三峽工程對(duì)長江中下游影響處理湖南段河道演變分析

黃麗紅

（岳陽市長江修防中心，湖南 岳陽 414000）

0 引言

三峽工程是集防洪、發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益為一體的惠民工程，在治理、開發(fā)和保護(hù)長江流域具有控制性作用。它的建設(shè)對(duì)長江流域乃至全國的國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展將產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。三峽工程建成后提高了長江中下游防洪能力，有效保護(hù)了中下游防洪保護(hù)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，增加枯水期流量，總體改善中下游航運(yùn)條件。然而，三峽工程蓄水以后也明顯改變了長江中下游河道的水沙條件，水庫清水下泄致使河道沖刷[1]，對(duì)中游局部河段的河勢(shì)調(diào)整、岸坡穩(wěn)定、部分城鎮(zhèn)居民飲水和農(nóng)業(yè)灌溉、河段航運(yùn)以及中下游的生態(tài)環(huán)境等也會(huì)產(chǎn)生了一定的不利影響。為此，國務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會(huì)辦公室組織有關(guān)部門編制“三峽工程后續(xù)工作規(guī)劃”[2～3]，重點(diǎn)對(duì)三峽工程蓄水運(yùn)用后壩下游水流對(duì)河床沖刷而導(dǎo)致局部河段河道演變規(guī)律，以及河道演變的強(qiáng)度和速度發(fā)生變化進(jìn)行研究。

1 長江湖南段存在的主要問題

長江湖南段地處長江中游，沿江區(qū)域?yàn)樵狸柺?，是洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的重要組成部分，土地肥沃，物產(chǎn)豐富，人口稠密，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，是湖南省的精華地區(qū)，也是我國重要的糧棉油生產(chǎn)基地。

長江湖南護(hù)岸河段，總體河勢(shì)和河型目前雖然得到控制，但在不同來水來沙條件和特定的河道邊界條件下，部分河段河勢(shì)調(diào)整變化仍比較劇烈，致使部分地段的護(hù)岸工程失效損毀，進(jìn)而產(chǎn)生新的崩岸。長江湖南段分為下荊江河段和岳陽河段，本文主要研究岳陽河段河床演變分析情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、實(shí)測(cè)水下地形資料對(duì)比分析，以及考慮三峽工程初期蓄水運(yùn)用后的影響，岳陽河段主要存在以下問題[4]：

（1）上游三峽水利樞紐的建設(shè)完成后來沙量減少，使長江中下游（湖南段）護(hù)岸河段河床發(fā)生大范圍、長時(shí)間、大幅度的沖刷；

（2）近岸河床迎流頂沖段沖深幅度大，岸坡普遍變陡，對(duì)現(xiàn)有護(hù)岸穩(wěn)定造成極大威脅；

（3）崩岸頻度和崩岸強(qiáng)度有所增加，新增崩岸較多；

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年以來，岳陽河段崩岸長度也較三峽蓄水運(yùn)用前明顯增加。據(jù)岳陽市長江修防處提供的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，2003年～2009年，岳陽河段年均發(fā)生崩岸長度約25 km，最大崩寬為17 m，近期岸線崩退較為嚴(yán)重，原有護(hù)岸范圍較短、較薄弱，若不能及時(shí)進(jìn)行控制，將對(duì)上下游河勢(shì)造成極不利影響：改變水流頂沖點(diǎn)及范圍，產(chǎn)生新的崩岸，引起大的河勢(shì)變化。

2 河道演變分析

2.1 河道基本情況

湖南省岳陽長江護(hù)岸工程河道上起五馬口，下至鐵山咀，總長達(dá)163 km，岳陽河段上起城陵磯，下至赤壁，全長約77.0 km，沿江兩岸分布有城陵磯、白螺磯～道人磯、楊林山～龍頭山、螺山～鴨欄、赤壁等天然節(jié)點(diǎn)，分為上、中、下三段，分別為城螺河段(城陵磯～螺山)、界牌河段(螺山～石碼頭)、石碼頭～赤壁段。河道內(nèi)自上而下沿程分布有仙峰洲、南陽洲、新淤洲、南門洲等江心洲。根據(jù)2011年7月實(shí)測(cè)資料，南陽洲右汊分流比為71.1%。河段左岸為監(jiān)利縣、洪湖市，右岸為岳陽樓區(qū)、云溪區(qū)、臨湘市、赤壁市。

2.2 近期河道演變

2.2.1 河床沖淤變化

（1）城陵磯至漢口河段河床沖淤變化根據(jù)水利部長江水利委員會(huì)2016年7月編制的《長江中下游河道治理規(guī)劃》報(bào)告分析表明[5]：三峽工程蓄水運(yùn)用前，城陵磯至武漢河段河床沖淤大致可以分兩個(gè)大的階段：第一階段為1975年～1996年，河床持續(xù)淤積，累計(jì)淤積泥沙2.738億m3，年均淤積量為0.13億m3；第二階段為1996年～2001年，河床則表現(xiàn)為持續(xù)沖刷，累計(jì)沖刷泥沙1.665億m3，年均沖刷量為0.333億m3。三峽工程蓄水運(yùn)用后，城漢河段河床有沖有淤，總體表現(xiàn)為沖刷，2001年～2012年平灘河槽沖刷量為1.256億m3。三峽工程運(yùn)用后城漢河段河床形態(tài)均未發(fā)生明顯變化，河床深泓剖面以下沖刷下切為主，深泓最大沖深為10.7 m（赤壁附近）。

（2）長江湖南段近岸河岸邊灘與河槽近年的沖淤變化根據(jù)2006年～2016年長江湖南段50個(gè)固定河道斷面測(cè)量成果分析，近年來，近岸邊灘除新沙洲樁號(hào)15+650等少數(shù)沙洲淤積外，大部分河岸呈現(xiàn)沖刷，近岸的河槽整體呈現(xiàn)沖刷狀態(tài)。2016年～2006年長江湖南段近岸河道部分河段沖淤情況表見表1。

表1 2016年～2006年長江湖南段近岸河道部分河段沖淤情況表（部分）

2.2.2 岳陽河段近期河道演變

岳陽河段近期河道演變主要表現(xiàn)在：

（1）城螺河段河勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，一直維持左支右主的順直型雙分汊形態(tài)。多年以來，南陽洲平面形態(tài)穩(wěn)定，其右汊多數(shù)年份為主汊，左右汊道興衰直接影響下游界牌河段。進(jìn)口段主流的走向。

（2）界牌河段在綜合整治工程及岳陽河段隱蔽工程實(shí)施前河勢(shì)極不穩(wěn)定，灘槽消長頻繁。界牌河段上段（楊林山至皇堤宮）河道順直單一，主流多數(shù)年份偏靠左岸下行，主流在螺山以上擺幅較小，螺山以下擺幅加大，右岸有大片邊灘存在。皇堤宮至蔡家莊為過渡段，過渡段的演變主要表現(xiàn)在螺山邊灘的上提下移，呈周期性變化。

受過渡段上提下移的影響，南門洲汊道總體雖然維持左支右主的河勢(shì)，但左汊新堤夾大幅沖淤，分流比變化較大。目前，螺山邊灘下移至新堤夾口門處，上邊灘中下段沖刷縮窄，過渡段形成2條深泓匯合于新淤洲前沿，魚咀遭受主流強(qiáng)烈頂沖，新淤洲及南門洲之間的鎖壩有所損毀。新淤洲左右汊分流點(diǎn)逐步上移，過渡段左深泓上復(fù)糧洲至葉家墩段沖深拓寬，已成為主航道。

（3）石碼頭～赤壁山段為連接左岸石碼頭深槽與右岸赤壁深槽過渡段，多年來該段主流平面位置較為穩(wěn)定。

2.3 三峽工程蓄水后近期河道演變預(yù)估

2.3.1 河床沖淤計(jì)算

按三峽水庫的調(diào)度運(yùn)行規(guī)劃方案，長江科學(xué)院采用1991年～2000年系列年進(jìn)庫水沙條件和三峽水庫泥沙淤積后出庫水沙過程，進(jìn)行了宜昌至大通長河段長時(shí)段泥沙淤積數(shù)學(xué)模型計(jì)算[6]。根據(jù)長江科學(xué)院的數(shù)學(xué)模型計(jì)算成果：水庫運(yùn)用10年時(shí)，本河段沖刷量相對(duì)較小，占該河段最大沖刷量的33%；水庫運(yùn)用20年內(nèi)，該河段沖刷發(fā)展較快，沖刷量較多，占該河段最大沖刷量的73%；水庫運(yùn)用30年內(nèi)，該段河床發(fā)生劇烈沖刷，是沖刷量及沖刷強(qiáng)度最大的河段。

2.3.2 河道演變趨勢(shì)

（1）河型變化

三峽工程建成后，改變了壩下游河道的來水來沙條件，導(dǎo)致岳陽河段將經(jīng)歷較長時(shí)期的沖淤過程。三峽工程建壩前后岳陽河段兩岸邊界條件基本相同，特別在1998年特大洪水后，長江中下游堤防控制工程的建設(shè)，使河道形態(tài)和河床演變規(guī)律總體上不會(huì)有重大改變，仍會(huì)保持原河型不變。

（2）河道演變趨勢(shì)

預(yù)計(jì)在今后較長一段時(shí)期內(nèi)，岳陽河段河道演變趨勢(shì)為：

①岳陽河段河道形態(tài)和河道演變規(guī)律受來水來沙條件、江湖關(guān)系變化以及三峽水庫調(diào)蓄及岸線開發(fā)利用等人為因素的影響，局部河段河勢(shì)仍會(huì)發(fā)生一定程度的調(diào)整[8]。

②在保證整治建筑物穩(wěn)定的前提下，界牌河段河勢(shì)將保持相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)局部變化、調(diào)整亦將持續(xù)。龍頭山至鴨欄段主流近期仍以先中后左平面形態(tài)過渡至螺山，儒溪邊灘將在較長時(shí)期依附右岸儒溪一帶，并緩慢下移。

③螺山～石碼頭由于過渡段較長，河道較寬，主流的變動(dòng)空間仍然較大。目前，螺山至界牌段左岸主流貼岸，應(yīng)進(jìn)行守護(hù)。

④石碼頭～赤壁山段為連接左岸石碼頭深槽與右岸赤壁深槽過渡段，多年來該段主流平面位置較為穩(wěn)定，仍將保持相對(duì)穩(wěn)定的河勢(shì)。

2003年6月三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，壩下游河道的來沙量大幅度減少，位于近壩下游河道出現(xiàn)了較長時(shí)期和較長距離的河床沖刷調(diào)整，沖刷的部位主要在枯水河槽，尤其是彎道凹岸和主流貼岸下行的順直段的近岸河床沖淤變化幅度較大，已引起新沙洲、鋪?zhàn)訛?、天字一?hào)、天星閣、洪水港、團(tuán)結(jié)閘、荊江門、姜介子、熊家洲、七弓嶺、觀音洲等已護(hù)岸工程段和荊江門下段、七弓嶺和儒溪等未護(hù)段的局部位置出現(xiàn)了不同程度的岸坡滑挫現(xiàn)象或崩岸險(xiǎn)情。隨著河道沖刷調(diào)整的持續(xù)，更多的岸坡穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)將不斷積累，危及局部河段河勢(shì)穩(wěn)定及堤防安全。

3 河床演變沖刷處理措施

根據(jù)三峽工程蓄水后下游河道的演變分析成果表明，該河道的調(diào)整仍未結(jié)束，故本次根據(jù)河道實(shí)際演變現(xiàn)狀，并綜合考慮三峽工程運(yùn)用后，該河段還有可能出現(xiàn)的不良趨勢(shì)，進(jìn)行本次需防護(hù)河段（二期）整治工程的處理措施，主要有護(hù)坡工程、護(hù)腳工程、枯水位下陡坡處還坡處理等護(hù)岸加固措施[9]。

3.1 護(hù)坡工程

根據(jù)長江兩岸歷年來已實(shí)施的護(hù)坡工程來看，比較常用的結(jié)構(gòu)型式主要有干砌塊石、漿砌塊石、預(yù)制砼六角塊、現(xiàn)澆砼塊、雷諾、生態(tài)砼磚等護(hù)坡型式，綜合比較選擇聯(lián)鎖植草磚護(hù)坡，砌護(hù)容易，且磚中孔洞種植的植物生長根系可直接深入河岸土體中，穩(wěn)固性較好，平衡生態(tài)環(huán)境，但造價(jià)相對(duì)也較高。聯(lián)鎖植草磚護(hù)坡設(shè)計(jì)圖見圖1。

圖1 聯(lián)鎖植草磚護(hù)坡設(shè)計(jì)圖

3.2 護(hù)腳工程

長江護(hù)岸工程型式目前使用的主要有：拋石、土工布?jí)狠d軟體排、鋼絲網(wǎng)（石）籠等。由于以上各種護(hù)腳型式在適用范圍、防護(hù)對(duì)象、施工工藝和工程造價(jià)等方面均存在優(yōu)缺點(diǎn)，故需綜合考慮水流邊界條件，岸坡地層受水流沖刷的強(qiáng)弱以及當(dāng)?shù)刈o(hù)腳型式實(shí)施的可能性，對(duì)各岸線護(hù)岸段有針對(duì)性的選擇適用而經(jīng)濟(jì)合理的防護(hù)方案。護(hù)腳大樣設(shè)計(jì)圖見圖2。

圖2 護(hù)腳大樣設(shè)計(jì)圖

3.3 枯水位下陡坡處還坡設(shè)計(jì)

本工程區(qū)內(nèi)岸坡在枯水位以下均有塌岸現(xiàn)象，局部區(qū)域較為嚴(yán)重，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料可知，塌岸高度深度7 m～18 m不等，塌岸坡度陡于1∶2.0，形成不穩(wěn)定坡比。為防止岸坡繼續(xù)垮塌，需對(duì)不穩(wěn)定岸坡進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)。

枯水位以下岸坡防護(hù)設(shè)計(jì)一般采用填坡或削坡處理，填坡設(shè)計(jì)可采用水下拋石型式或填土碾壓密實(shí)型式。水下拋石護(hù)岸為直接投拋塊石進(jìn)行岸坡保護(hù)，防止水流繼續(xù)淘岸。

3.4 裹頭設(shè)計(jì)

受河勢(shì)沖刷調(diào)整的影響，護(hù)岸工程所在地段的主流線平面位置年內(nèi)變動(dòng)范圍可能會(huì)發(fā)生變化，彎道頂沖點(diǎn)或過渡段主流靠岸貼流點(diǎn)可能會(huì)上下游浮動(dòng)變化，而已經(jīng)護(hù)岸的工程段往往會(huì)抑制河勢(shì)的變化，若護(hù)岸工程兩端是自然岸坡，其抗沖刷能力遠(yuǎn)弱于護(hù)岸工程段，成為一個(gè)弱勢(shì)體，故容易被淘刷、形成崩窩，對(duì)護(hù)岸端部的坡面穩(wěn)定不利，因此，在護(hù)岸工程設(shè)計(jì)中，新護(hù)岸工程上下游兩端一般需作裹頭處理。裹頭縱向長度可根據(jù)崩岸強(qiáng)度來確定，取15 m左右；沿橫斷面的守護(hù)范圍可較工程段適當(dāng)縮短，裹頭工程護(hù)腳一般采用散拋塊石，拋石厚度0.6 m左右，水上護(hù)坡部分上下游末端則采用端部齒槽進(jìn)行鎖口，端部齒槽尺寸0.5 m×0.8 m。裹頭范圍內(nèi)的水上、水下護(hù)坡應(yīng)同時(shí)實(shí)施。

4 結(jié)語

多年來，長江湖南段(下荊江河段和岳陽河段)雖對(duì)嚴(yán)重崩岸段和重點(diǎn)險(xiǎn)工段實(shí)施了控制，但由于投資的原因，有些項(xiàng)目尚未完成，有些地段守護(hù)工程量相對(duì)較小，在長期水流的作用下，河勢(shì)仍在調(diào)整，崩岸仍時(shí)有發(fā)生，并已對(duì)兩岸經(jīng)濟(jì)造成了不利影響。通過對(duì)長江湖南段進(jìn)行河道護(hù)岸加固措施，盡可能減小三峽工程對(duì)壩下游河道可能帶來的不利影響，基本保障2020年長江干流湖南段河道堤防工程和護(hù)岸工程安全，避免出現(xiàn)重大崩岸險(xiǎn)情和較大的河勢(shì)變化。