長江中游戴家洲河段河岸穩(wěn)定性研究

楊燕華

（交通運輸部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津300456）

長江中游戴家洲河段河岸穩(wěn)定性研究

楊燕華

（交通運輸部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津300456）

長江中游戴家洲河段在實施護岸工程前，戴家洲右緣持續(xù)發(fā)生崩岸。文章結合戴家洲右緣崩岸情況，從地質、地形、水流條件等角度分析了該處發(fā)生崩岸的原因。采用穩(wěn)定岸坡作為崩岸發(fā)生的臨界判別指標，基于三峽蓄水前后戴家洲右汊典型斷面多年實測資料，得到了戴家洲右緣穩(wěn)定岸坡值。

崩岸；穩(wěn)定岸坡；長江中游；戴家洲河段

圖1戴家洲河段概況Fig.1General layout of the Daijiazhou reach

1 長江中游戴家洲河段崩岸特性

戴家洲河段位于湖北省境內的漢口下游，上起鄂州市，承接沙洲水道，下止迴風磯間，連接黃石水道，全長約34 km（圖1）。戴家洲河段由巴河水道和戴家洲水道組成，鄂城～巴河口段為巴河水道，順直放寬。戴家洲水道分為圓水道和直水道兩汊，左汊為圓水道，河道微彎；右汊為直水道，河道較順直［3-4］。，該河段實施護岸工程前戴家洲右緣崩岸現(xiàn)象較嚴重。

1.1 戴家洲右緣崩岸情況

根據(jù)實測資料，戴家洲右緣在1970～2003年間崩岸頻發(fā)，年均崩退幅度約10 m，最大崩退幅度達到470 m；2003～2008年，年均后退幅度約30 m，洲右緣最大崩退幅度約150 m；2008年以來年均崩退幅度大于往年（表1）。2010年戴家洲右緣下段守護工程實施后，右緣下段得到了穩(wěn)定，而右緣中上段仍處于不斷崩退中，且中段崩退幅度相對較大，年崩退約50 m。戴家洲右緣中下段于2011年12月發(fā)生崩岸，年崩退幅度約35 m。

對于戴家洲右緣尾部岸線，經歷了淤長、后退兩個過程，2004～2006年洲尾部主要表現(xiàn)為淤長，幅度達470 m；2006年以來則表現(xiàn)為沖刷后退，2009年3月較2006年2月后退幅度超過90 m，年均后退幅度約30 m。其中，2008年后，年均后退幅度達50余m（圖2）。

1.2 戴家洲右緣崩岸原因

結合戴家洲河段的地質、地形、水流條件等特點，對戴家洲右緣的崩岸原因進行了分析。

（1）地質條件。戴家洲洲體右緣岸坡具有明顯的二元或多元結構特征。具有這種土體結構的岸坡，由于上層粉質粘土厚度較小，抗沖性差，下層粉砂厚度大，但顆粒較為均勻，最易起動和分散搬運，抗沖性能很差，因而坡體特別是坡腳極易被水流侵蝕沖刷，很容易形成穩(wěn)定性差的陡岸高坡。另外，戴家洲右緣岸坡土體下層細砂密實度不高、透水性強，易形成入河方向的連續(xù)大比降滲流。大比降滲流會沖刷坡面和淘刷坡腳，導致岸坡失穩(wěn)崩塌。

（2）地形條件。戴家洲右緣處于直港微彎河道的凹岸，且下段處于兩汊匯流區(qū)附近。而根據(jù)研究，彎道凹岸、汊道分流和匯流處，一般主流貼岸形成強烈沖刷，易出現(xiàn)崩岸現(xiàn)象。另外，戴家洲目前洲體（水面以上）大多坡度較陡，在60度左右，局部接近直立臨空面，岸坡土體有可能會產生重力破壞。

（3）水流條件。當直港深泓沿戴家洲右緣坐彎時，主流線左擺，則戴家洲右緣岸坡愈不穩(wěn)定；當直港左岸（戴家洲右緣）存在高大邊灘時，該邊灘附近岸坡相對穩(wěn)定，即邊灘對岸坡起到了一定的掩護作用。例如，當直港下左邊灘未明顯下移時（2002～2006年），下段主流線緊貼戴家洲右緣，該處岸線崩退幅度較大；而當下左邊灘明顯下移時（2006～2008年），受下左邊灘下移的影響，下段岸線崩勢暫緩；但隨著洲尾邊灘的逐漸沖蝕（2008～2009年），下段岸線有沖刷后退的趨勢。坡面水流沖刷顯然對坡體崩塌起促進作用，但并非是直接沖擊坡體造成破壞，而是通過淘蝕坡腳形成漸進式崩塌來實現(xiàn)。

表1戴家洲右緣崩退情況統(tǒng)計表Tab.1Situation of bank collapse in the right edge of Daijiazhou

圖2戴家洲洲體年際變化圖Fig.2Variation of Daijiazhou

2 戴家洲河段河岸穩(wěn)定性計算分析

分析天然河道實際岸坡與穩(wěn)定岸坡的關系，是預測岸坡是否崩塌的手段之一。一般地，當實際岸坡超過穩(wěn)定岸坡時，往往會發(fā)生崩岸現(xiàn)象。唐金武［5］分析了長江中下游崩岸分類及其特點，研究表明無論從窩崩還是條崩，均多發(fā)生于上層為粘性土、下層為砂土的二元結構河岸，根據(jù)長江中下游典型斷面特征，提出用穩(wěn)定岸坡來逼近臨界岸坡，具體到長江中下游河段，將河型、河岸地質相同的河段的最大坡比的最大值作為穩(wěn)定岸坡，在文獻［5］中，作者采用穩(wěn)定岸坡法，對長江荊江河段的崩岸情況進行了預測，驗證了該方法的合理性。鑒于穩(wěn)定岸坡法使用方法簡便，結果可靠，并適用于長江中下游河段，因此，本文采用該方法計算戴家洲河段的穩(wěn)定岸坡，可作為該河段崩岸預測的判別指標。

圖3CS13斷面三峽蓄水前年際斷面地形圖Fig.3Variation of CS13 cross?section before the Three Gorges Reservoir impounding

2.1 戴家洲河段穩(wěn)定岸坡計算

搜集了三峽蓄水前戴家洲右汊崩岸區(qū)域內CS08～CS13多個典型斷面多年實測斷面資料，斷面位置見圖1。以斷面枯水位作為基準面，根據(jù)各典型斷面蓄水前多年地形，確定戴家洲右緣各斷面多年最大坡比的最大值為0.382，作為戴家洲河段的穩(wěn)定坡度值。其中CS13典型斷面蓄水前多年斷面地形見圖3。

收集了戴家洲河段三峽蓄水后實測崩岸段的地形資料，近似計算了其崩塌時的實際岸坡，以便對本文確定的戴家洲河段穩(wěn)定岸坡的合理性進行驗證。戴家洲右緣中段于2011年12月發(fā)生了崩岸，較2011年2月橫向崩塌35 m，縱向崩塌約300 m。斷面GCQ8及GCQ9位于崩岸區(qū)域，圖4～圖5給出了三峽蓄水后崩岸前2011年2月及崩岸后2011年12月崩岸區(qū)實測斷面變化圖，斷面位置見圖1。計算了各測次斷面的實際坡比，如表2所示。

從表2中可以看出，斷面GCQ8于2011年2月以及2011年12月2個測次實際坡比分別為0.373和0.312，斷面GCQ9于2011年2月以及2011年12月兩個測次實際坡比分別為0.341和0.302。上述坡比變化與該河段的演變情況密切相關。2011年2月以來，直水道下左邊灘沖刷，下段主流線左偏，緊貼戴家洲右緣，由此造成戴家洲右緣主流貼岸段近岸河床刷深，岸坡變陡，在2011年12月發(fā)生了崩岸。

實測斷面資料中，2011年2月戴家洲右汊崩岸區(qū)域典型斷面實際坡比十分接近穩(wěn)定坡比，可近似作為該河段實際崩岸時的坡度，表明本文確定的戴家洲右緣穩(wěn)定坡比較為合理。

2.2 戴家洲河段崩岸防護措施

根據(jù)2011年1：2 000實測戴家洲右緣局部地形資料，戴家洲右緣洲體（水面以上）大多坡度較陡，平均坡比超過0.571，大于計算得到的該河段的穩(wěn)定坡度0.382，因此，若不采取措施，戴家洲右緣將持續(xù)崩退。崩岸防護一般可采取兩種措施：一是提高河岸穩(wěn)定岸坡，二是降低實際岸坡。針對戴家洲河段而言，在河岸穩(wěn)定岸坡變化不大時，可采用鞏固或降低實際岸坡的措施（如岸坡守護且減緩坡度）防止岸坡的崩塌?？紤]到戴家洲右緣中上段實際崩退情況，2012年戴家洲二期工程對戴家洲右緣中上段實施了護岸工程，與前期戴家洲右緣下段守護工程相配合，有效地預防了戴家洲河段崩岸的發(fā)生。

圖4GCQ8斷面變化圖Fig.4Variation of GCQ8 cross?section

圖5GCQ9斷面變化圖Fig.5Variation of GCQ9 cross?section

表2戴家洲右緣各測次斷面坡比Tab.2Measured slope of the right edge of Daijiazhou

3 結論

在分析戴家洲右緣崩岸情況的基礎上，結合本

河段的河岸地質、河勢、岸坡局部地形、水文等特點，對戴家洲右緣的崩岸原因進行了分析。在此基礎上，基于三峽蓄水前戴家洲右汊典型斷面多年實測資料，得到戴家洲右緣穩(wěn)定岸坡值，并通過三峽蓄水后戴家洲右緣中下段崩岸區(qū)域的實際崩岸資料檢驗了其真確定。該穩(wěn)定岸坡值簡單可靠，可用來預測未來戴家洲右緣崩岸是否發(fā)生。

［1］黎禮剛.長江中下游干流河道崩岸統(tǒng)計及存在的問題［J］.水利水電快報，2008，28（2）：11-12. LI L G.Bank Collapse and the Existing Problems in Middle and Lower Yangtze River［J］.Express Water Resources and Hydropow?er in Formation，2008，28（2）：11-12.

［2］劉萬利.長江中游戴家洲河段戴家洲右緣崩岸特性及護岸措施專題研究報告［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學研究所，2010.

［3］劉萬利，李旺生，朱玉德，等.長江中游戴家洲河段河床演變分析及趨勢預測［J］.水道港口，2011，32（4）：259-263. LIU W L，LI W S，ZHU Y D，et al.Alluvial Process Analysis and Trend Prediction of Daijiazhou Reach in Middle Yangtze River［J］.Journal of Waterway and Harbor，2011，32（4）：259-263.

［4］劉萬利，李旺生，朱玉德，等.長江中游戴家洲河段航道整治思路探討［J］.水道港口，2009，30（1）：31-36. LIU W L，LI W S，ZHU Y D，et al.Study on Channel Regulation of Daijiazhou Reach in Middle Yangtze River［J］.Journal of Water?way and Harbor，2009，30（1）：31-36.

［5］唐金武，鄧金運，由星瑩，等.長江中下游河道崩岸預測方法［J］.四川大學學報：工程科學版，2012，44（1）：75-81. TANG J W，DENG J Y，YOU X Y，et al.Forecast Method for Bank Collapse in Middle and Lower Yangtze River［J］.Journal of Sich?uan University：Engineering Science Edition，2012，44（1）：75-81.

Study on bank stability of Daijiazhou reach in Middle Yangtze River

YANG Yan?hua
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin 300456,China）

The bank collapse happens continuously in the right edge of Daijiazhou reach in Middle Yangtze River before revetment engineering existing.The cause of bank collapse in the right edge of Daijiazhou was studied considering geology,topography and hydrological process.Considering the stable slope as the critical one,the value of the right edge of Daijiazhou was obtained by measured typical sections of the right branch of Daijiazhou reach be?fore and after the Three Gorges Reservoir impounding.

bank collapse;stable slope;Middle Yangtze River;Daijiazhou reach

U 617；TV 135

A

1005-8443（2015）06-0533-04崩岸是長江中下游河道重大災害之一，發(fā)生較為頻繁，危害十分嚴重。據(jù)統(tǒng)計，實施大規(guī)模的護岸工程前，長江中下游干流河道岸線總長約4 249 km，其中崩岸長度達1 518 km，占江岸總長度的35.7%［1］。隨著三峽水庫2003年正式蓄水運用，清水下泄將造成下游河道的長距離沖刷，尤其是深泓刷深較多，將造成岸坡變陡并可能對堤防的安全帶來不利影響。三峽蓄水后2003～2006年的實測資料表明，荊江干流河段發(fā)生較大崩岸險情101處，年均發(fā)生崩岸險情約34處，年均崩長達33.64 km。與蓄水前相比，三峽蓄水后崩岸險情發(fā)生的頻次明顯增多，長江中游戴家洲河段在三峽蓄水后戴家洲右緣一直持續(xù)崩退，2008年后，年均崩退幅度達50余m，落水期、枯水期崩岸尤為嚴重［2］。本文通過對戴家洲河段崩岸現(xiàn)象和原因的分析，結合現(xiàn)有河岸穩(wěn)定性計算方法，計算了戴家洲右緣發(fā)生崩岸的臨界判別指標——穩(wěn)定岸坡值，可用來預測戴家洲右緣未來的崩岸情況。

2015-08-10；

2015-10-21

國家自然科學基金（51209112）；天津市自然科學基金（15JCYBJC21900）

楊燕華（1985-），女，山西省人，助理研究員，主要從事航道工程研究。

Biography：YANG Yan?hua（1985-），female，assistant professor.