長江戴黃河段河道演變及治理措施探討

，，

(長江科學院 a.河流研究所；b.水利部江湖治理與防洪重點試驗室，武漢 430010)

1 河段概況

長江中游戴家洲至黃石河段位于長江中游湖北境內，上起燕磯，下至西塞山，河段長約37 km，包括戴家洲河段和黃石河段，為長江中下游重點治理河段。

戴家洲河段上起巴河，下至回風磯，江中有江心洲——戴家洲，屬微彎分汊型河道，全長約21.6 km。左、右岸有回風磯、燕磯、寡婦磯、平山磯等磯頭。其中左汊為支汊，右汊為主汊；右汊出口處有新淤洲。本河段主流走右岸沿燕磯深槽下行至戴家洲右汊，于洲尾向左擺動至回風磯[1]。

黃石河段上起長江左岸回風磯，下至長江右岸西塞山，長約15.5 km，屬單一微彎型河道。河段上、下游進出口分別有一個山磯即回風磯和西塞山，對水流有較強控導作用。黃石彎道右岸為受水流沖擊的凹岸，沿岸有貓兒磯、陡城磯、海觀山、黃石礁等山磯呈弧形分布，使黃石彎道成為良好的穩(wěn)定彎道。黃石彎道寬900～1 200 m，左岸有寬闊的散花洲邊灘，邊灘最寬約700 m。本河段主流沿左岸的回風磯逐漸過渡至右岸黃石港區(qū)，進入黃石彎道，經右岸黃石港港區(qū)、石灰窯、黃思灣至西塞山下行[1]。河道示意見圖1。

圖1 戴黃河段河勢圖(2011年10月)Fig.1 River regime of Daijiazhou-Huangshi river reach (Oct. 2011)

2 河道演變分析

2.1 歷史演變

戴家洲河段地處大冶褶皺束的隆起帶，受其構造控制的影響，河道在歷史上沒有大幅度的變遷。全新世以來，整個長江中、下游河道略有右移，受其影響，該河段也略向右擺?，F(xiàn)今的戴家洲形成于清中葉后期，據清同治《長江圖說》記載，在回風磯以西的彈指夾上至浠水口間已有趙家洲、戴家洲、筆架洲和新淤洲存在。清光緒以后，趙家洲下移與戴家洲相連，筆架洲淪沒，新淤洲靠岸成為邊灘，基本上演變成目前的雙汊彎曲河型。近百年來本河段河床平面形態(tài)變化不大，戴家洲基本上是穩(wěn)定的。

黃石河段河勢受戴家洲河段河勢變化的影響，戴家洲一帶先有五洲，六朝以后靠北岸，黃石河段為分汊河道。在東漢三國時代，回風磯至西塞山之間的古河道中已出現(xiàn)了3個串聯(lián)的江心洲，位置大約在黃石市江對岸(北岸)。三國以前(公元220年前)由洪水切割邊灘而成散花洲。南宋時期(公元10世紀—13世紀)散花洲左汊已淤為夾江，稱散花夾。入明以后(公元1368年后)，左汊完全淤死，散花洲又成為散花洲邊灘，黃石河段由分汊河型逐步轉化為單一微彎河型，近百余年來沒有明顯的演變。

2.2 近期演變

2.2.1 戴家洲河段

(1) 深泓線變化。戴家洲河段為分汊河段，歷年來戴家洲洲頭淺灘淤長，深泓分流點由龍王磯一帶上提數(shù)公里至鄂黃長江大橋與池湖潛洲之間；分流后水流分別進入戴家洲左、右汊道，左汊河床沖淤變化較小，深泓線一直貼岸而行，其離岸最近距離僅有30 m；右汊沖淤變化幅度較大，尤其是戴家洲右緣的沖淤頻繁，導致深泓線擺幅較大，歷年最大擺幅達800 m。

(2) 洲灘變化。戴家洲位于燕磯與回風磯之間，新淤洲位于戴家洲右汊洲尾附近。戴家洲與新淤洲歷年平面位置較為穩(wěn)定，尤其是新淤洲歷年沖淤變化甚小，該洲基本穩(wěn)定。相對新淤洲而言，戴家洲變化稍大，1981—2008年，洲尾以及洲的左緣均較為穩(wěn)定，洲右緣和洲頭有所變化，尤其是洲頭沖淤變化較大，歷年洲頭15 m等高線變幅達1.1 km，2006年以后洲頭相對穩(wěn)定。戴家洲、新淤洲(15 m等高線)歷年變化見表1[1]。

表1 戴家洲、新淤洲(15 m等高線)歷年變化[1]Table 1 Variation of Daojiazhou sandbar and Xinyuzhou sandbar(15m contour line) over years[1]

(3) 深槽變化。戴家洲河段有寡婦磯、回風磯2處深槽，其中寡婦磯位于戴家洲右汊，回風磯位于戴家洲尾下游。由于2處邊界控制條件較好，兩深槽平面形態(tài)以及所處位置多年較為穩(wěn)定。

(4) 汊道分流分沙變化。戴家洲河段目前右汊為主汊，左汊為支汊。根據實測資料，1960年以前，左汊分流比為48%，右汊為52%，左、右兩汊分流比接近；2005年戴家洲左、右汊分流比分別為43%和57%；2006年左、右汊分流比分別為47%和53%，分沙比分別為48%和52%。可見戴家洲左、右汊歷年分流比變化不大，且兩汊分流分沙比較為接近，表明兩汊的水沙輸送能力相差不大。

2.2.2 黃石河段

(1) 深泓線變化。從黃石河段總體來看，黃石河段深泓線的變化主要集中在一頭一尾2處，頭部回風磯至艾家灣，深泓從左岸深槽過渡到右岸深槽，使得深泓線位置搖擺不定，尾部因西塞山磯頭挑流作用，使得深泓線位置各年變化較大，中間因深槽靠岸，主流貼岸，變化幅度較小。黃石河段由于兩岸控制作用較強，河道邊界穩(wěn)定，深泓線沿著黃石凹岸下行，多年穩(wěn)定少變。

(2) 洲灘變化。黃石河段彎道左岸散花洲有一邊灘，散花洲邊灘灘長多年來基本穩(wěn)定，只是灘唇時有沖淤，1981—2008年，灘唇最大沖淤幅度約為350 m，其變化與上游來水來沙密切相關，一般來說，枯水年邊灘淤長發(fā)展，豐水年邊灘則沖刷縮小。

(3) 深槽變化。黃石河段有西塞山深槽，該深槽由特殊地形構造、邊界條件以及河道形勢所決定的。西塞山附近江面束窄，河床下切，歷年最深達1985國家高程基準以下66.7 m。

2.3 演變趨勢分析

(1) 戴家洲河段

戴家洲河段由于受節(jié)點的控制及護岸工程興建的影響，河道岸線基本穩(wěn)定，河床演變主要表現(xiàn)在河床沖淤、洲灘消長和汊道的興衰交替變化?？傮w來說，左汊深泓線基本穩(wěn)定，擺動不大；20世紀70年代，右汊深泓線先貼左岸下行至寡婦磯后向左擺動，貼近戴家洲洲尾下行至回風磯，后在張家渡灣過渡到右汊左岸，除2006，2008年深泓來回擺動外，其余各年深泓線貼戴家洲下行，兩汊在回風磯相匯。三峽水庫蓄水后，由于水沙條件的改變，壩下游河道將發(fā)生長距離的沿程沖刷，試驗性蓄水期間(2008年10月至2011年10月)宜昌至湖口河段平灘河槽(宜昌流量30 000 m3/s的水面線以下的河槽)總沖刷量為4.22億m3(沖刷量中包含河道采砂影響，下同)，年均沖刷量1.40億m3，年均沖刷強度14.7萬m3/(km·a)，其中城陵磯至湖口河段(長547 km)沖刷量3.53億m3,年均沖刷強度7.2萬m3/(km·a)[2]。目前這個沖刷量還遠小于相應河段的自然年內的沖淤幅度。伴隨著河道沖刷，壩下游河勢發(fā)生調整，但該河段總體河勢基本穩(wěn)定。預計后期本河段原有的河床邊界條件、河道平面形態(tài)和河道演變規(guī)律不會發(fā)生大的變化，戴家洲河段將繼續(xù)保持“微彎分汊”的河道格局[3]。

(2) 黃石河段

黃石河段是一微彎單一河道，由于該河段進口有回風磯，出口有西塞山這2個節(jié)點，凹岸邊界較穩(wěn)定，加上1992—2002年的凹岸守護，決定了該河段不可能橫向發(fā)展，目前黃石河段微彎單一河型將維持相當長時間；三峽工程建成后，黃石河段河勢不會發(fā)生大的變化，但河道及岸灘將會發(fā)生一定程度的沖刷，需加強觀測和守護[4]。

3 河道治理措施研究

3.1 存在的問題

戴家洲至黃石河段在天然節(jié)點控制和人工護岸的作用下，河段受到了一定程度的控制，從總體上看，河道走向與輪廓保持相對穩(wěn)定，總體河勢基本穩(wěn)定，河流將長期在這個總的格局中，遵循其自然規(guī)律變化和發(fā)展。但局部河段變化仍較大，影響河勢穩(wěn)定、航運安全和防洪安全。

(1) 主流貼岸，影響堤防安全。戴家洲左汊已護岸線因主流貼岸沖刷，岸線多處不穩(wěn)定，已影響到大堤安全。黃石河段主流緊貼凹岸沖刷，岸坡較陡，一些淤積層岸坡隨時可能崩塌，特別是有些地段基本無灘，崩岸時直接威脅到大堤安全。

(2) 河勢不穩(wěn)定，影響航運安全。戴家洲頭淺灘分流區(qū)河勢不穩(wěn)定，主流線擺幅較大，特別是右汊進口處戴家洲頭右邊灘沖淤變幅大，不利于右汊主航道的暢通。

3.2 治理目標

通過工程措施，守護戴家洲河段彎道凹岸和黃石河段凹岸，控制彎道平面形態(tài)，穩(wěn)定現(xiàn)有岸線和總體河勢，促進岸線的開發(fā)利用；實施戴家洲直港凸岸上段、中段控導工程，戴家洲右緣中上段護岸，改善直港航道條件；增加右汊分流量，抑制戴家洲頭繼續(xù)上延和右汊燕磯后淺灘進一步淤長，改善右汊進流條件，穩(wěn)定其主航道，為該河段良好的河勢和航道的穩(wěn)定及洲灘利用奠定基礎；加固沿江險工段和整治黃石江灘，以確保江堤防洪安全。

3.3 治理措施

根據上述存在的主要問題和治理目標，戴黃河段治理遵循的思路為：在已有河道治理工程的基礎上，充分利用現(xiàn)有河勢條件，采用工程措施，穩(wěn)定戴家洲河段現(xiàn)有主流線走向及分汊型河勢；穩(wěn)定黃石河段岸線，維持黃石彎道河勢現(xiàn)狀[1]。

3.3.1 戴家洲河段

(1) 進行彎道凹岸守護。近期對戴家洲左汊左岸王家大灣(樁號176+740～176+230)、蘭溪鎮(zhèn)(樁號172+600～170+630)和馬料灣(樁號169+240～167+180)等護岸段進行加固，以穩(wěn)定彎道凹岸險工段，控制彎道平面形態(tài)，進而控制河段總體河勢，確保該沿江堤防安全[1]。

(2) 整治主通航汊道(直港)。按照“維持分汊、擇汊直港，守控洲頭、調整水流、護岸守灘”的原則進行整治[5-6]，經有關單位物理模型試驗研究，確定整治方案由直港凸岸中上段低水潛丁壩工程、戴家洲右緣中上段護岸工程組成。潛丁壩工程為在直港凸岸上段布置3條短潛丁壩和中段寡婦磯下游附近布置2條潛壩工程，主要功能是保持目前有利的灘槽格局，改善直港航道條件[7]；護岸工程位于戴家洲右緣上段和中段(在右緣下段守護的基礎上守中、上段)，該工程與右緣下段護岸工程平順銜接，維持洲體的穩(wěn)定，護岸總長約6 km，主要功能為控制目前有利岸線邊界形態(tài)[8-9]。

3.3.2 黃石河段

(1) 進行凹岸護岸加固。對黃石河段右岸凹岸的黃石長江大橋附近、海觀山、石灰窯、大冶鋼廠等長約2.9 km的現(xiàn)有險工岸段進行加固，使岸線穩(wěn)定不崩塌，進而控制河段總體河勢，確保沿江堤防安全、港區(qū)及航道的安全；其余段需加強觀測，出現(xiàn)不利變化時及時采取相應的處理措施，確保河勢的穩(wěn)定和防洪工程的安全。

(2) 進行江灘整治。由于歷史原因，黃石河段江灘建筑物較多，一些散裝貨物如沙、煤等堆棧在岸坡上，這既增加了岸坡不穩(wěn)定因素，又影響了河道的行洪和河勢的穩(wěn)定。按照江灘規(guī)劃對其進行整治，能有效消除防洪隱患、合理利用河岸岸線，確保防洪安全。

4 結 論

(1) 戴家洲河段由于受節(jié)點及護岸工程的控制，河道岸線基本穩(wěn)定，河道演變主要表現(xiàn)在河床沖淤、洲灘消長和汊道的興衰交替變化。預計三峽水庫運用后對本河段原有的河床邊界條件、河道平面形態(tài)和河道演變規(guī)律不會產生大的影響，戴家洲河段將繼續(xù)保持“微彎分汊”的河道格局。

(2) 受地質邊界條件的控制，黃石河段近幾十年來，河道岸線穩(wěn)定，深槽、主流變化不大。目前黃石河段微彎單一河型將維持相當長時間；三峽工程建成后，黃石河段河勢不會發(fā)生大的變化，但河道及岸灘將會發(fā)生一定程度的沖刷。

(3) 從總體上看，戴家洲至黃石河段總體河勢基本穩(wěn)定，但局部河段變化仍較大，其中戴家洲頭淺灘分流區(qū)河勢不穩(wěn)定，主流線擺幅較大，影響航運安全；戴家洲左汊已護岸線因主流貼岸沖刷，黃石河段主流緊貼凹岸沖刷，岸線不穩(wěn)定，影響堤防安全，需進行綜合治理。

(4) 戴黃河段治理措施，宜在已有河道治理工程的基礎上，充分利用現(xiàn)有河勢條件，采用工程措施，穩(wěn)定戴家洲河段現(xiàn)有主流線走向及分汊型河勢，穩(wěn)定黃石河段岸線，維持黃石彎道河勢現(xiàn)狀。具體采取對戴家洲左汊已護岸線進行加固，實施直港凸岸中上段低水潛丁壩工程和戴家洲右緣中上段護岸工程，對黃石河彎進行護岸加固及對黃石江灘進行綜合整治等措施。

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