碾子灣水道河道治理思路及工程方案

曾慶云　何碧　呂品　李榮彬

摘 要：本文通過深入分析該水道近期不利變化的特點及原因，結合河道現狀及外部條件，提出了相應的治理思路及方案，對類似河段的航道治理具有一定的參考意義。

關鍵詞：碾子灣 航道整治 崩岸 三峽蓄水

三峽蓄水以來，雖然下荊江蜿蜒河型大的格局仍保持不變，但局部灘槽已存在一些趨勢性變化，如一些通常被認為是優良航道的彎曲段或微彎段正逐漸出現不利變化，主要表現為凸岸邊灘沖刷下切、岸線崩退。彎頂段因而存在河道展寬、竄溝發展、甚至形成雙槽的不利變化態勢。使得原優良河段因分流而有所淤淺，影響航道條件的穩定。長江中游荊江河段碾子灣水道上段就屬于比較典型的微彎段，近期也出現了不利航道條件的變化。下面從航道治理角度出發提出了相應的治理思路及初步的方案。

河道概況

碾子灣水道位于長江中游下荊江上段，地處湖北省石首市境內，介于石首、金魚溝兩彎道之間，水道上起魚尾洲，下止畢家臺，全長約17km（航道里程381～364km），河道上段微彎，下段順直，自上而下存在北門口-魚尾洲、柴碼頭-寡婦夾兩處過渡，有魚尾洲、上邊灘（南碾子灣邊灘）、下邊灘（柴碼頭護岸以下邊灘）三個主要灘體，河道形勢見圖1。

碾子灣水道在上游石首彎道切灘前為一過于長直的順直段，出淺礙航部位主要位于主流從左岸柴碼頭向右岸寡婦夾（南堤拐）一帶的過渡段內。1994年，石首彎道切灘后，進口段主流頂沖點不斷下移，上段趨彎；同時，大量泥沙下泄，航道條件急劇惡化。為了遏制下過渡段航道條件向不利方向轉化，航道部門于2000～2003年實施了碾子灣水道航道整治工程（見前圖1）。工程實施以來，航道條件得到了明顯改善，下過渡段基本保持穩定。

近期航道不利變化

碾子灣水道航道整治工程實施后，緊接著迎來了三峽工程蓄水運用，在新的水沙條件下碾子灣水道大的河勢保持穩定，不過，局部地形已發生了一些不利于航道條件維持的變化，主要表現為：

碾子灣水道上段彎頂段河道不斷展寬，左側深槽變窄，而右側灘體沖刷幅度加大，過流能力增強，凸岸側竄溝發展明顯，航行基面下3m線接近貫通，可以看出，南碾子灣凸岸邊灘已存在切灘趨勢，并有形成雙槽分流而導致上過渡段出淺的可能性。

此外，隨著凸岸邊灘切灘形勢的發展，北碾子灣一帶主流頂沖點下移，柴碼頭一帶深槽下竄發展，下過渡段有從目前的正常淺灘向交錯淺灘轉化的趨勢。

變化原因分析

經分析，認為造成上述航道條件發生不利變化的原因主要有以下幾點：

1、南碾子灣邊灘上段高灘的大幅崩退

碾子灣水道在土——沙二元結構的河岸邊界條件下，河岸抗沖穩定性不強，河道有迂回曲折擺動的余地。而且，本段床沙主要由粉細砂組成，河道內洲灘穩定性較差。

碾子灣水道凸岸邊灘（亦稱為上邊灘）上段高灘岸線不斷崩退（見圖2），自2001年8月至2003年7月，凸岸邊灘上段高灘岸線崩退幅度一般100m左右；2003年7月至2012年3月，最大后退幅度近400m。而北碾子灣一帶后隨著護岸工程的實施，深泓相對穩定，但凸岸側邊灘存在明顯下切，寬達700m左右的邊灘平均沖刷幅度近4m，即從航行基面上2m沖刷至航行基面下2m左右，彎頂處河道枯水過流斷面大幅展寬。

由上可以看出，隨著北碾子灣一帶護岸工程的實施，左岸邊界相對穩定，但由于凸岸邊灘上段高灘岸線的持續崩退，主流右擺，凸岸側邊灘沖淤變化幅度加大，不穩定性增加。

2、三峽蓄水后來沙減少、中低水位持續時間延長的影響

三峽水庫運行以前，葛洲壩水利樞紐建成、90年代來沙量減少均引起荊江河段沖刷。

三峽水庫運行以來，由于水庫攔蓄了全部的推移質泥沙和懸移質中的大部分粗顆粒泥沙，來沙大幅減少。根據長江監利站實測水文資料統計，三峽水庫蓄水以來，監利站的來水量變化不大，來沙量大幅減少，1950-2012年多年平均輸沙量為3.58×108t，2003-2012年多年平均為0.8463.58×108t，減小幅度達75%以上。由于荊江河段河床主要由中細砂組成，且沙層較厚，因此，在來沙較小的情況下，本河段將以沖刷為主。從目前的實測資料看，荊江河段沖刷明顯，2002年10月至2009年10月，荊江河段平灘河槽沖刷量為4.46億m3，而且總體表現為“灘槽均沖”，洲灘普遍沖刷縮小。而且，三峽水庫雖然并不改變荊江河段的年徑流量大小，但水庫的調蓄作用使10、11月份下泄流量大幅度減少，12月至次年6月份下泄流量增加，使得流量過程的改變也對河床演變產生影響，由于中低水持續時間延長，水流漫灘（指漫過高灘）時間縮短，對低灘沖刷能力增強。因此，來沙減少、中低水位持續時間延長亦導致上邊灘中段存在切灘趨勢。

3、上下游聯動影響

由于本河段河床的可動性較強，對水沙條件變化較敏感，上下游河道之間的相互關系也是影響河道演變的主要因素之一，從而下荊江在歷史上具有“一彎變、彎彎變”的演變特點，如1994年上游石首彎道切灘撇彎引起柴碼頭-寡婦磯過渡段超常淤積，導致嚴重礙航。

近年來，隨著上游河道護岸工程的逐步完善，總體河勢比較穩定，但局部岸灘仍在發生變化，長期作用會對下游河道產生比較大的影響，如上游藕池口右岸側高灘崩退，有可能引起下游碾子灣水道進口過渡段再度上提；而碾子灣水道自身也存在上邊灘不斷崩退，柴碼頭-寡婦夾過渡段深泓左擺；甚至還會導致金魚鉤彎道頂沖點下移，進一步影響到調關彎道段深泓的變化。

由此可見，本河段岸灘的變化相互關聯性較強，本河段上游及自身局部岸段的累積性崩退變化將會導致下游河道發生一系列變化。

治理思路及初步方案

碾子灣水道受上游藕池口水道變化及三峽工程的影響，南碾子灣凸岸灘體上段沖刷后退的形勢嚴峻。目前，北門口以下張城垸一帶有水利部門的擬建工程，但其下游彎頂進口段卻沒有護岸工程的建設計劃，從近期岸線變化圖可以看出，此段灘體目前也在不斷后退，后退幅度也很大，右岸側已形成不斷下切的沿岸竄溝，從2012年3月測圖看，彎頂段已呈切灘態勢，3m線深槽接近貫通，一旦形成雙槽分流，不僅惡化上過渡段航道條件，還將引起主流擺動，威脅已建碾子灣河段整治工程的穩定，甚至威脅下游河勢的穩定。

因此，針對上述不利變化，碾子灣水道近期航道治理的思路為：通過工程措施穩定彎道進口段岸灘，抑制竄溝進口段的發展，以達到維持上過渡段較好航道條件的目的，防止出現凸岸邊灘切灘撇彎，進而造成主流擺動，頂沖點下移的不利局面。

依前述情況，守護的范圍為南碾子灣上段，其中，守護工程的上段與水利部門河勢控制工程的無縫銜接，尾端則位于右岸側竄溝上段，守護長度約為2.3km。見圖3。而根據本水道地形、水位、土質土層和河岸動力作用特點，本護岸工程宜采用平順式護岸結構型式。同時，針對右岸側竄溝發展趨勢已十分明顯，為加強其抑制效果，更好的引導水流，在平面上擴大了守護工程下段水下護底范圍（外邊線按拐點護底外側與下游側心灘軸線的連線進行布置）。

結論

碾子灣水道位于長江中游下荊江上段，河道上段微彎，下段順直，分上、下兩個過渡段，其中下過渡段于2001-2003年進行了航道整治，航道條件得以改善。上過渡段航道條件目前雖較好，但已存在明顯的不利變化，彎頂段有向雙槽發展的趨勢，并有可能影響到下過渡段已建航道整治工程的穩定。

分析認為，南碾子灣邊灘上段高灘的大幅崩退，主流線右擺，使得彎頂段凸岸邊灘切灘的可能性增大，而三峽蓄水運用后，清水下泄、中水位持續時間延長，則導致水流漫灘（指漫過高灘）時間縮短，高灘線內水流持續沖刷時間增長，加劇了凸岸邊灘泥沙的沖刷、下移。

針對碾子灣水道河道變化特點及上過渡段的不利變化趨勢，初步提出了治理思路，即在水利部門計劃守護的基礎上，提出重點守護彎頂進口段高灘岸線的實施方案，并在結構上采取了守護段下段加大護底寬度的方法，研究認為，此方案可以達到防止南碾子灣邊灘上段高灘岸線的進一步崩退，抑制竄溝上段的發展，有利于維持河段內目前較好的灘槽格局的目的（注：本項研究由 “長江中游荊江河段航道整治工程”科技專項資助。）