長江沙市河段近期河道演變分析

黃勇 袁晶 高宇 吳國君

摘要：沙市河段是上荊江河勢較為復雜的河段之一，也是航道治理的重點河段之一。根據(jù)三峽水庫蓄水以來沙市河段實測地形資料以及沙市水文站的實測水文資料，從來水來沙、深泓平面、洲灘、深槽以及橫斷面變化等方面系統(tǒng)分析了沙市河段的近期河道演變特性。結(jié)果表明：① 三峽水庫蓄水后，沙市河段整體呈現(xiàn)沖刷的趨勢，深泓平面擺動集中在分汊段，沿程洲灘沖刷萎縮，橫斷面沖淤時有發(fā)生，20 m深槽沖刷發(fā)展，接近貫通。② 受到沿程護岸工程以及洲灘守護工程等的影響，該河段總體河勢基本穩(wěn)定，但局部河段內(nèi)仍會有所調(diào)整。③ 河段尚未達到?jīng)_淤平衡，未來一段時間內(nèi)，河段仍將以沖刷為主，若無人工干預，灘槽演變趨勢將延續(xù)近期的變化，由此對防洪、航運等方面帶來的影響值得關(guān)注。

關(guān)?鍵?詞：河道演變; 來水來沙; 沖刷; 三峽水庫蓄水; 沙市河段

中圖法分類號： TV85?文獻標志碼： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.01.004

長江作為中國的第一長河，有著“黃金水道”之稱，提高其航道標準對于沿江城市的發(fā)展起著重要作用。然而，隨著長江上、下游航道條件的改善，宜昌至安慶段航道逐漸成為了長江黃金水道的“瓶頸”[1-2]，沙市河段作為重點河段位于其中的上荊江段，該河段的綜合治理是否科學有效至關(guān)重要。

三峽水庫蓄水后，壩下游的水沙條件發(fā)生了很大改變，使得長江中下游干流河床的沖淤平衡狀態(tài)被打破，河床沿程沖刷強度明顯增大，并逐步向下游發(fā)展[3]，且下游分汊河段的主流擺動現(xiàn)象也更加顯著[4]，需要不斷認識壩下游河道的演變特性。此外，三峽水庫建成后，長江中下游的防洪能力雖然得以提高，但防洪形勢卻依然嚴峻[5]，長江中下游河道仍需不斷治理，而荊江作為長江中下游河勢最為復雜的河段，進行整治的首要任務則是繼續(xù)實施河勢控制工程，進一步穩(wěn)定有利河勢，并對其中的重點河段進行綜合整治[6]，這便需要對河段的河道演變特性有著清楚地認識。多年來，眾多學者對荊江河段的河道演變特性開展了大量研究[7-13]，其中沙市河段更是受到廣泛的關(guān)注[14-19]。本文則是在此前研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)三峽水庫蓄水以來至2016年沙市河段實測地形資料以及沙市水文站的實測水文資料，從來水來沙、深泓平面、洲灘、深槽以及橫斷面等的變化來系統(tǒng)地分析沙市河段近期的河道演變特性，為今后的河道治理提供科學的依據(jù)。

1?河段概況

沙市河段上起陳家灣，下迄觀音寺，全長約33 km，屬彎曲分汊河型，主要由太平口過渡段、三八灘分汊段及金城洲分汊段組成，河勢見圖1。沙市河段位于三峽水庫壩下游沙質(zhì)河床起始段，河床沖刷強度較大，但該段兩岸已基本形成完整的人工護岸岸線，總體河勢得以保持穩(wěn)定，局部河床沖淤調(diào)整仍較劇烈，主要表現(xiàn)為汊道的交替發(fā)展和洲灘的沖淤變化。

2?近期演變分析

2.1?來水來沙條件

三峽水庫運行后，隨著上游來沙的減少，近幾年長江中下游來沙也明顯減少，2016年三峽入庫輸沙量0.422?億t，比2003～2015年的平均值偏少76%，而且2016年出庫輸沙量僅有0.088 4億t，占入庫輸沙量的20.95%[20]，說明進入壩下游河段的輸沙量進一步減少。根據(jù)沙市水文站資料統(tǒng)計，沙市河段在三峽水庫蓄水前1991～2002年多年平均含沙量和輸沙量分別為0.889 kg/m3和3.55億t，蓄水后2003～2016年為0.150 kg/m3和0.57億t，年輸沙量減少84%，使得下游河道沖刷進一步加劇。

此外，水位也是反映水沙條件的重要指標之一，圖2給出了沙市水文站在蓄水前后的月平均水位變化。

從圖2中可以看出，在三峽水庫蓄水前后，年內(nèi)的水位變化規(guī)律未有較大的改變，表現(xiàn)為7～9月水位較高，1～3月水位較低。

2.2?深泓平面變化

深泓在沙市河段進口陳家灣附近偏右，經(jīng)太平口心灘分為兩汊，太平口心灘段和三八灘段之間的過渡區(qū)河寬偏大，深泓擺動頻繁。2011年深泓由上游南槽過渡到下游三八灘北汊，但近幾年三八灘深泓改走南汊，基本形成由上游南槽到下游三八灘南汊的走勢。而后水流出三八灘分汊段進入瓦口子汊道分為兩汊，但隨著右汊的淤積，自2011年起，深泓只走左汊，貼凹岸而下，至觀音寺處，河寬減小，深泓位置靠近左岸，且近期內(nèi)基本穩(wěn)定?？梢?，沙市河段的深泓擺動主要集中在河灣分汊段（見圖3）。

2.3?洲灘變化

2.3.1?太平口心灘

太平口心灘位于沙市河段長直過渡段的獅子碑至筲箕子之間，20世紀80年代中前期開始形成，90年代初期灘體規(guī)模較大。

三峽水庫蓄水后，太平口心灘呈先淤漲后沖刷的態(tài)勢，灘頭先上提后下移，面積也是先增大后減小，灘頂最大高程有所增加。如表1所示，2003～2006年，灘頂高程增加3.2 m，自2008年開始，太平口心灘灘頂高程超過36 m，灘頭淤積上提，尾部低灘也逐步淤積下延，使灘體面積增至2.13 km2，2009年灘體面積達到有實測資料以來的最大值，灘頭較2003年上提1.88 km;至2011年，灘面竄溝回淤消失。此后，受到“清水下泄”的影響，同時還受到近幾年北槽以及太平口心灘區(qū)域持續(xù)非法采砂的影響，北槽逐漸沖深下切，灘體面積逐漸萎縮，主要是灘頭沖刷下移，2016年較2009年灘頭沖退約1 870 m，灘體持續(xù)淤高，至2016年11月，太平口心灘高程增至38.4 m。

2.3.2?三八灘

三八灘位于沙市河灣中部放寬段，由于灘體高程較低，且河床組成抗沖性較弱，歷年來沖淤變形幅度均較大，尤其是灘體的中上段，灘體規(guī)?？傮w呈沖刷萎縮的趨勢，三峽水庫蓄水更是加速了這一發(fā)展過程。

三峽水庫蓄水后，三八灘年際單向沖刷明顯，灘體規(guī)模銳減，航道部門對其實施守護工程后，灘體中上段2006年后基本保持穩(wěn)定，中下段仍不斷沖刷萎縮。如表2所示，與2003年相比，2006年灘體右緣沖退約550 m。因此可見，2004，2005年兩期三八灘應急守護工程后，三八灘右緣的沖刷并沒有得到根本的限制。隨著三八灘一期守護工程的實施，三八灘中上段將逐漸趨于穩(wěn)定，但灘體中下段仍然不斷沖刷萎縮，灘體長度由2009年的3 768 m減小到2016年11月的1 652 m，減幅達到56.2%，灘體面積與蓄水初期（2003年）相比，減小了約85.2%，較一期守護工程實施前（2008年）減小了約26.9%。

2.3.3?臘林洲邊灘

臘林洲邊灘自20世紀50年代以來，一直存在并以邊灘的形式依附于沙市河灣進口凸岸側(cè)。邊灘形成之初，灘頭曾上延至沙市河段進口陳家灣附近，有效地控制了河道的寬度，使之保持單一微彎的平面形態(tài)。

三峽水庫蓄水后，臘林洲中部低灘經(jīng)歷蓄水初期的沖刷切割后基本穩(wěn)定。如表3所示，蓄水初期，臘林洲邊灘中部低灘略有淤積，隨著沖刷強度的不斷發(fā)展，邊灘逐步轉(zhuǎn)淤為沖，灘體中部最大寬度由2003年的1 760 m?減小為2006年的1 514 m，至2016年，中部低灘基本沖刷殆盡，高灘部分最大灘寬僅剩約1 343 m，灘體面積略有減小，2016年相對于2003年，減幅約4.7%?。伴隨三八灘中下段的萎縮，臘林洲下段低灘有向南汊內(nèi)淤長的趨勢，2006～2008年橫向最大淤積幅度達到620 m左右，2009年后淤積速度減緩，至2012年橫向最大淤積幅度約210 m，之后下段低灘橫向有所沖刷，2012～2016年橫向最大沖刷幅度達到340 m左右，至2016年，灘尾略有下延，相對于2012年，下延450 m左右。

2.3.4?金城洲

金城洲于1901年開始出現(xiàn)，歷史上稱為金鐘洲。江心洲灘的形成是與1900年以后柳林洲岸線的崩退相應而生。

三峽水庫蓄水后，2003～2006年，金城洲由凸岸邊灘切割成為心灘，洲頭有所上提，如表4所示，洲尾沖刷約1 540 m，使灘長減小490 m，同時心灘頂部高程淤高約1.9 m;2006年以后，金城洲頭部和尾部、吳家臺邊灘上段都處于沖刷狀態(tài)，至2016年，與2009年相比，灘頭后退約800 m，灘頂高程降低0.3 m，灘體下段沖刷萎縮，灘長減小了70.4%。

2.3.5?洲灘變化概述

隨著三峽水庫蓄水后來水來沙條件的改變，沙市河段各洲灘總體呈現(xiàn)出沖刷萎縮的趨勢。雖然多數(shù)洲灘都陸續(xù)實施了守護工程，對洲灘的穩(wěn)定起到了一定作用，但沒有實施守護工程的局部灘體仍然受到?jīng)_刷而萎縮?？傮w來看，太平口心灘近期呈現(xiàn)大幅萎縮;臘林洲高灘在蓄水初期有所崩退，中部低灘趨于萎縮，但守護后趨于穩(wěn)定;三八灘則自三峽水庫運行以來持續(xù)沖刷而萎縮，近期完全守護后灘形才基本穩(wěn)定;金城洲近期灘體面積變化不大，但高灘部分卻仍在沖刷縮小、灘尾切割。

2.4?深槽變化

1959年至今，受河床普遍沖刷下切的影響，沙市河段內(nèi)20 m深槽基本全程貫通，20 m深槽主要由3段組成，包括太平口右汊深槽、三八灘分汊段與瓦口子河段連接段內(nèi)的深槽以及瓦口子深槽。本次研究將延伸至下游的馬家咀深槽，各段深槽在三峽水庫蓄水后的面積變化如表5所示。

三峽水庫蓄水后，研究河段內(nèi)20 m深槽以沖刷發(fā)展為主。2003年上游兩處深槽略有淤積，瓦口子深槽進一步?jīng)_刷發(fā)展，至2008年，瓦口子深槽與馬家咀深槽貫通，并不斷下延。同時，太平口及三八灘深槽面積也出現(xiàn)了大幅增加，2011年兩處深槽接近貫通，至2016年，太平口深槽的面積達到2003年的8倍以上。從2012年開始，三八灘分汊段左汊深槽不斷淤積萎縮，右汊深槽不斷沖刷發(fā)展，至2016年，左汊深槽基本消失，右汊深槽接近貫通。

從深槽的變化來看，近年來瓦口子和馬家咀深槽相對穩(wěn)定，處于貫通的狀態(tài)，而三八灘分汊段深槽則變幅較大，深槽位置由三八灘左汊逐漸轉(zhuǎn)移到右汊，至2016年，隨著深槽的總體沖刷，沙市河段20 m深槽全程接近貫通。

2.5?橫斷面變化

為了分析沙市河段河床的沖淤變化，選取了該河段的5個典型斷面進行分析，分別為荊32、荊41、荊48、荊52和荊56，具體斷面位置見圖1。典型斷面的歷年沖淤變化見圖4。

（1） 荊32斷面位于太平口心灘中部，斷面變化見圖4（a）所示，是典型分汊河段的“W”型斷面。2003～2008年，心灘左淤右沖，兩側(cè)河槽均有比較明顯的沖刷，左、右槽內(nèi)最大沖刷幅度均達到4.5 m左右。2008～2016年，斷面左、右槽仍然處于沖刷狀態(tài)，心灘左緣處于淤積狀態(tài)，最大高程接近2006年的水平。近年來斷面寬深比在2.9～3.7之間變化。

（2） 荊41斷面位于三八灘頭部，總體呈“W”型，斷面形態(tài)調(diào)整較為劇烈，斷面變化見圖4（b）所示。2003～2006年，三八灘灘體逐漸沖刷降低，臘林洲邊灘淤漲，斷面左槽逐漸淤積萎縮，中心河床發(fā)育成槽。該期間原斷面右槽一度刷深左移，但2006年后出現(xiàn)較大幅度淤積萎縮;2006～2012年，心灘仍然不斷沖刷萎縮，斷面左槽淤積但向右展寬，中心河床則有一定程度沖刷，原右槽大幅淤積幾乎消失，2012～2016年，斷面左槽淤積，中間河槽沖刷并向右展寬。近年來斷面寬深比在5.2～5.9之間變化。

（3） 荊45斷面位于三八灘與金城洲之間的過渡段，總體呈“U”形，斷面河寬較小，形態(tài)相對穩(wěn)定，見圖4（c）所示。2003～2008年，深泓向右移動，左岸近岸河床淤積，而右岸近岸沖刷，平均淤積幅度約為3 m。中心兩側(cè)河床雖沖淤交替，但沖淤幅度相對較大。2008～2012年，斷面形態(tài)基本穩(wěn)定，深槽段略有淤積。2012～2016年，深泓向左移動，左岸近岸河床沖刷，最大沖刷幅度約8.5 m，右岸近岸河床淤積，最大淤積幅度約6 m。近年來斷面寬深比在2.2～2.5之間變化。

（4） 荊48斷面橫跨金城洲中上部，總體呈“W”型，斷面變化見圖4（d）所示。2003～2012年金城洲洲體縮窄，斷面左槽沖刷展寬，右槽再度刷深，最大沖刷幅度約為5 m。2012～2016年，斷面左槽沖淤交替，并略有展寬，而右槽略有淤積，平均淤積幅度約2.5 m。近年來斷面寬深比在3.5～5.6之間變化。

（5） 荊52斷面位于瓦口子與馬家咀之間的順直過渡段，斷面變化見圖4（e）所示。2003～2012年，斷面中心深泓部分沖淤相間，但高程變化不大，左岸坡腳處最大沖刷幅度約7 m，右半河床略有沖刷;2012～2016年，左半河床基本穩(wěn)定，右半河床平均淤積幅度約3 m。近年來斷面寬深比在2.1～2.5之間變化。

3?演變趨勢分析

三峽水庫運行后，攔截了長江上游大部分泥沙，“清水”下泄，水庫運用初期出庫含沙量大幅度減少，且顆粒變細，改變了長江中下游來水來沙條件，在相當長的時間內(nèi)，河床發(fā)生沖刷，引起河道的一系列變化。2002年10月至2016年10月，荊江河段平灘河槽累計沖刷泥沙達9.265億m3，年均沖刷量為0.662億m3，遠大于三峽蓄水前1975～2002年的年均沖刷量0.137?億m3。沙市河段沖刷量則占荊江沖刷量的23.4%?，居荊江各河段的首位。沖刷主要集中在枯水河槽，沙市河段枯水河槽沖刷量占平灘河槽沖刷總量近95%。由于沙市河段為沙質(zhì)河床，泥沙組成偏細，抗沖性較弱，加上上游沙卵石河段河床沖刷補給能力有限，河床沖刷劇烈，在今后一段時間內(nèi)，沙市河段仍將持續(xù)沖刷，直至達到?jīng)_淤平衡。

對于太平口心灘分汊段，三峽水庫蓄水至今，南槽總體有所發(fā)展，分流比總體較為穩(wěn)定，可見在蓄水初期，太平口心灘分汊段當前的灘槽格局基本上是適應新水沙條件的。但近期，北槽以及太平口心灘區(qū)域持續(xù)非法采砂的問題十分嚴重。因此，在未來，太平口心灘分汊段的變化除了與新水沙條件密切相關(guān)，在很大程度上還將受到采砂行為的影響。

對于三八灘分汊段，北汊近期淤塞嚴重，南汊已成為絕對主汊，且與上游來流方向的銜接較為平順。若無人為干預，預計在將來南汊分流將占絕對優(yōu)勢。這將非常不利于維持三八灘北汊作為主航道的穩(wěn)定。

此外，受上游水道主支汊轉(zhuǎn)換以及三峽水庫蓄水的影響，在水流持續(xù)沖刷下，金城洲尾沖刷切割獨立成灘，右槽下段繼續(xù)沖刷發(fā)展。受此影響，左槽放寬段出現(xiàn)淺區(qū)，不利于左槽航道條件的穩(wěn)定，預計未來一段時期內(nèi)航道條件仍將不穩(wěn)定。

同時，雖然在守護工程的作用下，沙市河段總體河勢較為穩(wěn)定，但仍存在一定的防洪風險，隨著河床的沖刷，有可能會對兩岸的堤防及岸坡產(chǎn)生不利影響。

總之，在河段總體呈現(xiàn)沖刷的趨勢下，若無人干預，灘槽演變趨勢將延續(xù)近期的變化，并且會由此帶來對防洪、航運等方面一系列的影響。

4?結(jié) 語

從近期河道演變來看，沙市河段在三峽水庫蓄水后，整體呈現(xiàn)沖刷的趨勢，深泓平面擺動集中在分汊段，沿程洲灘總體沖刷萎縮，橫斷面沖淤時有發(fā)生，20 m深槽沖刷發(fā)展，接近貫通。受到守護工程等的影響，河段總體河勢近期基本穩(wěn)定，但局部河段內(nèi)仍會有所調(diào)整。在未來一段時間內(nèi)，若無人工干預，灘槽演變趨勢將延續(xù)近期的變化，并且會由此帶來對防洪、航運等方面一系列的影響。因此，研究沙市河段的河道沖淤演變規(guī)律將為沙市河段的航道整治、港口碼頭建設(shè)等提供科學的依據(jù)。

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引用本文：黃?勇，袁?晶，高?宇，吳國君.長江沙市河段近期河道演變分析[J].人民長江，2019，50（1）：18-23.

Analysis on recent river channel evolution in Shashi reach of Yangtze River

HUANG Yong1， YUAN Jing2， GAO Yu3， WU Guojun1

（1.Hubei Transport and Planning and Design Institute Co. Ltd.， Wuhan 430051， China; 2. Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources Commission， Wuhan 430010， China; 3. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science， Wuhan University， Wuhan 430072， China）

Abstract：Shashi reach is one of the most complex reaches in the upper Jingjiang River， and one of the key river reaches need to be regulated.According to the measured topographical data of Shashi reach and hydrological data of Shashi station since the impoundment of Three Gorge reservoir， its channel evolution characteristics were analyzed from the aspects of incoming flow and sediment， thalweg variation， sandbar， deep channel and cross section. The results are as follows：① After the reservoir impoundment， Shashi reach tends to be scoured in general， the plane swinging of thalweg occurs mostly in the river branch. Sandbars in the river are scoured and shrink in size. Scouring and silting occur occasionally at cross sections. A twenty-meter deep channel is being scoured and about to be through. ② Affected by revetment project and sandbar protection project， the river regime of Shashi reach stabilized， but some reaches will still be subjected to adjustments. ③ Shashi reach has not reached a balance between scouring and deposition， and will continue being dominated by scouring in the near future; Without human interference， sandbar variations will follow a similar trend， and its impacts on flood control and navigation are worthy of attention.

Key words：?recent channel variation; incoming water and sediment; scouring; impoundment of Three Gorge reservoir; Shashi reach