長江界牌河段河道演變與綜合治理效果分析及后續(xù)整治思路

張 慧，沈華中，張文二

(1.長江科學(xué)院河流研究所，武漢 430010;2.長江水利委員會防汛抗旱辦公室，武漢 430010)

1 河段概況

界牌河段位于長江中游河段，上起楊林山，下迄石碼頭，全長約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。進口為楊林山、龍頭山節(jié)點控制，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，多數(shù)年份居左(見圖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］。

2 河道演變分析

圖1 界牌河段河勢圖(2010年1月)Fig.1 River regime of Jiepai river reach(January，2010)

2.1 歷史演變

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)該段仍無江心洲出現(xiàn)的記載。1860年長江大水后，河道變化劇烈，1868年《嘉魚縣志》述及該段“江中有洲，大小4個，長10余里”。至1896年4個小洲合并成嘉魚洲，后改稱南門洲，洲長7km，寬約0.5km，主流經(jīng)螺山沿朱家峰一帶，出南門洲左汊［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(2.8萬畝)，岸灘崩退范圍由鴨欄至大清江，長達(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 近期演變特點

2.2.1 主流周期性擺動

界牌河段多數(shù)年份主流經(jīng)龍頭山挑流過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渡，稱為主流一次過渡型。也有年份主流由螺山左岸或偏靠江中心過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)新淤洲或南門洲洲頭前沿復(fù)向右岸過渡，形成主流2次彎曲、2次過渡，稱之為主流2次過渡型。近期主流變化過程以界牌河段綜合治理工程實施前后分為2個階段。

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，先后于1968，1982年汛后2次出現(xiàn)過渡段大幅度上提，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年過渡段上提后，界牌河段又進入下一個周期變化，至1993年，過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)，隨著整治工程實施，河勢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次過渡型進入南門洲右汊，過渡段(上復(fù)糧洲至蔡家莊)上下移動范圍擺幅約3km。

2.2.2 汊道段主支汊興衰交替

新淤洲、南門洲汊道(簡稱新堤汊道)長約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渡段主流位置變化密切相關(guān)，當(dāng)過渡航槽越往下挫，越有利于新堤夾進口處沖刷，反之，過渡航槽越往上提，新堤夾進口處淤積越嚴(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的100多年中，新堤夾水道一般為支汊，洪水時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。新堤汊道分流年際變化受上游河勢影響表現(xiàn)為明顯階段性。1931年長江發(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，同時螺山邊灘下移導(dǎo)致過渡段分流點下挫，新堤夾水道具有更有利的進流條件，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月進一步增大到46.1%，但至2010年2月有所減少，為33.9%(詳見表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、擴大和下延更加明顯，至2006年螺山邊灘已抵達(dá)新堤夾口門，同時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，新淤洲、南門洲附近斷面形態(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。

2.3 演變趨勢預(yù)估

根據(jù)界牌河段近期河道演變特點及三峽工程運用后影響分析等，預(yù)計在今后較長一段時期內(nèi)，本河段河床演變趨勢將發(fā)生如下變化［1］:

(1)由于楊林山—龍頭山節(jié)點對水流的控導(dǎo)作用較強，兩岸有大堤保護，薄弱岸段有護岸工程，三峽水庫蓄水運用后，界牌河段河道的總體河勢不會有重大改變，橫向變形小，河道變化主要表現(xiàn)為河道沖淤變化;楊林山至界牌長順直段主流擺動具有周期性;新淤洲—南門洲左、右汊的地位關(guān)系交替變化，汊道呈此淤彼長、沖淤交替變化的特點。

(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)律總體上不會有重大變化，但由于影響河道演變的來水來沙條件、江湖關(guān)系變化等自然因素長期存在，加之三峽水庫調(diào)蓄及岸線開發(fā)利用等人為因素的影響，局部河段河勢仍會發(fā)生一定程度的調(diào)整。

(3)由于位于新堤夾口門處螺山下邊灘受新淤洲魚咀控制，下移速度及展寬幅度越來越小，在一個較長時期將保持基本穩(wěn)定，近期長順直過渡段繼續(xù)維持目前左、右雙泓格局，右深泓過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，新淤洲魚咀挑流影響將會減弱，新堤夾主流進一步上提，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。

3 界牌河段綜合治理工程效果分析

3.1 治理工程過程

上世紀(jì)80年代初，界牌河段防洪、航運隱患日趨突出，引起了湖南、湖北兩省各級政府及航道部門的高度重視。在國務(wù)院有關(guān)部委指導(dǎo)協(xié)調(diào)下，1986年8月成立了由長江水利委員會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堤和航道整治兩大部分。該工程于1994年冬季開工，由航道部門實施新淤洲洲頭的1座魚嘴、新淤洲和南門洲之間的1座鎖壩和右岸上邊灘上的14道丁壩;水利部門實施右岸長旺洲至大清江12.8km、左岸界牌以上9.7km的護岸。工程于2000年正式通過驗收。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 綜合治理工程效果

3.2.1 良好的防洪減災(zāi)效益

工程從建設(shè)以來，經(jīng)受了 1995，1996，1998，1999，2002，2010年等大洪水的考驗，確保了兩岸防洪工程和人民生命財產(chǎn)的安全。特別是右岸湖南臨湘江段，由于主流近岸，每年汛期防洪形勢極為嚴(yán)峻。整治前，由于過渡段擺動，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)長達(dá)17km的范圍都曾是險工段，每年汛期險象環(huán)生;整治后，由于過渡段主流得到控制，右岸的頂沖點穩(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之下;左岸螺山至皇堤宮實施了護岸，有效緩解了防洪壓力。

3.2.2 穩(wěn)定河勢

綜合治理工程實施以來，界牌河段河勢總體上趨于穩(wěn)定，過渡段深泓線擺動范圍縮小，避免了工程實施前過渡段主流大幅上提下挫的格局，其過渡段主流由1993年的朱家峰下移至2001年的下復(fù)糧洲處，其后螺山邊灘越過上復(fù)糧洲繼續(xù)下移，過渡段主流則逐年上提。至2006年，螺山邊灘下移至新堤夾進口處，過渡段主流上提至界牌一帶。魚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，阻止了過渡段繼續(xù)下移。右岸丁壩工程守護了上邊灘的一部分，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、右岸護岸工程有效防止了河岸崩塌，對穩(wěn)定河勢起到了重要作用。

3.2.3 改善航道條件

綜合治理工程實施后，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)來看，2000年1月27日，長江航道局組織了實船試驗，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)計標(biāo)準(zhǔn)?？菟竟?jié)航道能靠自然水深維護，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情況看，相對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］。

4 界牌河段后續(xù)綜合整治思路

4.1 存在的主要問題

1994年開工實施的綜合治理工程，雖然總體上穩(wěn)定了河勢，改善了防洪和航運條件，但部分灘槽和過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。存在的問題主要表現(xiàn)在以下兩個方面:

(1)航槽位置不穩(wěn)定。由于過渡段位置偏下，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，頻繁在新堤夾與過渡段之間轉(zhuǎn)換。綜合治理工程實施后，谷花洲以上交錯邊灘平行下移的規(guī)律沒有改變，主流與深泓仍有大幅擺動，尤其是由于過渡段位置偏下，魚嘴前沿主流仍有較大擺動空間，1994年到1998年汛后，過渡段主流下移緊貼魚嘴，隨后新堤夾加速發(fā)展，主流大幅左擺進入新堤夾，2007年以后，主流又回到過渡段。主流大幅擺動過程中，過渡段很不穩(wěn)定，航槽頻繁擺動，在過河槽與新堤夾間轉(zhuǎn)換，當(dāng)前的左槽和右槽的過渡槽口也很不穩(wěn)定，淺灘處于惡化之勢［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，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)化過程中，新淤洲魚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)重威脅到中灘魚嘴的安全。另一方面，在上邊灘沖刷下移的過程中，丁壩壩頭的依次受損，個別壩體損壞較為嚴(yán)重。2008年以來長江航道局對部分整治建筑物局部進行了維修施工，才基本確保了已建建筑物的安全，暫時維持了已建工程所取得的守護效果。然而，任其發(fā)展，過渡段一旦下移，主流大幅擺動過程中將引起建筑物的損毀，削弱已建工程對洲灘的控制效果，界牌河段將可能再次出現(xiàn)設(shè)計尺度無法滿足的不利局面。

4.2 后續(xù)綜合整治思路

根據(jù)上述存在的主要問題，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)有的河勢條件，采取工程措施將河段的淺灘控制在合適的位置，使過渡段主流流路平順［5］。具體如下:

(1)對過渡段進行控制。從近年來的河勢變化看，螺山邊灘下移至新堤夾口門，目前過渡段航槽條件較好，一旦螺山邊灘進一步下移，過渡段放寬將難以穩(wěn)定，因此根據(jù)當(dāng)前有利河勢對過渡段進行控制，同時應(yīng)對目前右岸有利的灘體進行守護，促進有利格局的形成。

(2)對新淤洲前沿低灘等進行守護與加固。目前，在新淤洲前沿形成的過渡段低灘已接近優(yōu)良時期過渡段頭部的位置，然而過渡段低灘仍在沖刷下移，一旦該灘體繼續(xù)下移，再形成此位置的過渡段將需要經(jīng)過更為漫長的周期，而過渡段下移必然引起新淤洲前沿河槽放寬，主流擺動空間加大，過渡段淺灘交錯發(fā)展，航槽難以穩(wěn)定;同時，過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，進一步削弱已建工程對河道內(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，有必要抓緊實施新淤洲前沿低灘守護工程，上提過渡段，促進穩(wěn)定的過渡槽形成，進一步鞏固和完善界牌河段綜合治理工程;對右岸上邊灘部分受損丁壩進行維修加固，防止已建工程進一步水毀;對左岸下復(fù)糧洲一帶進行護岸守護，確保岸坡與堤防的穩(wěn)定;對左槽出口局部礙航淺區(qū)進行疏浚處理，以免不利年份左槽出口出淺礙航。

5 結(jié)語

(1)界牌河段具有主流周期性擺動、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。楊林山－龍頭山節(jié)點對水流的控導(dǎo)作用較強，兩岸有大堤保護，薄弱岸段有護岸工程。三峽水庫蓄水運用后，界牌河段河道的總體河勢不會有重大改變，河道變化主要表現(xiàn)為河道沖淤變化。

(2)1994年開始實施的界牌河段綜合治理工程總體上穩(wěn)定了河勢，改善了防洪和航運條件，取得了良好的綜合效益。但部分灘槽和過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，需進一步進行綜合整治。

(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)有河勢條件，采取工程措施將河段淺灘控制在合適的位置，使過渡段主流平順。具體對過渡段進行控制，實施新淤洲前沿低灘守護、右岸上邊灘部分受損丁壩維修加固、左岸下復(fù)糧洲一帶護岸守護、左槽出口局部礙航淺區(qū)疏浚等工程措施。

［1］付中敏，江淩.長江城陵磯－武漢河段航道整治工程技術(shù)方案研究［R］.武漢:長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，2008.(FU Zhong-min，JIANG Ling.Engineering Technologies of Channel Regulation for the Yangtze River Segment from Chenglingji to Wuhan［R］. Wuhan:Changjiang Waterway Planning，Design and Research Institute，2008.(in Chinese))

［2］張 慧，崔占峰.長江中游界牌河段航道整治二期工程防洪評價報告［R］.武漢:長江科學(xué)院，2010.(ZHANG Hui，CUI Zhan-feng.Report on Flood Control Evaluation for the Regulation Project Phase II for Jiepai Segment in the Middle Stream of Yangtze River［R］.Wuhan:Yangtze River Scientific Research Institute，2010.(in Chinese))

［3］余文疇，盧金友.長江河道演變與治理［M］.北京:中國水利水電出版社，2005.(YU Wen-chou，LU Jingyou.Channel Evolution and Regulation of Yangtze River Channel［M］.Beijing:China Water Power Press，2005.(in Chinese))

［4］沈惠潄，曹洪濟，劉中惠.長江中游界牌河段綜合治理方案研究［J］.長江科學(xué)院院報，1990，(4):54－60.(SHEN Hui-su，CAO Hong-ji，LIU Zhong-hui.Comprehensive Regulation Scheme for Jiepai Reach of the Middle Yangtze River［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，1990，(4):54－60.(in Chinese))

［5］盧金友，渠庚，李發(fā)政，等.下荊江熊家洲至城陵磯河段演變分析與治理思路探討［J］.長江科學(xué)院院報，2011，(11):113－118.(LU Jin-you，QU Geng，LI Fazheng，etal.Channel Evolution of the Reach from Xiongjiazhou to Chenglingji in Lower Jingjiang River and Regulation Considerations［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2011，(11):113－118.(in Chinese ))