长江沙市河段近期河道演变分析

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　　摘要：沙市河段是上荆江河势较为复杂的河段之一，也是航道治理的重点河段之一。根据三峡水库蓄水以来沙市河段实测地形资料以及沙市水文站的实测水文资料，从来水来沙、深泓平面、洲滩、深槽以及横断面变化等方面系统分析了沙市河段的近期河道演变特性。结果表明：① 三峡水库蓄水后，沙市河段整体呈现冲刷的趋势，深泓平面摆动集中在分汊段，沿程洲滩冲刷萎缩，横断面冲淤时有发生，20 m深槽冲刷发展，接近贯通。② 受到沿程护岸工程以及洲滩守护工程等的影响，该河段总体河势基本稳定，但局部河段内仍会有所调整。③ 河段尚未达到冲淤平衡，未来一段时间内，河段仍将以冲刷为主，若无人工干预，滩槽演变趋势将延续近期的变化，由此对防洪、航运等方面带来的影响值得关注。
　　关 键 词：河道演变; 来水来沙; 冲刷; 三峡水库蓄水; 沙市河段
　　中图法分类号： TV85 文献标志码： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.01.004
　　长江作为中国的第一长河，有着“黄金水道”之称，提高其航道标准对于沿江城市的发展起着重要作用。然而，随着长江上、下游航道条件的改善，宜昌至安庆段航道逐渐成为了长江黄金水道的“瓶颈”[1-2]，沙市河段作为重点河段位于其中的上荆江段，该河段的综合治理是否科学有效至关重要。
　　三峡水库蓄水后，坝下游的水沙条件发生了很大改变，使得长江中下游干流河床的冲淤平衡状态被打破，河床沿程冲刷强度明显增大，并逐步向下游发展[3]，且下游分汊河段的主流摆动现象也更加显著[4]，需要不断认识坝下游河道的演变特性。此外，三峡水库建成后，长江中下游的防洪能力虽然得以提高，但防洪形势却依然严峻[5]，长江中下游河道仍需不断治理，而荆江作为长江中下游河势最为复杂的河段，进行整治的首要任务则是继续实施河势控制工程，进一步稳定有利河势，并对其中的重点河段进行综合整治[6]，这便需要对河段的河道演变特性有着清楚地认识。多年来，众多学者对荆江河段的河道演变特性开展了大量研究[7-13]，其中沙市河段更是受到广泛的关注[14-19]。本文则是在此前研究的基础上，根据三峡水库蓄水以来至2016年沙市河段实测地形资料以及沙市水文站的实测水文资料，从来水来沙、深泓平面、洲滩、深槽以及横断面等的变化来系统地分析沙市河段近期的河道演变特性，为今后的河道治理提供科学的依据。
　　1 河段概况
　　沙市河段上起陈家湾，下迄观音寺，全长约33 km，属弯曲分汊河型，主要由太平口过渡段、三八滩分汊段及金城洲分汊段组成，河势见图1。沙市河段位于三峡水库坝下游沙质河床起始段，河床冲刷强度较大，但该段两岸已基本形成完整的人工护岸岸线，总体河势得以保持稳定，局部河床冲淤调整仍较剧烈，主要表现为汊道的交替发展和洲滩的冲淤变化。
　　2 近期演变分析
　　2.1 来水来沙条件
　　三峡水库运行后，随着上游来沙的减少，近几年长江中下游来沙也明显减少，2016年三峡入库输沙量0.422 亿t，比2003～2015年的平均值偏少76%，而且2016年出库输沙量仅有0.088 4亿t，占入库输沙量的20.95%[20]，说明进入坝下游河段的输沙量进一步减少。根据沙市水文站资料统计，沙市河段在三峡水库蓄水前1991～2002年多年平均含沙量和输沙量分别为0.889 kg/m3和3.55亿t，蓄水后2003～2016年为0.150 kg/m3和0.57亿t，年输沙量减少84%，使得下游河道冲刷进一步加剧。
　　此外，水位也是反映水沙条件的重要指标之一，图2给出了沙市水文站在蓄水前后的月平均水位变化。
　　从图2中可以看出，在三峡水库蓄水前后，年内的水位变化规律未有较大的改变，表现为7～9月水位较高，1～3月水位较低。
　　2.2 深泓平面變化
　　深泓在沙市河段进口陈家湾附近偏右，经太平口心滩分为两汊，太平口心滩段和三八滩段之间的过渡区河宽偏大，深泓摆动频繁。2011年深泓由上游南槽过渡到下游三八滩北汊，但近几年三八滩深泓改走南汊，基本形成由上游南槽到下游三八滩南汊的走势。而后水流出三八滩分汊段进入瓦口子汊道分为两汊，但随着右汊的淤积，自2011年起，深泓只走左汊，贴凹岸而下，至观音寺处，河宽减小，深泓位置靠近左岸，且近期内基本稳定。可见，沙市河段的深泓摆动主要集中在河湾分汊段（见图3）。
　　2.3 洲滩变化
　　2.3.1 太平口心滩
　　太平口心滩位于沙市河段长直过渡段的狮子碑至筲箕子之间，20世纪80年代中前期开始形成，90年代初期滩体规模较大。
　　三峡水库蓄水后，太平口心滩呈先淤涨后冲刷的态势，滩头先上提后下移，面积也是先增大后减小，滩顶最大高程有所增加。如表1所示，2003～2006年，滩顶高程增加3.2 m，自2008年开始，太平口心滩滩顶高程超过36 m，滩头淤积上提，尾部低滩也逐步淤积下延，使滩体面积增至2.13 km2，2009年滩体面积达到有实测资料以来的最大值，滩头较2003年上提1.88 km;至2011年，滩面窜沟回淤消失。此后，受到“清水下泄”的影响，同时还受到近几年北槽以及太平口心滩区域持续非法采砂的影响，北槽逐渐冲深下切，滩体面积逐渐萎缩，主要是滩头冲刷下移，2016年较2009年滩头冲退约1 870 m，滩体持续淤高，至2016年11月，太平口心滩高程增至38.4 m。
　　2.3.2 三八滩
　　三八滩位于沙市河湾中部放宽段，由于滩体高程较低，且河床组成抗冲性较弱，历年来冲淤变形幅度均较大，尤其是滩体的中上段，滩体规模总体呈冲刷萎缩的趋势，三峡水库蓄水更是加速了这一发展过程。 　　三峡水库蓄水后，三八滩年际单向冲刷明显，滩体规模锐减，航道部门对其实施守护工程后，滩体中上段2006年后基本保持稳定，中下段仍不断冲刷萎缩。如表2所示，与2003年相比，2006年滩体右缘冲退约550 m。因此可见，2004，2005年两期三八滩应急守护工程后，三八滩右缘的冲刷并没有得到根本的限制。随着三八滩一期守护工程的实施，三八滩中上段将逐渐趋于稳定，但滩体中下段仍然不断冲刷萎缩，滩体长度由2009年的3 768 m减小到2016年11月的1 652 m，减幅达到56.2%，滩体面积与蓄水初期（2003年）相比，减小了约85.2%，较一期守护工程实施前（2008年）减小了约26.9%。
　　2.3.3 腊林洲边滩
　　腊林洲边滩自20世纪50年代以来，一直存在并以边滩的形式依附于沙市河湾进口凸岸侧。边滩形成之初，滩头曾上延至沙市河段进口陈家湾附近，有效地控制了河道的宽度，使之保持单一微弯的平面形态。
　　三峡水库蓄水后，腊林洲中部低滩经历蓄水初期的冲刷切割后基本稳定。如表3所示，蓄水初期，腊林洲边滩中部低滩略有淤积，随着冲刷强度的不断发展，边滩逐步转淤为冲，滩体中部最大宽度由2003年的1 760 m 减小为2006年的1 514 m，至2016年，中部低滩基本冲刷殆尽，高滩部分最大滩宽仅剩约1 343 m，滩体面积略有减小，2016年相对于2003年，减幅约4.7% 。伴随三八滩中下段的萎缩，腊林洲下段低滩有向南汊内淤长的趋势，2006～2008年横向最大淤积幅度达到620 m左右，2009年后淤积速度减缓，至2012年横向最大淤积幅度约210 m，之后下段低滩横向有所冲刷，2012～2016年横向最大冲刷幅度达到340 m左右，至2016年，滩尾略有下延，相对于2012年，下延450 m左右。
　　2.3.4 金城洲
　　金城洲于1901年开始出现，历史上称为金钟洲。江心洲滩的形成是与1900年以后柳林洲岸线的崩退相应而生。
　　三峡水库蓄水后，2003～2006年，金城洲由凸岸边滩切割成为心滩，洲头有所上提，如表4所示，洲尾冲刷约1 540 m，使滩长减小490 m，同时心滩顶部高程淤高约1.9 m;2006年以后，金城洲头部和尾部、吴家台边滩上段都处于冲刷状态，至2016年，与2009年相比，滩头后退约800 m，滩顶高程降低0.3 m，滩体下段冲刷萎缩，滩长减小了70.4%。
　　2.3.5 洲滩变化概述
　　随着三峡水库蓄水后来水来沙条件的改变，沙市河段各洲滩总体呈现出冲刷萎缩的趋势。虽然多数洲滩都陆续实施了守护工程，对洲滩的稳定起到了一定作用，但没有实施守护工程的局部滩体仍然受到冲刷而萎缩。总体来看，太平口心滩近期呈现大幅萎缩;腊林洲高滩在蓄水初期有所崩退，中部低滩趋于萎缩，但守护后趋于稳定;三八滩则自三峡水库运行以来持续冲刷而萎缩，近期完全守护后滩形才基本稳定;金城洲近期滩体面积变化不大，但高滩部分却仍在冲刷缩小、滩尾切割。
　　2.4 深槽变化
　　1959年至今，受河床普遍冲刷下切的影响，沙市河段内20 m深槽基本全程贯通，20 m深槽主要由3段组成，包括太平口右汊深槽、三八滩分汊段与瓦口子河段连接段内的深槽以及瓦口子深槽。本次研究将延伸至下游的马家咀深槽，各段深槽在三峡水库蓄水后的面积变化如表5所示。
　　三峡水库蓄水后，研究河段内20 m深槽以冲刷发展为主。2003年上游两处深槽略有淤积，瓦口子深槽进一步冲刷发展，至2008年，瓦口子深槽与马家咀深槽贯通，并不断下延。同时，太平口及三八滩深槽面积也出现了大幅增加，2011年两处深槽接近贯通，至2016年，太平口深槽的面积达到2003年的8倍以上。从2012年开始，三八滩分汊段左汊深槽不断淤积萎缩，右汊深槽不断冲刷发展，至2016年，左汊深槽基本消失，右汊深槽接近贯通。
　　从深槽的变化来看，近年来瓦口子和马家咀深槽相对稳定，处于贯通的状态，而三八滩分汊段深槽則变幅较大，深槽位置由三八滩左汊逐渐转移到右汊，至2016年，随着深槽的总体冲刷，沙市河段20 m深槽全程接近贯通。
　　2.5 横断面变化
　　为了分析沙市河段河床的冲淤变化，选取了该河段的5个典型断面进行分析，分别为荆32、荆41、荆48、荆52和荆56，具体断面位置见图1。典型断面的历年冲淤变化见图4。
　　（1） 荆32断面位于太平口心滩中部，断面变化见图4（a）所示，是典型分汊河段的“W”型断面。2003～2008年，心滩左淤右冲，两侧河槽均有比较明显的冲刷，左、右槽内最大冲刷幅度均达到4.5 m左右。2008～2016年，断面左、右槽仍然处于冲刷状态，心滩左缘处于淤积状态，最大高程接近2006年的水平。近年来断面宽深比在2.9～3.7之间变化。
　　（2） 荆41断面位于三八滩头部，总体呈“W”型，断面形态调整较为剧烈，断面变化见图4（b）所示。2003～2006年，三八滩滩体逐渐冲刷降低，腊林洲边滩淤涨，断面左槽逐渐淤积萎缩，中心河床发育成槽。该期间原断面右槽一度刷深左移，但2006年后出现较大幅度淤积萎缩;2006～2012年，心滩仍然不断冲刷萎缩，断面左槽淤积但向右展宽，中心河床则有一定程度冲刷，原右槽大幅淤积几乎消失，2012～2016年，断面左槽淤积，中间河槽冲刷并向右展宽。近年来断面宽深比在5.2～5.9之间变化。
　　（3） 荆45断面位于三八滩与金城洲之间的过渡段，总体呈“U”形，断面河宽较小，形态相对稳定，见图4（c）所示。2003～2008年，深泓向右移动，左岸近岸河床淤积，而右岸近岸冲刷，平均淤积幅度约为3 m。中心两侧河床虽冲淤交替，但冲淤幅度相对较大。2008～2012年，断面形态基本稳定，深槽段略有淤积。2012～2016年，深泓向左移动，左岸近岸河床冲刷，最大冲刷幅度约8.5 m，右岸近岸河床淤积，最大淤积幅度约6 m。近年来断面宽深比在2.2～2.5之间变化。 　　（4） 荆48断面横跨金城洲中上部，总体呈“W”型，断面变化见图4（d）所示。2003～2012年金城洲洲体缩窄，断面左槽冲刷展宽，右槽再度刷深，最大冲刷幅度约为5 m。2012～2016年，断面左槽冲淤交替，并略有展宽，而右槽略有淤积，平均淤积幅度约2.5 m。近年来断面宽深比在3.5～5.6之间变化。
　　（5） 荆52断面位于瓦口子与马家咀之间的顺直过渡段，断面变化见图4（e）所示。2003～2012年，断面中心深泓部分冲淤相间，但高程变化不大，左岸坡脚处最大冲刷幅度约7 m，右半河床略有冲刷;2012～2016年，左半河床基本稳定，右半河床平均淤积幅度约3 m。近年来断面宽深比在2.1～2.5之间变化。
　　3 演变趋势分析
　　三峡水库运行后，拦截了长江上游大部分泥沙，“清水”下泄，水库运用初期出库含沙量大幅度减少，且颗粒变细，改变了长江中下游来水来沙条件，在相当长的时间内，河床发生冲刷，引起河道的一系列变化。2002年10月至2016年10月，荆江河段平滩河槽累计冲刷泥沙达9.265亿m3，年均冲刷量为0.662亿m3，远大于三峡蓄水前1975～2002年的年均冲刷量0.137 亿m3。沙市河段冲刷量则占荆江冲刷量的23.4% ，居荆江各河段的首位。冲刷主要集中在枯水河槽，沙市河段枯水河槽冲刷量占平滩河槽冲刷总量近95%。由于沙市河段为沙质河床，泥沙组成偏细，抗冲性较弱，加上上游沙卵石河段河床冲刷补给能力有限，河床冲刷剧烈，在今后一段时间内，沙市河段仍将持续冲刷，直至达到冲淤平衡。
　　对于太平口心滩分汊段，三峡水库蓄水至今，南槽总体有所发展，分流比总体较为稳定，可见在蓄水初期，太平口心滩分汊段当前的滩槽格局基本上是适应新水沙条件的。但近期，北槽以及太平口心灘区域持续非法采砂的问题十分严重。因此，在未来，太平口心滩分汊段的变化除了与新水沙条件密切相关，在很大程度上还将受到采砂行为的影响。
　　对于三八滩分汊段，北汊近期淤塞严重，南汊已成为绝对主汊，且与上游来流方向的衔接较为平顺。若无人为干预，预计在将来南汊分流将占绝对优势。这将非常不利于维持三八滩北汊作为主航道的稳定。
　　此外，受上游水道主支汊转换以及三峡水库蓄水的影响，在水流持续冲刷下，金城洲尾冲刷切割独立成滩，右槽下段继续冲刷发展。受此影响，左槽放宽段出现浅区，不利于左槽航道条件的稳定，预计未来一段时期内航道条件仍将不稳定。
　　同时，虽然在守护工程的作用下，沙市河段总体河势较为稳定，但仍存在一定的防洪风险，随着河床的冲刷，有可能会对两岸的堤防及岸坡产生不利影响。
　　总之，在河段总体呈现冲刷的趋势下，若无人干预，滩槽演变趋势将延续近期的变化，并且会由此带来对防洪、航运等方面一系列的影响。
　　4 结 语
　　从近期河道演变来看，沙市河段在三峡水库蓄水后，整体呈现冲刷的趋势，深泓平面摆动集中在分汊段，沿程洲滩总体冲刷萎缩，横断面冲淤时有发生，20 m深槽冲刷发展，接近贯通。受到守护工程等的影响，河段总体河势近期基本稳定，但局部河段内仍会有所调整。在未来一段时间内，若无人工干预，滩槽演变趋势将延续近期的变化，并且会由此带来对防洪、航运等方面一系列的影响。因此，研究沙市河段的河道冲淤演变规律将为沙市河段的航道整治、港口码头建设等提供科学的依据。
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　　引用本文：黄 勇，袁 晶，高 宇，吴国君.长江沙市河段近期河道演变分析[J].人民长江，2019，50（1）：18-23.
　　Analysis on recent river channel evolution in Shashi reach of Yangtze River
　　HUANG Yong1， YUAN Jing2， GAO Yu3， WU Guojun1
　　（1.Hubei Transport and Planning and Design Institute Co. Ltd.， Wuhan 430051， China; 2. Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources Commission， Wuhan 430010， China; 3. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science， Wuhan University， Wuhan 430072， China）
　　Abstract：Shashi reach is one of the most complex reaches in the upper Jingjiang River， and one of the key river reaches need to be regulated.According to the measured topographical data of Shashi reach and hydrological data of Shashi station since the impoundment of Three Gorge reservoir， its channel evolution characteristics were analyzed from the aspects of incoming flow and sediment， thalweg variation， sandbar， deep channel and cross section. The results are as follows：① After the reservoir impoundment， Shashi reach tends to be scoured in general， the plane swinging of thalweg occurs mostly in the river branch. Sandbars in the river are scoured and shrink in size. Scouring and silting occur occasionally at cross sections. A twenty-meter deep channel is being scoured and about to be through. ② Affected by revetment project and sandbar protection project， the river regime of Shashi reach stabilized， but some reaches will still be subjected to adjustments. ③ Shashi reach has not reached a balance between scouring and deposition， and will continue being dominated by scouring in the near future; Without human interference， sandbar variations will follow a similar trend， and its impacts on flood control and navigation are worthy of attention.
　　Key words： recent channel variation; incoming water and sediment; scouring; impoundment of Three Gorge reservoir; Shashi reach
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