長(zhǎng)江中游荊江航道礙航問(wèn)題及治理對(duì)策

嚴(yán) 軍 何大偉 李泮營(yíng) 趙文龍

（1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450001；2.河南省水土保持監(jiān)督檢測(cè)總站，河南 鄭州 450011）

0 引言

荊江航道位于長(zhǎng)江中游，上起湖北宜昌枝城，下至湖南城陵磯，全長(zhǎng)347.2km，以藕池口為界分為上、下荊江其中上荊江全長(zhǎng)約171.7km為微彎分汊型河道，下荊江長(zhǎng)約175.5km為典型的蜿蜒型河道（見(jiàn)圖1）。由于河床性質(zhì)特殊，航道變化劇烈，存在沙市太平口、馬家嘴、周天、碾子彎、窯監(jiān)等10余處礙航灘段。荊江河段航道蜿蜒曲折，洲灘演變劇烈，航道維護(hù)困難。1960年以來(lái)，該河段枯水期航道維護(hù)水深一直保持在2.9m，大大低于上下游同期航道維護(hù)水深，歷來(lái)是長(zhǎng)江航道的“瓶頸”河段。2000年以來(lái)，荊江河段實(shí)施了一系列規(guī)模較大的河道整治工程，使河道水沙等邊界條件發(fā)生了不同程度的變化；特別是三峽水庫(kù)運(yùn)用以來(lái)，荊江河段來(lái)沙量大幅減少，局部河道河勢(shì)發(fā)生一定程度的調(diào)整，對(duì)荊江河段的水流運(yùn)動(dòng)特性帶來(lái)較大的影響，也引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。

1 荊江河段航道治理現(xiàn)狀及礙航原因

1.1 荊江河段航道治理現(xiàn)狀

2001以來(lái)，荊江河段先后實(shí)施了12個(gè)航道整治項(xiàng)目，其中2001年到2005年期間完成了3個(gè)項(xiàng)目，2006年到2010年期間開(kāi)展了9個(gè)工程。經(jīng)過(guò)10多年的航道整治建設(shè)，雖然荊江河段的沙市、瓦口子、馬家嘴、周天、藕池口、碾子灣、窯監(jiān)等8處重點(diǎn)河段的航道條件明顯改善，航道能力通航提高，中游不暢的問(wèn)題得以緩解 。但是局部河勢(shì)的變化仍較為劇烈，其中以沙市河段變化最為劇烈，將在下文重點(diǎn)介紹。

1.2 荊江航道礙航原因

荊江航道上荊江為微彎分汊河道，由三個(gè)右向河灣和三個(gè)左向河灣以及連接各彎道間的順直過(guò)渡段組成。所以本河段同時(shí)具有微彎放寬和分汊的河道特征。水流經(jīng)過(guò)放寬段時(shí),流速減小，水流挾沙能力弱，因此泥沙容易在此淤積從而導(dǎo)致航深不足；在分汊河段由于水流彎曲的汊道口附近產(chǎn)生壅水,使得比降和流速都減小,因此泥沙易在汊道口落淤而形成淺區(qū)，影響通航。比較典型的河段是沙市河段，本文選取這個(gè)河段進(jìn)行分析：

沙市河段上起陳家灣,下至玉和坪,全長(zhǎng)約22 km,屬順直微彎河型。按河道特性,河段可分為兩段:上段(陳家灣至筲箕子)為銜接上游宛市彎道的直線過(guò)渡段,河道內(nèi)分布有太平口心灘及左右槽；下段(筲箕子至玉和坪)為三八灘微彎分汊段,心灘周期沖淤變化。

可以從水沙輸移的特性和環(huán)流結(jié)構(gòu)這三個(gè)個(gè)角度分析該河段礙航問(wèn)題：

（1）從水沙輸移的特性來(lái)看，由于順直放寬都是一些寬窄相間的藕節(jié)狀，水流為適應(yīng)這些寬窄相間的分布，在汛期和枯期寬段和窄段的比降、流速、挾沙能力等水力要素表現(xiàn)出了截然相反的特征。在汛期放寬段水流漫灘，比降、流速、挾沙力小于束窄段，泥沙易淤積，從而形成淺灘，造成礙航。而枯期放寬段水流歸槽，比降、流速、挾沙力大于束窄段，汛期淤積泥沙得以沖走，造成河床沖刷，也在一定的程度上造成礙航。

（2）從河道中的環(huán)流結(jié)構(gòu)來(lái)看，沙市河段內(nèi)包含順直單一、順直放寬、分汊、彎曲分汊等多種形態(tài)的河段，環(huán)流和橫向輸沙強(qiáng)度的差別在于河段的彎曲程度，而流量變化更會(huì)造成汛枯期環(huán)流結(jié)構(gòu)、泥沙沖淤的顯著變化。因此，在不同流量和不同的彎曲程度下環(huán)流結(jié)構(gòu)和泥沙沖淤是復(fù)雜多變的，這也是造成礙航的一個(gè)原因。

由以上分析可知，在荊江航道造成礙航的原因是：水流經(jīng)過(guò)順直放寬段時(shí)流速減小使得泥沙在此落淤形成淺灘，造成礙航；另外，在洪水期，航道內(nèi)的心灘、邊灘的沖淤下移使得淺灘位置不固定和形式多變也是導(dǎo)致荊江航道礙航的原因。

2 三峽工程蓄水運(yùn)用對(duì)沙市河段的影響

三峽工程于2003年6月已開(kāi)始蓄水運(yùn)用，2009年具備按照最終規(guī)模（正常蓄水位175米）運(yùn)行的條件。三峽工程蓄水運(yùn)用后,改變了整個(gè)荊江河段原有的水沙特性，使原本保持平衡的水沙條件被打破。上荊江河段首當(dāng)其沖地面臨清水下泄沖刷的影響,導(dǎo)致上荊江河段河床沖刷幅度增強(qiáng)、崩岸強(qiáng)度加大。根據(jù)有關(guān)單位[3]提供的資料統(tǒng)計(jì)成果,三峽工程蓄水運(yùn)用以來(lái),上荊江河段共發(fā)生崩岸44處,崩長(zhǎng)33.85 km,遠(yuǎn)大于三峽工程蓄水運(yùn)用前的29處及崩長(zhǎng)10.66km。下荊江為典型的蜿蜒型河道，在自然條件下河勢(shì)就極不穩(wěn)定，分汊河道重多，加之三峽蓄水運(yùn)用后對(duì)上荊江造成的影響，必將會(huì)給下荊江整治造成更加嚴(yán)重的困難。

2.1 三峽工程蓄水前演變特點(diǎn)

自沙市河段形成雙分汊河勢(shì)格局至三峽水庫(kù)蓄水前，河段最顯著的變化就是新老三八灘的交替興衰。在老三八灘時(shí)期，上段自形成順直分汊河段以后，北槽分流比始終保持占優(yōu)，太平口心灘也逐漸淤長(zhǎng)成穩(wěn)定的江心灘。下段微彎分汊段在90年代以前，北汊為主汊，進(jìn)入90年代后，上游來(lái)沙量大幅減少，河床產(chǎn)生沖刷，三八灘明顯后退，過(guò)渡段河道展寬，主流頻繁擺動(dòng)，該段開(kāi)始出現(xiàn)兩汊爭(zhēng)流的局面（見(jiàn)圖2）。

2.2 三峽工程蓄水后演變特點(diǎn)

三峽水庫(kù)蓄水后，水庫(kù)的攔沙作用使得下游河道普遍沖刷，沙市河段是最早受到?jīng)_刷影響的沙質(zhì)河段。受兩岸護(hù)岸工程的作用，河段整體河勢(shì)格局保持穩(wěn)定，但局部發(fā)生了一些明顯變化:順直分汊段繼分汊格局形成以來(lái)，首次發(fā)生主支汊易位；微彎分汊段主汊雖然基本穩(wěn)定在南汊，但北汊在特大水沙條件下呈發(fā)展趨勢(shì)，北汊進(jìn)口附近淤積形成楊林磯邊灘，其他洲灘也發(fā)生較大幅度的變形（見(jiàn)圖3）。

2.3 演變機(jī)理

2.3.1 順直分汊段

順直分汊段洲灘主要包括太平口心灘和臘林州邊灘。從演變特點(diǎn)來(lái)看，三峽水庫(kù)蓄水后順直分汊段河槽雖然年內(nèi)延續(xù)了“洪淤枯沖”的變化規(guī)律，但受次飽和水流作用，總體而言太平口心灘及南北槽均處于沖刷狀態(tài)。其中，北槽年內(nèi)沖淤幅度較大，南槽較小，但年際累積沖刷幅度南槽則大于北槽。從演變內(nèi)在機(jī)理來(lái)看，水動(dòng)力條件、特殊河床邊界及上游來(lái)沙改變是造成上述變化的重要原因。三峽水庫(kù)蓄水前洪、中水流量級(jí)下，太平口心灘段的大流速均居于北槽，枯期兩汊流速基本相當(dāng)；三峽水庫(kù)蓄水后，各個(gè)測(cè)次水文測(cè)驗(yàn)資料表明，僅當(dāng)流量接近或大于20000m3/s時(shí)主流位于北槽，且南北槽最大流速差大幅度減小，中水主流則右擺至南槽。年內(nèi)南北槽沖淤延續(xù)了三峽水庫(kù)蓄水前“洪淤枯沖”的變化特點(diǎn)，因此中枯水期主流位置對(duì)河槽沖刷有決定性的影響。

2.3.2 微彎分汊段

從本河段的演變機(jī)理來(lái)看，仍主要受河段水動(dòng)力條件、來(lái)沙情況、灘槽格局及其相互作用的影響。從水動(dòng)力條件來(lái)看，由于沙市河段兩分汊段之間的過(guò)渡段較短，不同流量下微彎分汊段主流分布延續(xù)了上游順直分汊段的特點(diǎn)，微彎分汊段年內(nèi)水動(dòng)力條件也呈現(xiàn)主流大水取走北汊、分流比再次減小造成主支汊發(fā)生易位。從灘槽格局變化及其相互作用來(lái)看，中小水走南汊的變化特點(diǎn)。由于2005以后連續(xù)出現(xiàn)中小水年，有利于南汊發(fā)展，北汊分楊林磯邊灘的形成原因在于微彎段灘體沖刷后河道展寬及上游北槽分流比的減小，結(jié)果導(dǎo)致北汊分流比的再次下降。使得這一河段在枯水期礙航異常嚴(yán)重。

上述分析表明：三峽水庫(kù)蓄水后，主流分布特點(diǎn)的調(diào)整及水沙條件變異是造成河段內(nèi)灘槽沖淤變形的一個(gè)決定性因素。除此之外，北槽局部河床抗沖性也是南北槽主支易位的重要原因。

3 對(duì)策

荊江航道之所以歷來(lái)是長(zhǎng)江航道的“瓶頸”河段是因?yàn)樵摵佣紊戏植剂吮姸嗟姆帚狻Ⅱ暄训暮拥?。而往往發(fā)生礙航的河段恰恰都是在這些彎曲分汊、蜿蜒和連接彎曲分汊的順直過(guò)渡的河段。這是因?yàn)檫@些河段往往都是水流條件不好，河段邊界條件也不穩(wěn)定。所以要想使整個(gè)長(zhǎng)江航道的通航能力得到提升，必須要解決荊江這個(gè) “瓶頸”問(wèn)題。三峽工程蓄水以來(lái)順直放寬和彎曲分汊連接河段大多存在洲頭低灘沖刷的不穩(wěn)定因素。因此，提出如下治理對(duì)策：

在順直過(guò)渡河段，由于其演變特點(diǎn)：水流在進(jìn)入分汊河段前，受下游收束斷面，順直過(guò)渡段在漲水過(guò)程中比降、流速減小，水流輸沙能力降低，泥沙落淤，形成淺灘，造成礙航。例如前面分析的沙市河段上段就屬于這類情況，另外天星周、監(jiān)理、大馬洲等河段都是典型的此類情況。整治的原則：首先，最基本的是固定邊灘，使其不向下游移動(dòng)，從而達(dá)到順直過(guò)渡段處于穩(wěn)定狀態(tài)的目的。其次，對(duì)這些淺灘河道實(shí)施疏浚工程，實(shí)現(xiàn)在枯水期能達(dá)到通航水深的要求。

對(duì)于蜿蜒型河道，自然狀態(tài)下的蜿蜒河段大多都是彎道的曲率半徑過(guò)大或過(guò)小，過(guò)渡段過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短。這樣的河段必然會(huì)產(chǎn)生不良的水流結(jié)構(gòu)和泥沙運(yùn)動(dòng)，需要治理。治理的原則可分為兩大類：a）穩(wěn)定現(xiàn)狀，防止其向不利方向發(fā)展；b）改變現(xiàn)狀，引導(dǎo)其向有利方向發(fā)展。對(duì)于穩(wěn)定現(xiàn)狀采取的主要措施是保護(hù)彎道凹岸，防止彎道繼續(xù)發(fā)生惡化。對(duì)于改變現(xiàn)狀采取措施時(shí)，應(yīng)該根據(jù)水流和泥沙的實(shí)際情況對(duì)彎道和過(guò)渡段進(jìn)行改善：在彎道內(nèi)切除凸嘴、調(diào)整曲率半徑、擴(kuò)大水面寬度、在過(guò)渡段束窄局部河道等。對(duì)那些水流和泥沙條件特別差、礙航嚴(yán)重的河段可以進(jìn)行人工裁彎取直。例如1966年的中洲子裁彎工程、1968年的上車(chē)灣裁彎工程（見(jiàn)圖4）。在決定進(jìn)行人工裁彎時(shí)，必須是經(jīng)過(guò)的各方面的論證，保證裁彎后能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)所提出的要求。要對(duì)上下游、左右岸、近期和遠(yuǎn)期產(chǎn)生的有利和不利影響要進(jìn)行研究。裁彎結(jié)束后要對(duì)新河、老河、上下游段進(jìn)行觀測(cè)，以確定裁彎后水流、泥沙、河床沖淤、河道平面形態(tài)等對(duì)較遠(yuǎn)河段的影響。

在分汊型河道，對(duì)那些滿足通航條件的分汊型河段可以進(jìn)行穩(wěn)定，使其不會(huì)進(jìn)一步惡化；對(duì)已經(jīng)礙航的分汊型河段就必須進(jìn)行改善措施，以達(dá)到滿足通航要求。a）穩(wěn)定措施：在分汊型河段上游節(jié)點(diǎn)處、汊道入口處、彎曲汊道中局部沖刷段及江心洲首部和尾部修建整治建筑物（見(jiàn)圖5）。例如，為了防止崩岸，可以修建護(hù)岸工程。 在江心洲首部修建上分水堤，尾部修建下分水堤等。b）改善措施：包括調(diào)整水流和調(diào)整河床兩方面。整治措施包括修建順壩和丁壩，疏浚和爆破等。在一些分汊河段，為了滿足通航需求，可以采取塞支強(qiáng)干的整治措施。在實(shí)施堵塞汊道的工程時(shí)，應(yīng)該選擇逐漸衰退的汊道加以堵塞。堵塞汊道的措施常常是修建順壩和丁壩。

4 結(jié)論

4.1 荊江航道演變劇烈，順直過(guò)渡段和彎曲分汊河段航道是否礙航主要取決于順直段放寬率及下游汊道進(jìn)口處河寬、彎曲半徑及可發(fā)育條件等。

4.2 三峽蓄水運(yùn)用以來(lái)荊江航道礙航的主要原因是連接彎曲分汊段的順直過(guò)渡段主流的變化以及彎曲分汊段主流的走彎，導(dǎo)致這些河段處洲灘不穩(wěn)，容易造成礙航。汛后洲灘灘形散亂、束水作用弱以及水流分散也是導(dǎo)致荊江航道通航條件差的一個(gè)重要原因。

4.3 荊江航道治理工程的重要依托和基礎(chǔ)是穩(wěn)定河勢(shì)，根據(jù)荊江航道上不同的河段類型：順直過(guò)渡、蜿蜒、分汊型河段?？梢圆扇∫幌盗械目貙?dǎo)措施：護(hù)岸、固定邊灘、疏浚、堵汊、裁彎等工程措施。在實(shí)施這些控導(dǎo)工程時(shí)必須要統(tǒng)一規(guī)劃，做好各方面的管理和控制。

［1］鄭力.荊江沙市橋區(qū)河段航道治理思路及對(duì)策[J].人民長(zhǎng)江,2012（13）：10-13.

［2］賈瑞敏，陳風(fēng)云，陸永軍.荊江重點(diǎn)河段航道變化及整治措施[J].水道港口，1996（4）：20-30.

［3］張曉紅，汪紅英.三峽工程建成后上荊江河道演變趨勢(shì)[J].人民長(zhǎng)江，2009（22）:9-10.