長(zhǎng)江中游戴家洲河段河岸穩(wěn)定性研究

楊燕華

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300456）

長(zhǎng)江中游戴家洲河段河岸穩(wěn)定性研究

楊燕華

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300456）

長(zhǎng)江中游戴家洲河段在實(shí)施護(hù)岸工程前，戴家洲右緣持續(xù)發(fā)生崩岸。文章結(jié)合戴家洲右緣崩岸情況，從地質(zhì)、地形、水流條件等角度分析了該處發(fā)生崩岸的原因。采用穩(wěn)定岸坡作為崩岸發(fā)生的臨界判別指標(biāo)，基于三峽蓄水前后戴家洲右汊典型斷面多年實(shí)測(cè)資料，得到了戴家洲右緣穩(wěn)定岸坡值。

崩岸；穩(wěn)定岸坡；長(zhǎng)江中游；戴家洲河段

圖1戴家洲河段概況Fig.1General layout of the Daijiazhou reach

1 長(zhǎng)江中游戴家洲河段崩岸特性

戴家洲河段位于湖北省境內(nèi)的漢口下游，上起鄂州市，承接沙洲水道，下止迴風(fēng)磯間，連接黃石水道，全長(zhǎng)約34 km（圖1）。戴家洲河段由巴河水道和戴家洲水道組成，鄂城～巴河口段為巴河水道，順直放寬。戴家洲水道分為圓水道和直水道兩汊，左汊為圓水道，河道微彎；右汊為直水道，河道較順直［3-4］。，該河段實(shí)施護(hù)岸工程前戴家洲右緣崩岸現(xiàn)象較嚴(yán)重。

1.1 戴家洲右緣崩岸情況

根據(jù)實(shí)測(cè)資料，戴家洲右緣在1970～2003年間崩岸頻發(fā)，年均崩退幅度約10 m，最大崩退幅度達(dá)到470 m；2003～2008年，年均后退幅度約30 m，洲右緣最大崩退幅度約150 m；2008年以來(lái)年均崩退幅度大于往年（表1）。2010年戴家洲右緣下段守護(hù)工程實(shí)施后，右緣下段得到了穩(wěn)定，而右緣中上段仍處于不斷崩退中，且中段崩退幅度相對(duì)較大，年崩退約50 m。戴家洲右緣中下段于2011年12月發(fā)生崩岸，年崩退幅度約35 m。

對(duì)于戴家洲右緣尾部岸線，經(jīng)歷了淤長(zhǎng)、后退兩個(gè)過(guò)程，2004～2006年洲尾部主要表現(xiàn)為淤長(zhǎng)，幅度達(dá)470 m；2006年以來(lái)則表現(xiàn)為沖刷后退，2009年3月較2006年2月后退幅度超過(guò)90 m，年均后退幅度約30 m。其中，2008年后，年均后退幅度達(dá)50余m（圖2）。

1.2 戴家洲右緣崩岸原因

結(jié)合戴家洲河段的地質(zhì)、地形、水流條件等特點(diǎn)，對(duì)戴家洲右緣的崩岸原因進(jìn)行了分析。

（1）地質(zhì)條件。戴家洲洲體右緣岸坡具有明顯的二元或多元結(jié)構(gòu)特征。具有這種土體結(jié)構(gòu)的岸坡，由于上層粉質(zhì)粘土厚度較小，抗沖性差，下層粉砂厚度大，但顆粒較為均勻，最易起動(dòng)和分散搬運(yùn)，抗沖性能很差，因而坡體特別是坡腳極易被水流侵蝕沖刷，很容易形成穩(wěn)定性差的陡岸高坡。另外，戴家洲右緣岸坡土體下層細(xì)砂密實(shí)度不高、透水性強(qiáng)，易形成入河方向的連續(xù)大比降滲流。大比降滲流會(huì)沖刷坡面和淘刷坡腳，導(dǎo)致岸坡失穩(wěn)崩塌。

（2）地形條件。戴家洲右緣處于直港微彎河道的凹岸，且下段處于兩汊匯流區(qū)附近。而根據(jù)研究，彎道凹岸、汊道分流和匯流處，一般主流貼岸形成強(qiáng)烈沖刷，易出現(xiàn)崩岸現(xiàn)象。另外，戴家洲目前洲體（水面以上）大多坡度較陡，在60度左右，局部接近直立臨空面，岸坡土體有可能會(huì)產(chǎn)生重力破壞。

（3）水流條件。當(dāng)直港深泓沿戴家洲右緣坐彎時(shí)，主流線左擺，則戴家洲右緣岸坡愈不穩(wěn)定；當(dāng)直港左岸（戴家洲右緣）存在高大邊灘時(shí)，該邊灘附近岸坡相對(duì)穩(wěn)定，即邊灘對(duì)岸坡起到了一定的掩護(hù)作用。例如，當(dāng)直港下左邊灘未明顯下移時(shí)（2002～2006年），下段主流線緊貼戴家洲右緣，該處岸線崩退幅度較大；而當(dāng)下左邊灘明顯下移時(shí)（2006～2008年），受下左邊灘下移的影響，下段岸線崩勢(shì)暫緩；但隨著洲尾邊灘的逐漸沖蝕（2008～2009年），下段岸線有沖刷后退的趨勢(shì)。坡面水流沖刷顯然對(duì)坡體崩塌起促進(jìn)作用，但并非是直接沖擊坡體造成破壞，而是通過(guò)淘蝕坡腳形成漸進(jìn)式崩塌來(lái)實(shí)現(xiàn)。

表1戴家洲右緣崩退情況統(tǒng)計(jì)表Tab.1Situation of bank collapse in the right edge of Daijiazhou

圖2戴家洲洲體年際變化圖Fig.2Variation of Daijiazhou

2 戴家洲河段河岸穩(wěn)定性計(jì)算分析

分析天然河道實(shí)際岸坡與穩(wěn)定岸坡的關(guān)系，是預(yù)測(cè)岸坡是否崩塌的手段之一。一般地，當(dāng)實(shí)際岸坡超過(guò)穩(wěn)定岸坡時(shí)，往往會(huì)發(fā)生崩岸現(xiàn)象。唐金武［5］分析了長(zhǎng)江中下游崩岸分類及其特點(diǎn)，研究表明無(wú)論從窩崩還是條崩，均多發(fā)生于上層為粘性土、下層為砂土的二元結(jié)構(gòu)河岸，根據(jù)長(zhǎng)江中下游典型斷面特征，提出用穩(wěn)定岸坡來(lái)逼近臨界岸坡，具體到長(zhǎng)江中下游河段，將河型、河岸地質(zhì)相同的河段的最大坡比的最大值作為穩(wěn)定岸坡，在文獻(xiàn)［5］中，作者采用穩(wěn)定岸坡法，對(duì)長(zhǎng)江荊江河段的崩岸情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)，驗(yàn)證了該方法的合理性。鑒于穩(wěn)定岸坡法使用方法簡(jiǎn)便，結(jié)果可靠，并適用于長(zhǎng)江中下游河段，因此，本文采用該方法計(jì)算戴家洲河段的穩(wěn)定岸坡，可作為該河段崩岸預(yù)測(cè)的判別指標(biāo)。

圖3CS13斷面三峽蓄水前年際斷面地形圖Fig.3Variation of CS13 cross?section before the Three Gorges Reservoir impounding

2.1 戴家洲河段穩(wěn)定岸坡計(jì)算

搜集了三峽蓄水前戴家洲右汊崩岸區(qū)域內(nèi)CS08～CS13多個(gè)典型斷面多年實(shí)測(cè)斷面資料，斷面位置見(jiàn)圖1。以斷面枯水位作為基準(zhǔn)面，根據(jù)各典型斷面蓄水前多年地形，確定戴家洲右緣各斷面多年最大坡比的最大值為0.382，作為戴家洲河段的穩(wěn)定坡度值。其中CS13典型斷面蓄水前多年斷面地形見(jiàn)圖3。

收集了戴家洲河段三峽蓄水后實(shí)測(cè)崩岸段的地形資料，近似計(jì)算了其崩塌時(shí)的實(shí)際岸坡，以便對(duì)本文確定的戴家洲河段穩(wěn)定岸坡的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。戴家洲右緣中段于2011年12月發(fā)生了崩岸，較2011年2月橫向崩塌35 m，縱向崩塌約300 m。斷面GCQ8及GCQ9位于崩岸區(qū)域，圖4～圖5給出了三峽蓄水后崩岸前2011年2月及崩岸后2011年12月崩岸區(qū)實(shí)測(cè)斷面變化圖，斷面位置見(jiàn)圖1。計(jì)算了各測(cè)次斷面的實(shí)際坡比，如表2所示。

從表2中可以看出，斷面GCQ8于2011年2月以及2011年12月2個(gè)測(cè)次實(shí)際坡比分別為0.373和0.312，斷面GCQ9于2011年2月以及2011年12月兩個(gè)測(cè)次實(shí)際坡比分別為0.341和0.302。上述坡比變化與該河段的演變情況密切相關(guān)。2011年2月以來(lái)，直水道下左邊灘沖刷，下段主流線左偏，緊貼戴家洲右緣，由此造成戴家洲右緣主流貼岸段近岸河床刷深，岸坡變陡，在2011年12月發(fā)生了崩岸。

實(shí)測(cè)斷面資料中，2011年2月戴家洲右汊崩岸區(qū)域典型斷面實(shí)際坡比十分接近穩(wěn)定坡比，可近似作為該河段實(shí)際崩岸時(shí)的坡度，表明本文確定的戴家洲右緣穩(wěn)定坡比較為合理。

2.2 戴家洲河段崩岸防護(hù)措施

根據(jù)2011年1：2 000實(shí)測(cè)戴家洲右緣局部地形資料，戴家洲右緣洲體（水面以上）大多坡度較陡，平均坡比超過(guò)0.571，大于計(jì)算得到的該河段的穩(wěn)定坡度0.382，因此，若不采取措施，戴家洲右緣將持續(xù)崩退。崩岸防護(hù)一般可采取兩種措施：一是提高河岸穩(wěn)定岸坡，二是降低實(shí)際岸坡。針對(duì)戴家洲河段而言，在河岸穩(wěn)定岸坡變化不大時(shí)，可采用鞏固或降低實(shí)際岸坡的措施（如岸坡守護(hù)且減緩坡度）防止岸坡的崩塌。考慮到戴家洲右緣中上段實(shí)際崩退情況，2012年戴家洲二期工程對(duì)戴家洲右緣中上段實(shí)施了護(hù)岸工程，與前期戴家洲右緣下段守護(hù)工程相配合，有效地預(yù)防了戴家洲河段崩岸的發(fā)生。

圖4GCQ8斷面變化圖Fig.4Variation of GCQ8 cross?section

圖5GCQ9斷面變化圖Fig.5Variation of GCQ9 cross?section

表2戴家洲右緣各測(cè)次斷面坡比Tab.2Measured slope of the right edge of Daijiazhou

3 結(jié)論

在分析戴家洲右緣崩岸情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合本

河段的河岸地質(zhì)、河勢(shì)、岸坡局部地形、水文等特點(diǎn)，對(duì)戴家洲右緣的崩岸原因進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，基于三峽蓄水前戴家洲右汊典型斷面多年實(shí)測(cè)資料，得到戴家洲右緣穩(wěn)定岸坡值，并通過(guò)三峽蓄水后戴家洲右緣中下段崩岸區(qū)域的實(shí)際崩岸資料檢驗(yàn)了其真確定。該穩(wěn)定岸坡值簡(jiǎn)單可靠，可用來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)戴家洲右緣崩岸是否發(fā)生。

［1］黎禮剛.長(zhǎng)江中下游干流河道崩岸統(tǒng)計(jì)及存在的問(wèn)題［J］.水利水電快報(bào)，2008，28（2）：11-12. LI L G.Bank Collapse and the Existing Problems in Middle and Lower Yangtze River［J］.Express Water Resources and Hydropow?er in Formation，2008，28（2）：11-12.

［2］劉萬(wàn)利.長(zhǎng)江中游戴家洲河段戴家洲右緣崩岸特性及護(hù)岸措施專題研究報(bào)告［R］.天津：交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，2010.

［3］劉萬(wàn)利，李旺生，朱玉德，等.長(zhǎng)江中游戴家洲河段河床演變分析及趨勢(shì)預(yù)測(cè)［J］.水道港口，2011，32（4）：259-263. LIU W L，LI W S，ZHU Y D，et al.Alluvial Process Analysis and Trend Prediction of Daijiazhou Reach in Middle Yangtze River［J］.Journal of Waterway and Harbor，2011，32（4）：259-263.

［4］劉萬(wàn)利，李旺生，朱玉德，等.長(zhǎng)江中游戴家洲河段航道整治思路探討［J］.水道港口，2009，30（1）：31-36. LIU W L，LI W S，ZHU Y D，et al.Study on Channel Regulation of Daijiazhou Reach in Middle Yangtze River［J］.Journal of Water?way and Harbor，2009，30（1）：31-36.

［5］唐金武，鄧金運(yùn)，由星瑩，等.長(zhǎng)江中下游河道崩岸預(yù)測(cè)方法［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào)：工程科學(xué)版，2012，44（1）：75-81. TANG J W，DENG J Y，YOU X Y，et al.Forecast Method for Bank Collapse in Middle and Lower Yangtze River［J］.Journal of Sich?uan University：Engineering Science Edition，2012，44（1）：75-81.

Study on bank stability of Daijiazhou reach in Middle Yangtze River

YANG Yan?hua
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin 300456,China）

The bank collapse happens continuously in the right edge of Daijiazhou reach in Middle Yangtze River before revetment engineering existing.The cause of bank collapse in the right edge of Daijiazhou was studied considering geology,topography and hydrological process.Considering the stable slope as the critical one,the value of the right edge of Daijiazhou was obtained by measured typical sections of the right branch of Daijiazhou reach be?fore and after the Three Gorges Reservoir impounding.

bank collapse;stable slope;Middle Yangtze River;Daijiazhou reach

U 617；TV 135

A

1005-8443（2015）06-0533-04崩岸是長(zhǎng)江中下游河道重大災(zāi)害之一，發(fā)生較為頻繁，危害十分嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)施大規(guī)模的護(hù)岸工程前，長(zhǎng)江中下游干流河道岸線總長(zhǎng)約4 249 km，其中崩岸長(zhǎng)度達(dá)1 518 km，占江岸總長(zhǎng)度的35.7%［1］。隨著三峽水庫(kù)2003年正式蓄水運(yùn)用，清水下泄將造成下游河道的長(zhǎng)距離沖刷，尤其是深泓刷深較多，將造成岸坡變陡并可能對(duì)堤防的安全帶來(lái)不利影響。三峽蓄水后2003～2006年的實(shí)測(cè)資料表明，荊江干流河段發(fā)生較大崩岸險(xiǎn)情101處，年均發(fā)生崩岸險(xiǎn)情約34處，年均崩長(zhǎng)達(dá)33.64 km。與蓄水前相比，三峽蓄水后崩岸險(xiǎn)情發(fā)生的頻次明顯增多，長(zhǎng)江中游戴家洲河段在三峽蓄水后戴家洲右緣一直持續(xù)崩退，2008年后，年均崩退幅度達(dá)50余m，落水期、枯水期崩岸尤為嚴(yán)重［2］。本文通過(guò)對(duì)戴家洲河段崩岸現(xiàn)象和原因的分析，結(jié)合現(xiàn)有河岸穩(wěn)定性計(jì)算方法，計(jì)算了戴家洲右緣發(fā)生崩岸的臨界判別指標(biāo)——穩(wěn)定岸坡值，可用來(lái)預(yù)測(cè)戴家洲右緣未來(lái)的崩岸情況。

2015-08-10；

2015-10-21

國(guó)家自然科學(xué)基金（51209112）；天津市自然科學(xué)基金（15JCYBJC21900）

楊燕華（1985-），女，山西省人，助理研究員，主要從事航道工程研究。

Biography：YANG Yan?hua（1985-），female，assistant professor.