基礎(chǔ)上,充分利用現(xiàn)有的河勢(shì)條件,采取工程措施將河段的淺灘控制在合適的位置,使過(guò)渡段主流流路平順[5]。具體如下:
(1)對(duì)過(guò)渡段進(jìn)行控制。從近年來(lái)的河勢(shì)變化看,螺山邊灘下移至新堤夾口門(mén),目前過(guò)渡段航槽條件較好,一旦螺山邊灘進(jìn)一步下移,過(guò)渡段放寬將難以穩(wěn)定,因此根據(jù)當(dāng)前有利河勢(shì)對(duì)過(guò)渡段進(jìn)行控制,同時(shí)應(yīng)對(duì)目前右岸有利的灘體進(jìn)行守護(hù),促進(jìn)有利格局的形成。
(2)對(duì)新淤洲前沿低灘等進(jìn)行守護(hù)與加固。目前,在新淤洲前沿形成的過(guò)渡段低灘已接近優(yōu)良時(shí)期過(guò)渡段頭部的位置,然而過(guò)渡段低灘仍在沖刷下移,一旦該灘體繼續(xù)下移,再形成此位置的過(guò)渡段將需要經(jīng)過(guò)更為漫長(zhǎng)的周期,而過(guò)渡段下移必然引起新淤洲前沿河槽放寬,主流擺動(dòng)空間加大,過(guò)渡段淺灘交錯(cuò)發(fā)展,航槽難以穩(wěn)定;同時(shí),過(guò)渡段位置偏下將引起主流、灘槽不穩(wěn),影響已建建筑物的穩(wěn)定,進(jìn)一步削弱已建工程對(duì)河道內(nèi)洲灘的控制效果,先期已建工程取得的效果難以保證,航道將更趨惡化。因此,有必要抓緊實(shí)施新淤洲前沿低灘守護(hù)工程,上提過(guò)渡段,促進(jìn)穩(wěn)定的過(guò)渡槽形成,進(jìn)一步鞏固和完善界牌河段綜合治理工程;對(duì)右岸上邊灘部分受損丁壩進(jìn)行維修加固,防止已建工程進(jìn)一步水毀;對(duì)左岸下復(fù)糧洲一帶進(jìn)行護(hù)岸守護(hù),確保岸坡與堤防的穩(wěn)定;對(duì)左槽出口局部礙航淺區(qū)進(jìn)行疏浚處理,以免不利年份左槽出口出淺礙航。
(1)界牌河段具有主流周期性擺動(dòng)、汊道段主支汊興衰交替、螺山邊灘持續(xù)下移和沖淤平面分布不平衡等特點(diǎn)。楊林山-龍頭山節(jié)點(diǎn)對(duì)水流的控導(dǎo)作用較強(qiáng),兩岸有大堤保護(hù),薄弱岸段有護(hù)岸工程。三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用后,界牌河段河道的總體河勢(shì)不會(huì)有重大改變,河道變化主要表現(xiàn)為河道沖淤變化。
(2)1994年開(kāi)始實(shí)施的界牌河段綜合治理工程總體上穩(wěn)定了河勢(shì),改善了防洪和航運(yùn)條件,取得了良好的綜合效益。但部分灘槽和過(guò)渡段未得到完全控制,汊道分流比不穩(wěn)定、變化較大,航槽位置不穩(wěn)定、局部岸線崩退,需進(jìn)一步進(jìn)行綜合整治。
(3)界牌河段后續(xù)整治,宜在已有整治工程的基礎(chǔ)上,充分利用現(xiàn)有河勢(shì)條件,采取工程措施將河段淺灘控制在合適的位置,使過(guò)渡段主流平順。具體對(duì)過(guò)渡段進(jìn)行控制,實(shí)施新淤洲前沿低灘守護(hù)、右岸上邊灘部分受損丁壩維修加固、左岸下復(fù)糧洲一帶護(hù)岸守護(hù)、左槽出口局部礙航淺區(qū)疏浚等工程措施。
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