長(zhǎng)江中游調(diào)關(guān)水道演變規(guī)律及趨勢(shì)分析

余新明，李雨晨

（1.長(zhǎng)江航道局國(guó)家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心,武漢430010；2.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，南京210098）

長(zhǎng)江中游調(diào)關(guān)水道演變規(guī)律及趨勢(shì)分析

余新明1，李雨晨2

（1.長(zhǎng)江航道局國(guó)家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心,武漢430010；2.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，南京210098）

通過(guò)實(shí)測(cè)資料系統(tǒng)分析了長(zhǎng)江中游調(diào)關(guān)水道演變特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)三峽蓄水后調(diào)關(guān)水道演變規(guī)律進(jìn)行了分析，并研究了調(diào)關(guān)水道未來(lái)演變趨勢(shì)。結(jié)果表明，調(diào)關(guān)水道河床由中細(xì)沙組成，河岸為粘性土和沙組成的二元相結(jié)構(gòu)，河段自然屬性較強(qiáng)，歷史上河床在自然條件下主要表現(xiàn)為凹岸崩坍、凸岸淤長(zhǎng)，彎頂緩慢下移。三峽工程運(yùn)行后，來(lái)沙減少，枯水流量增加等因素影響，原淤積性凸岸發(fā)生沖刷，河道總體流速降低，且彎道進(jìn)口區(qū)域由于凸岸沖刷，水流趨直，彎道環(huán)流作用減弱，導(dǎo)致了凹岸淤積。隨著三峽蓄水后來(lái)沙持續(xù)減少，彎道段凸沖凹淤的趨勢(shì)將會(huì)持續(xù)。

凸沖凹淤；三峽蓄水；裁彎取直；調(diào)關(guān)水道

調(diào)關(guān)水道位于長(zhǎng)江中游的下荊江中部，上起南堤上、下迄八十丈，全長(zhǎng)16 km，河道自魯家灣出碾子灣水道后經(jīng)順直過(guò)渡段逐漸進(jìn)入調(diào)關(guān)彎道段，彎道段河道逐漸放寬，凸岸側(cè)有成型淤積體季家咀邊灘，凹岸側(cè)肖家拐一帶有淺包存在，調(diào)關(guān)鎮(zhèn)一帶存在挑流磯頭，河寬急劇縮窄。出調(diào)關(guān)磯頭后，經(jīng)調(diào)關(guān)下段的順直、窄深過(guò)渡段進(jìn)入萊家鋪彎道（圖1）。調(diào)關(guān)水道為典型的蜿蜒型河段［1-2］，河道進(jìn)口主流沿左岸貼岸而下，進(jìn)入調(diào)關(guān)彎道后逐漸過(guò)渡至右岸，后沿右岸進(jìn)入萊家鋪彎道。

圖1 調(diào)關(guān)水道河勢(shì)圖Fig.1 River regime of Tiaoguan waterway

1 河段概況

自20世紀(jì)70年代初沙灘子自然裁彎［3］以來(lái)，調(diào)關(guān)水道調(diào)整較為劇烈，主流擺幅較大，調(diào)關(guān)彎道進(jìn)口段的淺灘也隨之變化，至20世紀(jì)90年代中期，調(diào)關(guān)水道進(jìn)口處河道走勢(shì)及灘槽格局逐漸穩(wěn)定下來(lái)。三峽工程蓄水運(yùn)用后，彎道段凸沖凹淤的態(tài)勢(shì)日益凸顯，季家咀邊灘沖退，使得彎道段航道彎曲半徑日益減小、河槽向枯水雙槽方向發(fā)展，雖然航道尺度滿(mǎn)足維護(hù)要求，但行船隱患較大。因此，研究調(diào)關(guān)水道演變特性，是認(rèn)識(shí)并解決調(diào)關(guān)水道礙航問(wèn)題的基礎(chǔ)。

2 河床演變及航道條件變化

2.1 歷史演變

歷史上本河段兩岸邊界處于自然狀態(tài)，河道邊界對(duì)水流控制作用較弱，演變十分劇烈，具有典型蜿蜒河道的變化特點(diǎn)［4］。

1756年，調(diào)關(guān)水道相對(duì)順直（圖2）；但自藕池口（1860年）、調(diào)弦口（1870年）兩分流口形成后（原僅太平口、藕池口分流），本河段洪枯水泄量均大大減小，河彎頂沖點(diǎn)洪枯變幅縮小，水流造彎作用加強(qiáng)，同時(shí)受調(diào)關(guān)磯頭及下游塔市驛一帶山巖的影響，至1869年逐步出現(xiàn)了沙灘子、調(diào)關(guān)、中洲子等彎道，1912年，沙灘子彎道發(fā)生了一次裁彎，1934年，新形成的沙灘子與中州子彎道再度發(fā)育成牛軛形，20世紀(jì)60～70年代，相繼發(fā)生了中洲子人工裁彎（1967年）、沙灘子自然裁彎（1972年）。由上述河勢(shì)變遷可見(jiàn)，調(diào)關(guān)水道歷史上基本處于自然狀態(tài)，河岸穩(wěn)定性很差，河床橫向擺動(dòng)劇烈，彎道容易發(fā)育得過(guò)于彎曲，裁彎后又容易形成新的彎道，具有典型的蜿蜒河道變化特點(diǎn)。

2.2 近期演變

2.2.1 三峽工程蓄水前演變特點(diǎn)

自沙灘子和中洲子裁彎［3］至三峽蓄水前，調(diào)關(guān)水道河道演變特點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：調(diào)關(guān)水道進(jìn)口段經(jīng)裁彎取直后逐漸調(diào)整，灘槽格局逐漸穩(wěn)定下來(lái)。彎道段橫向及縱向的沖淤調(diào)整較為劇烈，彎頂段河槽及主流走向變化較大，航槽不穩(wěn)。20世紀(jì)70～80年代，為沙灘子裁彎后調(diào)整期，調(diào)關(guān)磯頭以上河段表現(xiàn)為河道走勢(shì)的劇烈調(diào)整。分析可知，沙灘子一帶為調(diào)關(guān)水道進(jìn)口，在1973年該區(qū)域彎道較急，由于水流的切割作用，至1981年向家臺(tái)一帶岸線(xiàn)逐漸崩退，河道0m線(xiàn)，3m線(xiàn)和5m線(xiàn)逐漸趨于平順。至1995年，調(diào)關(guān)水道進(jìn)口處河道走勢(shì)及灘槽格局逐漸穩(wěn)定下來(lái)。河道進(jìn)口段走勢(shì)的調(diào)整對(duì)于調(diào)關(guān)彎道段走向影響也極為明顯，裁彎初期，由于進(jìn)口急彎段彎道環(huán)流作用，水流出進(jìn)口彎道后向右岸偏移，左側(cè)黃石坦至季家咀一帶出現(xiàn)大范圍邊灘。隨著向家臺(tái)的逐步?jīng)_刷崩退，彎道環(huán)流作用減弱，調(diào)關(guān)彎道段進(jìn)口水流趨于順直，沖刷黃石坦一帶邊灘灘體，至1995年，僅調(diào)關(guān)彎道區(qū)域老關(guān)上至季家咀一帶有邊灘存在。隨后，季家咀邊灘進(jìn)入沖淤交替狀態(tài)，同時(shí)，右岸肖家拐一帶潛洲則隨著季家咀邊灘的沖退（淤漲）而逐漸淤積（沖刷），與季家咀邊灘形成對(duì)開(kāi)局面。如1973～1981年，右岸肖家拐一帶尚無(wú)潛洲出現(xiàn)；1995年隨著季家咀邊灘沖刷，一方面河道整體流速降低，有利于右岸側(cè)的淤積，另一方面，季家咀邊灘沖刷，彎道段上中段水流趨直，彎道環(huán)流減弱，右岸側(cè)淤積出現(xiàn)潛洲；1996年季家咀邊灘淤長(zhǎng)，則潛洲消失；1998年季家咀邊灘受大水切灘作用大幅沖刷后退，潛洲再次出現(xiàn)。上述沖淤調(diào)整充分表明，調(diào)關(guān)彎道區(qū)域?yàn)┎鄹窬址€(wěn)定性較差，隨著凸岸邊灘的沖淤調(diào)整，凹岸側(cè)航槽隨之發(fā)生劇烈變化。

2.2.2 三峽蓄水后演變特點(diǎn)

三峽工程蓄水以來(lái)，年徑流量變化不大，但沙量大幅減小，下泄水流挾沙將長(zhǎng)期處于次飽和狀態(tài)［5］。同時(shí)年內(nèi)枯水流量有所增加、汛末蓄水造成退水過(guò)程加快，本河段內(nèi)灘槽格局的穩(wěn)定性進(jìn)一步變差。主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

三峽蓄水后，調(diào)關(guān)彎道季家咀邊灘沖刷，調(diào)關(guān)磯頭以上深泓左擺，航道彎曲半徑變小，斷面形態(tài)向枯水雙槽方向發(fā)展。三峽工程蓄水以來(lái)，調(diào)關(guān)水道總體河勢(shì)穩(wěn)定，但河道局部沖淤調(diào)整仍較為明顯。主要表現(xiàn)為彎道段凸岸邊灘的進(jìn)一步?jīng)_蝕，航槽彎曲半徑的進(jìn)一步減小。結(jié)合沖淤及河勢(shì)變化情況可以看出，彎道段凸岸季家咀邊灘沖刷劇烈，平均沖刷幅度均在5m以上，凹岸側(cè)深槽大幅淤積。河道灘槽格局的變化較好的反應(yīng)了上述沖淤調(diào)整特點(diǎn)，季家咀邊灘大幅度沖刷后退，2002～2006年季家咀邊灘0m等深線(xiàn)最大后退度達(dá)230m，2006～2009最大后退420m（圖3），0m線(xiàn)面積由蓄水初期的1.88 km2縮小為0.56 km2，面積縮小約2/3；3m線(xiàn)后退幅度與0m線(xiàn)相當(dāng)，2002～2006年季家咀邊灘附近3m線(xiàn)左岸后退最大幅度達(dá)300m，2006～2009年3m線(xiàn)后退約550m。受季家咀邊灘面積大幅縮小影響，灘體對(duì)水流的約束作用進(jìn)一步降低，主流左擺、取直，頂沖點(diǎn)下移，為彎道凹岸側(cè)肖家拐一帶的心灘淤長(zhǎng)提供空間。2004年8月，肖家拐一帶凹岸側(cè)出現(xiàn)淺包，淺包高程在航基面下4m左右；次年淺包進(jìn)一步淤積，洪水期淺包最大高程在0m以上，枯水期有所刷低；至2008年，枯水期淺包高程也能穩(wěn)定在0m以上，彎道段基本形成枯水雙槽格局。

圖2 下荊江河段歷史演變圖Fig.2 Historical evolution in lower Jingjiang river

從深泓變化可以看出（圖4），2002～2009年間，季家咀邊灘區(qū)域深泓線(xiàn)逐年左擺，其中淺包大幅度淤長(zhǎng)的時(shí)期也是深泓左擺幅度最大的時(shí)期，最大左擺幅度在600m以上。邊灘中下段，臨近調(diào)關(guān)節(jié)點(diǎn)區(qū)域，受調(diào)關(guān)節(jié)點(diǎn)控制，深泓穩(wěn)定性相對(duì)較強(qiáng)，歷年深泓擺動(dòng)幅度較小，約在50m以?xún)?nèi)。

從斷面變化情況來(lái)看（圖5），2006年前，位于彎道段肖家拐一帶的3#斷面呈現(xiàn)出良好的偏V形態(tài)，斷面水深在10m以上。2006年后，隨著河道內(nèi)部心灘的淤積，斷面形態(tài)逐漸惡化，由偏V型逐漸向W型轉(zhuǎn)化，呈現(xiàn)出較為明顯的枯水雙槽的態(tài)勢(shì)。同時(shí)斷面最深點(diǎn)逐年左擺，目前已左偏至鄰近凸岸邊灘側(cè)。

上述凸沖凹淤變化規(guī)律直接導(dǎo)致調(diào)關(guān)彎道段深泓主流的大幅度左擺，彎道段河槽彎曲半徑的進(jìn)一步減小，河槽向枯水雙槽方向發(fā)展。同時(shí)主流頂沖點(diǎn)下移，直接頂沖調(diào)關(guān)磯頭一帶，調(diào)關(guān)磯頭水流紊亂，行船安全隱患日益增大。

圖3 調(diào)關(guān)水道特征線(xiàn)年際變化圖Fig.3 Interannual variation of typical line in Tiaoguan waterway

圖4 調(diào)關(guān)水道深泓線(xiàn)年際變化圖Fig.4 The thalweg variation of Tiaoguan waterway

圖5 調(diào)關(guān)彎道段斷面變化圖Fig.5 Typical cross?section variation in curved section of Tiaoguan waterway

3 演變影響因素分析

3.1 河道邊界的影響

調(diào)關(guān)水道在裁彎后河勢(shì)劇烈調(diào)整，但近期在人工護(hù)岸、人工磯頭［6-7］的控制下，河道形態(tài)相對(duì)穩(wěn)定。

調(diào)關(guān)水道屬典型的蜿蜒性河段，河床由中細(xì)沙組成，河岸為粘性土和沙組成的二元相結(jié)構(gòu)，河道演變?cè)谧匀粭l件下主要表現(xiàn)為凹岸崩坍、凸岸淤長(zhǎng)，彎頂緩慢下移，在一定的水文條件和河床形態(tài)下，發(fā)生撇彎切灘和裁彎取直。20世紀(jì)60～70年代中洲子、沙灘子裁彎后，本河段發(fā)生了較劇烈的調(diào)整，至20世紀(jì)80年代初期，這種調(diào)整過(guò)程已基本完成。自1983年開(kāi)始，特別是1998年特大洪水以來(lái)，本河段實(shí)施了規(guī)模較大的河勢(shì)控制工程，對(duì)穩(wěn)定岸線(xiàn)與控制河勢(shì)起到了重要作用，河勢(shì)得到了初步控制，形成目前河道單一多彎格局。在人工護(hù)岸的限制下，調(diào)關(guān)彎道凹岸側(cè)岸線(xiàn)穩(wěn)定，限制了彎道段的持續(xù)坐彎，凸岸邊灘雖有所沖淤調(diào)整，但范圍相對(duì)有限，不會(huì)引起河道形勢(shì)的劇烈調(diào)整。

3.2 來(lái)水來(lái)沙條件的影響

三峽蓄水后，細(xì)沙較蓄水前大幅減少，易導(dǎo)致邊灘、高灘沖刷后退。本河段處于沙市、監(jiān)利之間，鄰近監(jiān)利，結(jié)合三峽蓄水后兩水文站來(lái)沙情況，與蓄水前相比，細(xì)沙來(lái)沙量減少約70%。本河段洲灘中d＜0.125mm泥沙含量在30%以上，洲灘較易沖刷崩退。

蓄水后由于來(lái)沙大幅減少，下游河道普遍沖刷，調(diào)關(guān)彎道段凸岸側(cè)季家咀發(fā)生較為明顯的沖刷，一方面由于季家咀邊灘沖刷，河道整體流速減低，河道凹岸側(cè)水流挾沙力降低，有利于河道淤積；另一方面，由于凸岸側(cè)的沖刷，彎道進(jìn)口部分水流主流線(xiàn)趨直，彎道環(huán)流減弱，有利于凹岸側(cè)的淤積。此兩方面的原因?qū)е铝撕拥赖耐箾_凹淤積。

同時(shí)由于，凸岸側(cè)的沖刷，調(diào)關(guān)磯頭以上深泓逐漸左擺，航道彎曲半徑隨之逐漸減小，行船安全隱患日益增大。大水年，大水取直易加劇彎頂段切灘撇彎的演變進(jìn)程，處于自然狀態(tài)下的調(diào)關(guān)彎道段受影響較大。彎曲型河流水流動(dòng)力軸線(xiàn)沿程有“低水傍岸、高水趨中”的規(guī)律。分析調(diào)關(guān)水道不同流量級(jí)下主流線(xiàn)可以看出：在彎道進(jìn)口段主流偏靠凸岸一側(cè)；進(jìn)入彎道后逐漸向凹岸偏移，至彎頂部分，主流靠凹岸，其后一般在相當(dāng)距離內(nèi)，主流一般都緊貼凹岸下行。但是隨著流量級(jí)的變大，主流逐漸取直，彎道段大水取直的規(guī)律十分明顯。目前調(diào)關(guān)彎道凸岸邊灘無(wú)工程控制，大水年易加劇彎頂段已出現(xiàn)的切灘撇彎這一演變現(xiàn)象的進(jìn)程，引起彎曲半徑的進(jìn)一步減少。

4 演變趨勢(shì)

隨著三峽175m蓄水運(yùn)用后，河道格局將保持初步穩(wěn)定，但局部仍將繼續(xù)調(diào)整。自20世紀(jì)70年代沙灘子和中洲子裁彎以來(lái)，由于兩岸邊界可動(dòng)性較強(qiáng)，河勢(shì)發(fā)生了劇烈的變化，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，對(duì)左岸的金魚(yú)鉤、中洲子和右岸的連心垸、調(diào)關(guān)至八十丈、鵝公凸、章華港等險(xiǎn)工段實(shí)施了不同標(biāo)準(zhǔn)程度的護(hù)岸工程，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的積累，特別是長(zhǎng)江重要堤防隱蔽工程下荊江河勢(shì)控制工程實(shí)施后，基本上抑制了主要險(xiǎn)工段岸線(xiàn)的崩退，河勢(shì)格局也得到初步穩(wěn)定，河道局部仍在不斷調(diào)整。主要表現(xiàn)為彎道段明顯的凸沖凹淤現(xiàn)象，深泓、主流向凸岸側(cè)偏移。

彎道段將持續(xù)調(diào)整，未守護(hù)凸岸邊灘將持續(xù)沖刷、凹岸淤積，遇較大洪水，由于彎道段大水趨直的原因，這一調(diào)整趨勢(shì)加劇。三峽蓄水后，彎道段均表現(xiàn)為凸岸邊灘沖刷、凹岸淤積，深泓和主流向凸岸側(cè)擺動(dòng)，彎頂仍在不斷調(diào)整。隨著三峽工程的持續(xù)運(yùn)行，來(lái)沙減少將不利于灘體的淤積，而枯水流量的增加使得主流進(jìn)一步向凸岸側(cè)擺動(dòng)，凹岸側(cè)往往呈現(xiàn)潛洲不斷淤積的狀態(tài)，灘槽形態(tài)仍將調(diào)整，枯水航槽難以穩(wěn)定，且彎曲半徑不斷減小。調(diào)關(guān)彎道段凸岸側(cè)沖刷、凹岸側(cè)淤積的態(tài)勢(shì)將持續(xù)，目前的急彎形態(tài)還將加劇，航道彎曲半徑將進(jìn)一步減小，若遭遇大水年，這種演變進(jìn)程還將進(jìn)一步加劇。

5 結(jié)論

（1）調(diào)關(guān)水道屬典型的蜿蜒性河段，河床由中細(xì)沙組成，河岸為粘性土和沙組成的二元相結(jié)構(gòu)，河段自然屬性較強(qiáng)，河道演變?cè)谧匀粭l件下主要表現(xiàn)為凹岸崩坍、凸岸淤長(zhǎng)，彎頂緩慢下移。沙灘子和中洲子裁彎后，河勢(shì)變化尤為劇烈，但隨著近期在人工護(hù)岸、人工磯頭的控制下，河道形態(tài)相對(duì)穩(wěn)定。

（2）三峽工程蓄水以來(lái)，下泄水流挾沙將長(zhǎng)期處于次飽和狀態(tài)。同時(shí)年內(nèi)枯水流量有所增加、汛末蓄水造成退水過(guò)程加快，本河段內(nèi)灘槽格局的穩(wěn)定性進(jìn)一步變差。調(diào)關(guān)彎道段凸沖凹淤的河床演變趨勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，直接導(dǎo)致調(diào)關(guān)彎道段深泓主流的大幅度左擺，彎道段河槽彎曲半徑的進(jìn)一步減小，河槽向枯水雙槽方向發(fā)展。同時(shí)主流頂沖點(diǎn)下移，直接頂沖調(diào)關(guān)磯頭一帶，調(diào)關(guān)磯頭水流紊亂，行船安全隱患日益增大。

（3）隨著三峽工程的持續(xù)運(yùn)行，河道格局將保持初步穩(wěn)定，但局部仍將繼續(xù)調(diào)整。調(diào)關(guān)彎道段凸岸側(cè)沖刷、凹岸側(cè)淤積的態(tài)勢(shì)將持續(xù)，目前的急彎形態(tài)還將加劇，航道彎曲半徑將進(jìn)一步減小，若遭遇大水年，這種演變進(jìn)程還將進(jìn)一步加劇。

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Study on waterway evolution and changing trends of Tiaoguan channel inmiddle Yangtze River

YU Xin?ming1,LI Yu?chen2
（1.National Inland Waterway Regulation Engineering Technology Research Center,Changjiang Waterway Bureau, Wuhan 430010,China;2.College of Harbor,Coastal and Offshore Engineering,Hohai University,Nanjing 210098, China）

Through themeasured data,the Tiaoguan waterway evolution characteristics,especially that after the Three Gorges reservoir impoundment,were analyzed.The future Tiaoguan waterway evolution trend had been re?searched.The results show that,Tiaoguan waterway bed is composited bymiddle and fine sediment.The river bank is composited by cohesive soil and sand.All these havemade the river exist with a strong river natural property.In natural state,the river evolution characteristics are shown as convex bank collapsing,concave bank sedimentation and the top of curved reachmoving down gradually,with the effects of revetment and rocky node.After the Three Gorges reservoir impoundment,the income sand reduced gradually and the low period discharge increased gradual?ly.As the scouring of convex bank,the flow rate decreased overall,flow lines turn straight and bend circulation de?creased.Thesemade concave bank deposit.As the income sediment continuing decreased,convex bank collapsing and concave bank sedimentation evolution tend in curve reach would be continued.

concave bank collapsing and convex bank sedimentation;Three Gorges reservoir impoundment; river cutoff project;Tiaoguan waterway

U 617

A

1005-8443（2015）03-0224-05

2014-08-27；

2015-02-12

余新明(1978-)，男，江西省九江人，博士，高級(jí)工程師,主要從事航道整治方面的研究。

Biography：YU Xin?ming(1978-)，male,senior engineer.