長江中游宜都水道河床演變分析及治理對策初探

黃 穎

（長江航道局，武漢430010）

長江中游宜昌至大布街河段緊鄰三峽與葛洲壩水庫下游，長約112 km，為山前丘陵及丘陵與平原交界地帶，河段平面形態(tài)寬窄相間，兩岸主要有宜昌、虎牙灘、云池、宜都、白洋、枝城等基巖節(jié)點控制，河勢較為穩(wěn)定。河床組成以砂卵石為主，且局部有基巖裸露，抗沖性較好。該河段與宜昌水位密切相關(guān)，一定程度上對宜昌水位（特別是枯水位）起著侵蝕基準面作用［1-3］。宜都水道位于宜昌下游39～45 km處，上起三馬溪，下迄甲馬港，全長6 km，屬枯季礙航淺水道。三峽水庫蓄水后，上游來沙大幅減小，汛后流量過程將發(fā)生顯著改變，這些有可能使該水道發(fā)生新的變化。本文結(jié)合三峽水庫蓄水以來的實測資料，深入分析宜都水道洲灘演變過程，并對該水道的演變趨勢進行了預(yù)測，可為河段整治提供參考。

1 航道基本情況

宜都水道（圖1）平面上呈急彎形態(tài)，右岸有支流清江匯入，江心有南陽磧潛洲，枯水期露出水面，將水道分為左右兩泓，左泓為沙泓，右泓為石泓，河床底質(zhì)為砂、卵石。宜都水道以茶店為界可分為上下2段：上段三馬溪至茶店為順直段，水道內(nèi)右岸有三馬溪邊灘，左岸有中沙咀邊灘，在中沙咀邊灘右側(cè)河床上有許多礁石散布，約占據(jù)江面2/3水面寬度，從上至下依次為鍋底石、金家包、裴家包、蔣家包和馬家包等。該段河岸穩(wěn)定、主流線一直從左岸楊家咀入口至右岸茶店，變化不大。下段茶店至甲馬港為彎曲分汊段，即由北南向急轉(zhuǎn)為西東向，彎頂處河寬約1 800 m，水道內(nèi)左岸有沙壩灣邊灘，右岸有大石壩邊灘，河心有南陽磧潛洲。

20世紀70年代前，宜都水道內(nèi)航道在沙、石泓間交替使用，20世紀70年代后沙泓為常年通航汊道。葛洲壩樞紐蓄水前該水道曾是長江中游三大卵石淺灘水道之一。1978年底，淺區(qū)實施基建性疏浚以后，航道條件得到改善。葛洲壩樞紐蓄水后，河床沖刷下切，航道水深增加，此后20多年來，航道條件較好，枯季無需維護即可達到航道尺度要求。

2 邊界條件

2.1 來水來沙情況

宜都水道水沙來自宜昌以上長江干流和支流清江，但清江的來水來沙僅占宜昌水文站來水來沙年均值的3%和1.9%。因此長江干流的來水來沙對宜都水道起主導(dǎo)作用。

2003年6月三峽工程蓄水后，雖然對徑流過程改變不大，但下游含沙量、輸沙量明顯減少。2003～2008年宜昌站輸沙量較多年平均偏小88%（表1）。由于粗顆粒大部分沉積于水庫中，宜昌站含沙量以細顆粒泥沙為主，級配明顯細化，2007年宜昌站沙量中值粒徑僅0.003 mm，可以認為是沖瀉質(zhì)。蓄水后的變化立即引起了下游河道的沖刷，表現(xiàn)為輸沙量和泥沙中值粒徑沿程有所增大，這主要是河床補給的泥沙粒徑較粗的緣故。

表1 宜昌水文站輸沙量統(tǒng)計表［4］Tab.1 Statistics of sediment transportation amount of Yichang station 108t

2.2 岸坡及河床組成

宜都水道河床由卵石、礫石和砂混合組成，其中以砂為主要組成部分。河床質(zhì)主要為細砂，占51%；其次為礫卵石，占28%；再次為中砂，占14%；更次為極細砂和粗砂。分布呈明顯的橫向變化，近右岸為礫卵石，近左岸為細砂，其間過渡為中砂和粗砂。岸坡及河床組成見圖2。由于河床中砂層抗沖性相對較弱，其起動粒徑大小、數(shù)量及推移搬運的距離取決于水流條件。因此，上游水利工程特別是三峽蓄水后來水來沙的變化，對河床變形影響較大。

2.3 河床沖刷情況

長江委水文局根據(jù)地形法計算的沖刷量顯示［4］，2003～2007 年宜昌至枝城河段沖刷 1.04 億m3。沖刷段主要位于宜都河段紅花套以下，約占宜枝河段總沖刷量的83%。由沿程河床的組成變化來看，2005年汛后，宜枝河段內(nèi)宜67斷面（距葛洲壩約45 km）以上部分普遍粗化（圖3）。

3 水道近期演變特點

三峽水庫蓄水后，隨著上游來沙量的減少，沙泓內(nèi)汛期淤積沙量也大幅減少，因而上下淺區(qū)的淤積問題得到緩解。由于上游宜昌河段能夠補給的沙量有限，宜都河段還發(fā)生了明顯的沖刷，其沖刷幅度明顯強于上游的宜昌河段。

根據(jù)實測地形數(shù)據(jù)繪制了宜都兩河段蓄水后歷年來的深泓高程變化（圖4）。由圖4可知，宜都河段2003～2008年深泓平均下切3.8 m，白洋附近下切幅度達13 m。但沖刷主要集中在深泓較低的部位，高凸部位沖刷幅度較小。

伴隨著河床沖刷，除縱向的深泓下切外，宜都河段洲灘形態(tài)也有明顯變化。從歷年的30 m、32 m等高線套繪來看（圖5），洲灘變化的主要形式是邊灘的蝕退、支汊內(nèi)串溝的發(fā)展，例如周家河邊灘根部串溝明顯沖深，邊灘有被切割的跡象；南陽磧左側(cè)較為穩(wěn)定，但洲頭及右側(cè)沖刷，特別是右汊進口串溝明顯發(fā)展；彎道左側(cè)的上沙灣、中沙灣邊灘明顯蝕退，尤其是中沙灣邊灘30 m等高線自2003年以來后退近300 m。在5 000 m3/s流量下，宜都水位約為36.15 m，30 m、32 m等高線的變化一定程度上反映了枯水河槽的平面變化。由于枯水河槽形態(tài)是控制上游水位下降的關(guān)鍵因素［5-6］，因而若宜都河段的沖刷繼續(xù)發(fā)展，很可能對上游宜昌水位產(chǎn)生影響。

4 演變趨勢預(yù)估及治理對策

4.1 宜都水道變化趨勢

宜都水道左泓為沙泓，汛期為凸岸緩流區(qū)，有中細砂質(zhì)河床分布；南陽磧潛洲河床組成為礫砂質(zhì)，自葛洲壩蓄水以來，受壩下游推移質(zhì)沖刷影響，南陽磧呈逐年萎縮趨勢；南陽磧右汊為石泓，20世紀70年代后逐漸堵塞，河床組成主要為卵石。以往預(yù)測三峽蓄水后，南陽磧將繼續(xù)保持萎縮演變趨勢，實際情況與此基本相符。然而伴隨著南陽磧萎縮，其右汊石泓一側(cè)因處于汛期大流速區(qū)而沖刷發(fā)展，沙泓一側(cè)由于缺少來沙補給，凸岸邊灘持續(xù)后退。

4.2 宜都水道變化對宜昌水位影響預(yù)估

陳二口以上的關(guān)洲、外河壩、宜都、胭脂壩等位置是控制宜昌水位的關(guān)鍵河段，在這些控制河段作用下，陳二口、宜昌水位降幅的比例基本可保持在3：1左右。宜都河段的變形主要反映在周家河邊灘切割，上沙灣、中沙灣邊灘蝕退，南陽磧右汊沖刷，以下采用概化數(shù)值試驗分析這種變化發(fā)展可能帶來的影響。

分別假定宜都彎道左岸邊灘、周家河邊灘、南陽磧右汊發(fā)生變形，計算沿程水位及上游云池水位變化（表2）。由表2可見，南陽磧附近阻水明顯，比降較大，若左岸邊灘發(fā)生蝕退，則上游水位下降明顯，尤其當下游水位下降時，水位降幅將直接向上游傳遞。

4.3 治理對策

根據(jù)以上分析可知，三峽蓄水后，宜都河段上下淺區(qū)汛后淤積出淺的現(xiàn)象已不復(fù)存在，根據(jù)2008年3月地形，5 000 m3/s流量下4.5 m等深線上下貫通并且滿足航寬要求。然而，近幾年來該河段內(nèi)周家河邊灘出現(xiàn)切割趨勢，沙壩灣邊灘連續(xù)蝕退，南陽磧右汊沖刷發(fā)展，如果任其發(fā)展很可能會降低該河段對上游宜昌水位的控制作用。因而，宜都河段的整治不是針對自身的航道問題，而是通過工程措施維護河道對水位的控制作用?？蓪σ硕紡澋雷蟀兜纳仙碁?、中沙灣等邊灘加強守護，并采取措施控制南陽磧右汊的發(fā)展，以實現(xiàn)此治理目標。

表2 宜昌5 000 m3/s流量下宜都河段進口云池水位的變化（比2008年實際值36.3 m下降）Tab.2 Changes of water level at the entrance of Yidu reach（corresponding to discharge of 5 000 m3/s in Yichang station）

5 結(jié)論

（1）該水道內(nèi)有沙泓、石泓兩汊，20世紀70年代后因石泓尾部被亂石堆封堵，沙泓為常年通航汊道。葛洲壩蓄水前該水道為長江中游主要礙航淺水道，經(jīng)基建性疏浚后航道條件有所改善；三峽工程蓄水運用后，河床沖刷，航道水深增加。

（2）該水道主要存在問題是宜都河段明顯沖刷，其河段內(nèi)邊灘蝕退、支汊內(nèi)串溝發(fā)展。由于枯水河槽形態(tài)是控制上游水位下降的關(guān)鍵因素，作為對宜昌水位有控制作用的宜都水道，若沖刷繼續(xù)發(fā)展，很可能對上游宜昌水位產(chǎn)生影響。

（3）建議盡快實施宜都水道的洲灘守護工程，加強對彎道左岸的上沙灣、中沙灣等邊灘的守護，穩(wěn)定該水道的節(jié)點控制作用。

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