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)

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)

文章根據作者多年從事水文河道的工作經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

根據湖北省水文地質工程地質勘察院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、淤泥質粉質粘土、粉質粘土為主;④單元土體以粉質粘土為主;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 現有水利工程及其它設施情況

荊江大堤上起荊州棗林崗下迄監利城南,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、調弦河,下止于石首市五馬口(樁號497＋680)。堤內坡坡比為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定荊江河勢起到了重大作用。

長江右岸設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,設計流量為8000m3/s;南閘是一座節制閘,位于虎渡河黃山頭,共32孔,每孔尺寸為9×10m,設計流量為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),最大設計流量77m3/s。

1.3 水利規劃及實施安排

根據《長江流域防洪規劃》(國務院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,逐步安排建設平原分蓄洪區,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。

表1 沙市河段應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劃及設施主要有以下幾個方面:(1)南水北調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。(2)1998、1999年大水后,荊江河段局部河勢發生了較大的變化,再加之三峽水庫蓄水,清水下泄,壩下游河段發生沖刷,荊江首當其沖,崩岸時有發生。為穩定河勢,水利部啟動了荊江河勢控制應急工程,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定發揮了重要作用。

根據《長江流域防洪規劃》,長江中下游以1954年洪水作為總體防洪標準,其中沙市防洪設計洪水位為:45.00m(凍結吳淞),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定,觀音磯成為彎道凹岸的控制點。柳林洲岸線大致與現今沙市市區段岸線成一直線。

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,本河段河勢基本穩定,河道演變主要表現為河段內局部深泓線擺動、洲灘消長及主支汊易位等。

近期以來,沙市河段岸線較為穩定,局部岸坡略有崩岸險情發生。

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生了近2km長的崩岸。2001年后,隨著應急工程實施,新增護岸長約8km,至此本河段鮮有崩岸險情發生;岸線基本穩定。

2.3 近期河道演變總結及演變趨勢分析

沙市河段多年來總體河勢基本穩定。受來水來沙變化、水利工程以及交通設施建設等影響,河段內局部有所調整。如太平口心灘近年發育又消長,主泓由左轉右;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,沙市河段河床出現較強沖刷,深泓下切。

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

近年來,根據實測資料計算,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。

計算結果表明:1966～2008年沙市河段總體上持續沖刷,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生強烈沖刷,河床表現為沖槽淤灘,總沖刷量為0.333×108m3,沖刷主要集中在蓄水初期。