長江中游沙市河段治理效果分析及后續(xù)治理思路探討

張俊鋒，柴華峰

（1.長江航道局，武漢430014；2.長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，武漢430011）

沙市河段地處長江中游上荊江，位于湖北省荊州市，河段上起陳家灣、下至玉和坪，長約20 km，屬人工護(hù)岸控制的順直、微彎分汊河道（圖1）。河段北岸有荊江大堤，堤外少灘，防洪形勢(shì)嚴(yán)峻，南岸為荊南長江干堤。本河段以楊林磯為界分為上下兩段：上段被太平口心灘分為南北兩槽，下段被三八灘分為南北兩汊。橫跨三八灘的荊州長江公路大橋于2002 年10 月建成使用，在靠近兩岸的北汊及南汊內(nèi)均布設(shè)了通航橋孔，中間為非設(shè)計(jì)通航橋孔。該河段河道很不穩(wěn)定，主流擺動(dòng)幅度大，洲灘此消彼長變化頻繁，以致航槽位置多變，且頻繁出淺，航道維護(hù)任務(wù)十分艱巨。特別是1998 年特大洪水以后，原有的三八灘沖失，北汊淤積嚴(yán)重，枯季難以通航，荊州大橋南設(shè)計(jì)通航孔淤塞，船舶有時(shí)被迫改走非設(shè)計(jì)通航孔，通航與橋梁安全矛盾十分突出。目前，本河段枯水期航道維護(hù)尺度僅為2.9 m×80 m×750 m（水深×航寬×彎曲半徑，下同），通航保證率為95%。

根據(jù)《長江干線航道發(fā)展規(guī)劃總體剛要》，沙市河段2020 年的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為3.5 m×150 m×1 000 m，通航保證率為98%［1］。長江航道局從2001 年開始組織對(duì)該河段的礙航問題進(jìn)行系統(tǒng)研究，提出了“系統(tǒng)治理、分步實(shí)施”的治理原則。并從2009 年開始對(duì)本河段進(jìn)行了系統(tǒng)治理，先后實(shí)施了三八灘固灘工程及臘林洲守護(hù)工程，取得了階段性的整治效果。本文結(jié)合已有研究成果和工程實(shí)施以來的資料，對(duì)工程前后的河道變化、航道條件等進(jìn)行了對(duì)比分析，并結(jié)合總體治理思路及本河段存在的問題，提出了后續(xù)治理思路。

1 河床演變特征

近幾十年來，沙市河段兩岸岸線基本穩(wěn)定，河道灘槽變化劇烈，大致分為4 個(gè)演變階段［2］。

第一階段：在20 世紀(jì)50～60 年代中期，臘林洲邊灘與三八灘連為一體，依附于河道右岸，灘體相對(duì)完整高大，多數(shù)年份河道呈單一形態(tài)。第二階段：在20 世紀(jì)60 年代后半期至70 年代，臘林洲邊灘被切割，三八灘成為一個(gè)獨(dú)立江心洲，沙市河段下段被分為南北兩汊，河道呈上段單一、下段分汊格局。第三階段：在20 世紀(jì)80 年代至1997 年，主流右擺使臘林洲邊灘灘頭沖刷后退，太平口附近河道展寬，泥沙淤積形成太平口心灘，將上段河道分成南北雙槽。河段上段雙槽，下段雙汊局面形成。第四階段：1998 年特大洪水以后，三八灘灘體逐步?jīng)_刷、解體，2001 年再度形成新的三八灘，河段再次出現(xiàn)“上段維持雙槽、下段維持雙汊”的基本格局。

2 系統(tǒng)治理思路

從2001 年開始，長江航道局組織有關(guān)科研和設(shè)計(jì)單位對(duì)沙市河段進(jìn)行航道系統(tǒng)治理的研究。研究表明：無論是從船舶及橋梁的安全、沙市河段自身?xiàng)l件，還是從水運(yùn)、地方經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)發(fā)展來看，河段上段走太平口心灘南槽、下段走三八灘北汊是最佳規(guī)劃航線［3-5］。在此基礎(chǔ)上，研究提出的總體治理思路是：上段維持兩槽一灘的格局，下段維持三八灘分汊，壓縮北汊進(jìn)口楊林磯淤展空間；保持上段南槽分流占優(yōu)局面，利用并強(qiáng)化臘林洲高灘岸線的導(dǎo)流作用，在穩(wěn)定枯水期“南北”水流過渡流路的基礎(chǔ)上，提高北汊進(jìn)口航槽內(nèi)水流沖刷能力，從而改善北汊航道條件。

鑒于沙市河段復(fù)雜多變的河床，且工程的平面布置受到較強(qiáng)的外部制約，系統(tǒng)治理方案提出了“統(tǒng)籌兼顧、綜合治理；穩(wěn)定洲灘、適當(dāng)調(diào)整汊道分流比；分步實(shí)施、分期實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)”的總體治理原則。

3 已建工程及治理效果

3.1 已建工程情況

沙市河段已建整治工程包括航道整治一期工程和臘林洲邊灘守護(hù)工程，其平面布置見圖1。

（1）一期工程。根據(jù)系統(tǒng)治理思路，沙市河段于2009 年1 月開始實(shí)施一期工程［6］。該工程主要是采用護(hù)底與固灘相結(jié)合的措施，對(duì)三八灘中上段灘體、灘脊進(jìn)行加固守護(hù)，阻止灘頭后退，維持三八灘的整體穩(wěn)定。該工程于2012 年5 月通過竣工驗(yàn)收，工程的實(shí)施穩(wěn)定了三八灘頭部中、枯水期的分流點(diǎn)，改善了北汊航道通航條件，保證了橋梁及船舶通航安全，維持了沙市河段下段分汊的基本河勢(shì)格局。

（2）臘林洲守護(hù)工程。為防止臘林洲邊灘的岸線持續(xù)崩退，影響北汊進(jìn)口水流條件，沙市河段于2010 年10 月實(shí)施臘林洲守護(hù)工程［7］。該工程主要是在一期工程的基礎(chǔ)上，對(duì)臘林洲邊灘上段3 303 m 岸線進(jìn)行守護(hù)，同時(shí)對(duì)左岸楊林磯一帶已護(hù)岸線的重點(diǎn)部位進(jìn)行水下加固。該工程于2011 年7 月主體工程完工。工程的實(shí)施有效遏制了臘林洲邊灘岸線的持續(xù)崩退，維持了沙市河段較好的洲灘形態(tài)。

3.2 治理效果分析

目前，沙市河段先期實(shí)施的三八灘固灘及臘林洲守護(hù)工程已經(jīng)完工。工程觀測(cè)及分析［8］表明，工程實(shí)施以后，沙市河段較為有利灘槽格局得到維持，為本河段的后續(xù)治理奠定了良好的基礎(chǔ)，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的整治目標(biāo)（圖2）。

3.2.1 河道變化

NaNO33 g/l、MgSO4·7H2O 0.5 g/l、KCl 0.5 g/l、Fe-SO4·7H2O 0.01 g/l、K2HPO41 g/l，用3 mol/l鹽酸調(diào)成所需pH值。

（1）河道沖淤變化。從工程前后的沙市河段測(cè)圖對(duì)比來看：太平口心灘基本上保持穩(wěn)定，總體呈淤積態(tài)勢(shì)；楊林磯邊灘向上游淤長，局部最大淤積幅度超過5 m；三八灘中上段略有淤積，下段有所沖退。上段北槽進(jìn)口沖刷，中段淤積，出口段略有淤積；南槽中段深槽略有淤積、沿右岸側(cè)沖刷，南槽出口向北汊的過渡段明顯沖深，幅度一般在5 m 以上。

（2）深泓變化。從工程前后深泓線的平面變化來看（圖3），工程實(shí)施后，三八灘中上段保持穩(wěn)定，過渡段深泓線位置基本保持穩(wěn)定，分流點(diǎn)位于三八灘灘頭前沿，比工程前上提了600 m 左右。

（3）灘槽變化。灘體變化：從工程實(shí)施前后灘體平面變化來看（圖4），工程實(shí)施后，三八灘中上段灘體及臘林洲邊灘基本保持穩(wěn)定，但三八灘未實(shí)施工程的下半段仍趨于沖刷狀態(tài)，灘體面積由2008 年4 月的0.65 km2縮小至2011 年12 月的0.17 km2，灘尾上提約1 050 m。隨著三八灘中上段灘體基本穩(wěn)定，楊林磯灘體尾部上提左移，頭部淤積上延至筲箕子一帶，灘體面積至2011 年12 月面積增至1.21 km2。

航槽變化：從工程前后沙市河段航行基面下4 m 等深線年際變化來看（圖5），工程實(shí)施后，遏制了三八灘灘頭及臘林洲的沖刷后退，三八灘中上段基本保持穩(wěn)定，北汊航槽進(jìn)一步?jīng)_刷發(fā)展，4 m 等深線全線貫通。

（4）分流比變化。三八灘守護(hù)工程實(shí)施后，北汊的進(jìn)流條件得到穩(wěn)定，北汊枯水期分流比呈增加的趨勢(shì)（表1），由工程實(shí)施前的43%上升至工程實(shí)施后的59%。

表1 三八灘汊道枯水期分流比統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistics of split ratio of Sanba Beach in dry season

3.2.2 航道條件變化

（1）航寬與航深。工程實(shí)施前，沙市河段航道維護(hù)尺度為2.9 m×80 m×750 m。工程實(shí)施后，從2009 年11月1 日起，宜昌—城陵磯段試運(yùn)行3.0 m 水深，2010年11 月1 日起，試運(yùn)行3.2 m 水深。

目前的航槽基本穩(wěn)定走“南槽—北汊”航槽，至2011年12 月4 m 等深線（當(dāng)?shù)睾叫谢鶞?zhǔn)面，下同）航寬維持在400 m 以上，6 m 等深線貫通，寬度在250 m 以上，航寬及水深有較大幅度的提高。

（2）彎曲半徑。工程實(shí)施后，三八灘段航槽基本穩(wěn)定走南—北航槽，深泓位置變化較小，目前，航道的彎曲半徑均在1 000 m 以上，滿足目前航道維護(hù)的要求。

4 后續(xù)治理思路

4.1 水道目前存在的問題

如前所述，一期工程及臘林洲守護(hù)工程作為沙市河段先期實(shí)施的工程，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)。但根據(jù)最新的觀測(cè)表明，已建的航道整治工程的整治效果仍是不夠的，灘槽格局仍存在一定的不確定性。存在的主要問題為：

（1）一期工程僅僅對(duì)三八灘中上段灘體進(jìn)行守護(hù)，對(duì)位于荊州長江大橋以下的三八灘灘尾部位并沒有采取工程措施。工程實(shí)施過程中，三八灘灘尾呈逐年萎縮趨勢(shì)，目前0 m 等深線以上的灘體面積減小至工程實(shí)施前的三分之一。受此影響，北汊航道出口延寬變淺趨勢(shì)明顯，河段出口航道條件呈惡化趨勢(shì)。

（2）已實(shí)施的一期和臘林洲守護(hù)工程對(duì)調(diào)整南北兩汊低水分流比、改善北汊航道通航條件的作用有限。工程實(shí)施后的三八灘南汊流量依然較大，如遭遇不利的水文年，楊林磯邊灘下移增長趨勢(shì)仍存在，本河段的設(shè)計(jì)航路“南槽—北汊”的過渡形式無法得到根本保障。

4.2 后續(xù)治理思路

（1）整治原則。根據(jù)前述沙市河段系統(tǒng)治理的總體方案，后續(xù)工程治理目標(biāo)是：在河段內(nèi)已建和在建的航道整治工程的基礎(chǔ)上，通過及時(shí)控制不穩(wěn)定洲灘的不利變化趨勢(shì)，穩(wěn)定目前較好的航道格局，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃的航道尺度。為此，本文結(jié)合目前河道形勢(shì)，提出的后續(xù)工程治理原則為：①因勢(shì)利導(dǎo)：充分利用河道有利條件，總體上順應(yīng)河道演變規(guī)律，充分考慮上下游的關(guān)聯(lián)性、協(xié)調(diào)性，對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行處理；②統(tǒng)籌兼顧，守護(hù)為主：鑒于沙市河段河道自身演變及堤防、防洪等周邊環(huán)境復(fù)雜，后續(xù)工程措施仍以守護(hù)為主，配合已建工程，及時(shí)控制不利的變化趨勢(shì)；③協(xié)調(diào)統(tǒng)一：后續(xù)工程方案應(yīng)保證與已實(shí)施的一期和臘林洲守護(hù)工程的相互配合、協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

（2）整治方案。沙市河段后續(xù)治理應(yīng)以已建的航道整治工程為依托，對(duì)目前較為有利的格局加以守護(hù)，維持臘林洲低灘和三八灘中下段的穩(wěn)定，引導(dǎo)水流集中穩(wěn)定沖槽，從而實(shí)現(xiàn)改善航道條件的目標(biāo)。該河段應(yīng)從“南槽—北汊”過渡段的右邊界入手穩(wěn)定并適當(dāng)強(qiáng)化這一過渡格局，同時(shí)兼顧三八灘中下段灘體的穩(wěn)定及河段防洪需求。根據(jù)這一思路，本文提出的治理方案（圖6）如下。

在臘林洲邊灘中部（已實(shí)施的臘林洲守護(hù)工程尾部），或在三八灘頭部及南側(cè)布置整治建筑物控制過渡段水流。拋石筑壩是一種有效的整治措施，但對(duì)河勢(shì)影響較大，北部岸線的防洪壓力較大。可采用透水性較好的扭王字塊或透水框架護(hù)灘帶結(jié)構(gòu)型式，以達(dá)到調(diào)整北汊進(jìn)口水流、限制楊林磯邊灘發(fā)展的目的。

守護(hù)三八灘尾部灘體，改善河段出口水流條件。在一期工程的基礎(chǔ)上，應(yīng)采用護(hù)底與固灘相結(jié)合的方式，對(duì)三八灘中下段灘體、灘脊進(jìn)行守護(hù)。可采用傳統(tǒng)的系砼軟體排+拋石結(jié)構(gòu)，并結(jié)合透水框架群促淤固灘，以集中北汊出口水流，改善北汊出口航道條件。

對(duì)左岸已護(hù)岸線重點(diǎn)部位進(jìn)行護(hù)腳加固，利于防洪安全。臘林洲邊灘中部及三八灘上的整治建筑物的布置，勢(shì)必增強(qiáng)北部沿岸的流速，給北部荊江大堤防洪帶來壓力。為此，應(yīng)在臘林洲守護(hù)工程的基礎(chǔ)上，對(duì)北部已護(hù)岸線的重點(diǎn)部位進(jìn)行護(hù)腳加固。

5 結(jié)語

長江中游沙市河段采用“系統(tǒng)治理、分期實(shí)施”的治理原則，通過一期工程和臘林洲守護(hù)工程的實(shí)施，取得了階段性的整治效果，為后續(xù)工程的實(shí)施奠定了良好的基礎(chǔ)。

鑒于沙市河段河床演變劇烈，影響因素復(fù)雜，建議抓緊時(shí)機(jī)，按照沙市河段系統(tǒng)治理的思路，盡快實(shí)施后續(xù)工程，從根本上保障該河段“南槽—北汊”航路過渡形式，徹底解決沙市河段的礙航問題。

［1］交通運(yùn)輸部.長江干線航道總體規(guī)劃綱要［R］.北京：交通運(yùn)輸部，2008.

［2］黃成濤.長江中游沙市河段航道整治一期工程工程可行性研究報(bào)告［R］.武漢：長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2008.

［3］黃成濤，張明.長江中游沙市河段臘林洲守護(hù)工程數(shù)學(xué)模型研究［R］.武漢：長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2010.

［4］李文全.長江中游沙市河段航道整治一期工程初步設(shè)計(jì)動(dòng)床模型試驗(yàn)研究報(bào)告［R］. 武漢：長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2008.

［5］李文全.長江中游沙市河段臘林洲守護(hù)工程初步設(shè)計(jì)河工模型試驗(yàn)研究報(bào)告R］.武漢：長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2010.

［6］黃成濤，柴華峰.長江中游沙市河段航道整治一期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.武漢：長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2008.

［7］黃成濤，柴華峰.長江中游沙市河段航道治理臘林洲守護(hù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.武漢：長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2009.

［8］黃成濤，柴華峰.長江中游沙市河段航道整治一期工程效果分析報(bào)告［R］.武漢：長江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2011.