林青萍 吳立健

(長江水利委員會荊江水文水資源勘測局,湖北武漢 434000)

沙市河段演變分析

林青萍 吳立健

(長江水利委員會荊江水文水資源勘測局,湖北武漢 434000)

文章根據(jù)作者多年從事水文河道的工作經(jīng)驗對沙市河段演變進行分析探討,主要對河道的演變和河道沖刷與淤積進行詳細分析,僅供同行參考。

沙市河道 演變

1 河道基本情況

1.1 工程地質(zhì)

根據(jù)湖北省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院2006年1月編制的《荊州市鹽卡(二期)綜合碼頭工程地質(zhì)勘察報告》,本河段地貌位置屬于低平原長江北岸沖積堰堤式高漫灘,上部①～③單元土體以雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土為主;④單元土體以粉質(zhì)粘土為主;⑤單元土體以粉砂為主;⑥單元土體為細砂層;⑦單元土體為卵石層;⑧單元土體為圓礫層;⑨單元土體為卵石層。

1.2 現(xiàn)有水利工程及其它設(shè)施情況

荊江大堤上起荊州棗林崗下迄監(jiān)利城南,全長182.4Km(樁號628-810+400),堤面寬8～12m,荊江大堤沙市段堤面高程45m左右,內(nèi)坡坡比為1:4,外坡坡比為1:3。

河段右岸是荊南長江干堤,全長109.9km。荊南長江干堤上起松滋市查家月堤(樁號712＋500)跨越虎渡河、藕池河、調(diào)弦河,下止于石首市五馬口(樁號497＋680)。堤內(nèi)坡坡比為1:4,堤外坡坡比為1:3,堤面寬2～5m。

本河段有學堂洲圍堤,堤面高約41.3m,寬5～8m,內(nèi)坡坡比為1:4,外坡坡比為1:3:柳林洲圍堤,堤面寬10m,堤頂高約43.8m,內(nèi)外坡比為1:3。

1998年大洪水后,水利部逐步啟動了荊江河勢控制應(yīng)急工程,在荊江兩岸分別實施了荊江大堤的整險加固、荊南長江干堤的防滲護岸,上述護岸工程的實施對穩(wěn)定荊江河勢起到了重大作用。

長江右岸設(shè)有荊江分洪工程主體工程之一北閘。北閘是一座分洪閘,位于太平口下,1952年建成,共54孔,每孔尺寸為18×5.5m,設(shè)計流量為8000m3/s;南閘是一座節(jié)制閘,位于虎渡河黃山頭,共32孔,每孔尺寸為9×10m,設(shè)計流量為3800m3/s。

觀音寺閘。該閘位于740+750處,開敞式3孔,每孔凈寬3m,凈高3.3m,閘底高31.76m(吳淞凍結(jié)),最大設(shè)計流量77m3/s。

1.3 水利規(guī)劃及實施安排

根據(jù)《長江流域防洪規(guī)劃》(國務(wù)院2008年7月21日批復),長江中下游防洪總體布局:合理地加高加固堤防、整治河道,逐步安排建設(shè)平原分蓄洪區(qū),加快興建干支流水庫,加強上游水土保持,完善非工程防洪措施建設(shè)。

表1 沙市河段應(yīng)急工程護岸工程布置表

表2 三峽水庫運用后沙市水位預測下降值 單位:m

沙市河段近期的水利規(guī)劃及設(shè)施主要有以下幾個方面:(1)南水北調(diào)引江濟漢取水口位于擬建碼頭工程上游約27km處的龍州垸,引江濟漢工程已于2010年3月正式開工建設(shè)。(2)1998、1999年大水后,荊江河段局部河勢發(fā)生了較大的變化,再加之三峽水庫蓄水,清水下泄,壩下游河段發(fā)生沖刷,荊江首當其沖,崩岸時有發(fā)生。為穩(wěn)定河勢,水利部啟動了荊江河勢控制應(yīng)急工程,護岸主要采用水上護坡、拋石、沉排等型式,護岸布置見表1。

其中荊江大堤樁號760+200～746+822,護腳長度9268m,護坡改造1075m,主要工程量:水下拋石86.28萬m3,房屋拆除1.02萬m2,砼預制塊0.052萬塊。樁號746+822～743+556,護腳長度3151m,主要工程量:水下拋石86.28萬m3,沉排面積28.39m2。樁號746+822～743+556,護腳長度1935m,主要工程量:水下拋石7.30萬m3。上述護岸工程的實施,對維持沙市段河勢的穩(wěn)定發(fā)揮了重要作用。

根據(jù)《長江流域防洪規(guī)劃》,長江中下游以1954年洪水作為總體防洪標準,其中沙市防洪設(shè)計洪水位為:45.00m(凍結(jié)吳淞),42.85m(1985國家高程基準,以下簡稱85高程基準)。

2 河道演變

2.1 歷史演變

近代前,涴市至沙市為順直分流分汊河道,沙市以下為彎曲分汊河道。觀音磯以上河段主泓因來水情況變化移動頻繁,洲灘隨著水流變化沖淤消長。1788年沙市段始建護岸工程,觀音磯以下一帶岸線穩(wěn)定,觀音磯成為彎道凹岸的控制點。柳林洲岸線大致與現(xiàn)今沙市市區(qū)段岸線成一直線。

受邊界條件控制,近二百年來雖局部河道有所擺動,但沙市河段河道平面形態(tài)變化不大。至1900年, 隨著上游 涴市河彎的變動(1876年 前大埠街至 涴市為較順直的單一河道,其后河道向右擺動),沙市至萬城堤段近岸河床開始逐年淤積,形成學堂洲。

表3 2002年以來沙市站實測枯水位下降值 單位:m

表4 沙市河段沖淤量計算成果表

2.2 近期演變

沙市河段由太平口過渡段和三八灘、金城洲微彎分汊段組成。1959年沮漳河出口人工改道上移800m至新河口處,1993年學堂洲圍堤加高,其口門上移至臨江寺,成為現(xiàn)今較為固定的微曲的平面外形。1950年代以來,本河段河勢基本穩(wěn)定,河道演變主要表現(xiàn)為河段內(nèi)局部深泓線擺動、洲灘消長及主支汊易位等。

近期以來,沙市河段岸線較為穩(wěn)定,局部岸坡略有崩岸險情發(fā)生。

1990年代以前,崩岸范圍較廣,主要分布在彎道凹岸及順直過渡段的貼流段。如學堂洲、柳林洲段,崩岸主要發(fā)生在1966～1993年。學堂洲段一度崩岸長約6km,最大崩寬達220m;右岸的西流灣(三八灘右汊)崩岸,主要發(fā)生在1970年代初。2000年汛后至2001年汛前,右岸陳家臺至新四弓段外灘發(fā)生了近2km長的崩岸。2001年后,隨著應(yīng)急工程實施,新增護岸長約8km,至此本河段鮮有崩岸險情發(fā)生;岸線基本穩(wěn)定。

2.3 近期河道演變總結(jié)及演變趨勢分析

沙市河段多年來總體河勢基本穩(wěn)定。受來水來沙變化、水利工程以及交通設(shè)施建設(shè)等影響,河段內(nèi)局部有所調(diào)整。如太平口心灘近年發(fā)育又消長,主泓由左轉(zhuǎn)右;三八灘萎縮,汊道段灘槽沖淤交替,金城洲沖刷萎縮。三峽水庫蓄水運行后,由于長江上游來水來沙發(fā)生改變,尤其是含沙量大幅減少,荊江河段普遍沖刷,沙市河段河床出現(xiàn)較強沖刷,深泓下切。

根據(jù)長江科學院三峽水庫下游宜昌至大通河段沖淤計算結(jié)果,三峽水庫運用后,荊江河段發(fā)生強烈沖刷,同流量下沙市水位下降。具體計算結(jié)果見表2。計算結(jié)果預測,三峽水庫蓄水運行后,荊江河段除河槽沖深外,局部河段可能出現(xiàn)主流橫向較大擺動、岸坡失穩(wěn)。但受兩岸護岸工程控制,河床橫向發(fā)展受到制約,總體河勢基本穩(wěn)定。

近年來,根據(jù)實測資料計算,三峽水庫蓄水運行7年以來,沙市站枯水期同流量級水位下降值與數(shù)模計算值基本相當。(見表3)。

3 河道沖刷與淤積計算

河段沖淤量采用了荊江河段多年來固定斷面測量資料進行計算。計算方法采用斷面法。

斷面法計算河段漕蓄量的公式為:

式中:V………漕蓄量,單位:104m3;

Ai………第i個橫斷面面積,單位:m2;

ΔLi………第i～i+1橫斷面之間間距,單位:m。

根據(jù)1966～2008年實測水道地形及固定斷面資料,用斷面地形法計算出整個沙市河段(荊25～荊52斷面)枯水河床、基本河床、平灘河床和高水河床(相應(yīng)宜昌流量分別為5000m3/s、10000m3/s、30000m3/s、50000m3/s水面線下河床)。河床沖淤成果見表4。

計算結(jié)果表明:1966～2008年沙市河段總體上持續(xù)沖刷,總沖刷量為1.465×108m3,沖刷主要集中在枯水河床,平灘流量水面線以上河床表現(xiàn)為淤積。從時段上看:下荊江裁彎期(1966～1975年),河床總沖刷量為0.226×108m3;裁彎后期(1975～1980年),沙市河段表現(xiàn)沖槽淤灘,總沖刷量為0.180×108m3;葛洲壩運用期(1980～1991年),該河段表現(xiàn)為沖槽淤灘,總沖刷量為0.172×108m3;1991～2002年,該時段主要受上游來沙量減少的影響,沙市河段發(fā)生較大沖刷,總沖刷量為0.554×108m3;三峽水庫蓄水初期(2002～2008年),河段受水庫蓄水影響發(fā)生強烈沖刷,河床表現(xiàn)為沖槽淤灘,總沖刷量為0.333×108m3,沖刷主要集中在蓄水初期。