長江中游調關水道演變規律及趨勢分析

余新明，李雨晨

（1.長江航道局國家內河航道整治工程技術研究中心,武漢430010；2.河海大學港口海岸與近海工程學院，南京210098）

長江中游調關水道演變規律及趨勢分析

余新明1，李雨晨2

（1.長江航道局國家內河航道整治工程技術研究中心,武漢430010；2.河海大學港口海岸與近海工程學院，南京210098）

通過實測資料系統分析了長江中游調關水道演變特點，重點對三峽蓄水后調關水道演變規律進行了分析，并研究了調關水道未來演變趨勢。結果表明，調關水道河床由中細沙組成，河岸為粘性土和沙組成的二元相結構，河段自然屬性較強，歷史上河床在自然條件下主要表現為凹岸崩坍、凸岸淤長，彎頂緩慢下移。三峽工程運行后，來沙減少，枯水流量增加等因素影響，原淤積性凸岸發生沖刷，河道總體流速降低，且彎道進口區域由于凸岸沖刷，水流趨直，彎道環流作用減弱，導致了凹岸淤積。隨著三峽蓄水后來沙持續減少，彎道段凸沖凹淤的趨勢將會持續。

凸沖凹淤；三峽蓄水；裁彎取直；調關水道

調關水道位于長江中游的下荊江中部，上起南堤上、下迄八十丈，全長16 km，河道自魯家灣出碾子灣水道后經順直過渡段逐漸進入調關彎道段，彎道段河道逐漸放寬，凸岸側有成型淤積體季家咀邊灘，凹岸側肖家拐一帶有淺包存在，調關鎮一帶存在挑流磯頭，河寬急劇縮窄。出調關磯頭后，經調關下段的順直、窄深過渡段進入萊家鋪彎道（圖1）。調關水道為典型的蜿蜒型河段［1-2］，河道進口主流沿左岸貼岸而下，進入調關彎道后逐漸過渡至右岸，后沿右岸進入萊家鋪彎道。

圖1 調關水道河勢圖Fig.1 River regime of Tiaoguan waterway

1 河段概況

自20世紀70年代初沙灘子自然裁彎［3］以來，調關水道調整較為劇烈，主流擺幅較大，調關彎道進口段的淺灘也隨之變化，至20世紀90年代中期，調關水道進口處河道走勢及灘槽格局逐漸穩定下來。三峽工程蓄水運用后，彎道段凸沖凹淤的態勢日益凸顯，季家咀邊灘沖退，使得彎道段航道彎曲半徑日益減小、河槽向枯水雙槽方向發展，雖然航道尺度滿足維護要求，但行船隱患較大。因此，研究調關水道演變特性，是認識并解決調關水道礙航問題的基礎。

2 河床演變及航道條件變化

2.1 歷史演變

歷史上本河段兩岸邊界處于自然狀態，河道邊界對水流控制作用較弱，演變十分劇烈，具有典型蜿蜒河道的變化特點［4］。

1756年，調關水道相對順直（圖2）；但自藕池口（1860年）、調弦口（1870年）兩分流口形成后（原僅太平口、藕池口分流），本河段洪枯水泄量均大大減小，河彎頂沖點洪枯變幅縮小，水流造彎作用加強，同時受調關磯頭及下游塔市驛一帶山巖的影響，至1869年逐步出現了沙灘子、調關、中洲子等彎道，1912年，沙灘子彎道發生了一次裁彎，1934年，新形成的沙灘子與中州子彎道再度發育成牛軛形，20世紀60～70年代，相繼發生了中洲子人工裁彎（1967年）、沙灘子自然裁彎（1972年）。由上述河勢變遷可見，調關水道歷史上基本處于自然狀態，河岸穩定性很差，河床橫向擺動劇烈，彎道容易發育得過于彎曲，裁彎后又容易形成新的彎道，具有典型的蜿蜒河道變化特點。

2.2 近期演變

2.2.1 三峽工程蓄水前演變特點

自沙灘子和中洲子裁彎［3］至三峽蓄水前，調關水道河道演變特點主要表現為以下幾點：調關水道進口段經裁彎取直后逐漸調整，灘槽格局逐漸穩定下來。彎道段橫向及縱向的沖淤調整較為劇烈，彎頂段河槽及主流走向變化較大，航槽不穩。20世紀70～80年代，為沙灘子裁彎后調整期，調關磯頭以上河段表現為河道走勢的劇烈調整。分析可知，沙灘子一帶為調關水道進口，在1973年該區域彎道較急，由于水流的切割作用，至1981年向家臺一帶岸線逐漸崩退，河道0m線，3m線和5m線逐漸趨于平順。至1995年，調關水道進口處河道走勢及灘槽格局逐漸穩定下來。河道進口段走勢的調整對于調關彎道段走向影響也極為明顯，裁彎初期，由于進口急彎段彎道環流作用，水流出進口彎道后向右岸偏移，左側黃石坦至季家咀一帶出現大范圍邊灘。隨著向家臺的逐步沖刷崩退，彎道環流作用減弱，調關彎道段進口水流趨于順直，沖刷黃石坦一帶邊灘灘體，至1995年，僅調關彎道區域老關上至季家咀一帶有邊灘存在。隨后，季家咀邊灘進入沖淤交替狀態，同時，右岸肖家拐一帶潛洲則隨著季家咀邊灘的沖退（淤漲）而逐漸淤積（沖刷），與季家咀邊灘形成對開局面。如1973～1981年，右岸肖家拐一帶尚無潛洲出現；1995年隨著季家咀邊灘沖刷，一方面河道整體流速降低，有利于右岸側的淤積，另一方面，季家咀邊灘沖刷，彎道段上中段水流趨直，彎道環流減弱，右岸側淤積出現潛洲；1996年季家咀邊灘淤長，則潛洲消失；1998年季家咀邊灘受大水切灘作用大幅沖刷后退，潛洲再次出現。上述沖淤調整充分表明，調關彎道區域灘槽格局穩定性較差，隨著凸岸邊灘的沖淤調整，凹岸側航槽隨之發生劇烈變化。

2.2.2 三峽蓄水后演變特點

三峽工程蓄水以來，年徑流量變化不大，但沙量大幅減小，下泄水流挾沙將長期處于次飽和狀態［5］。同時年內枯水流量有所增加、汛末蓄水造成退水過程加快，本河段內灘槽格局的穩定性進一步變差。主要表現為以下幾點：

三峽蓄水后，調關彎道季家咀邊灘沖刷，調關磯頭以上深泓左擺，航道彎曲半徑變小，斷面形態向枯水雙槽方向發展。三峽工程蓄水以來，調關水道總體河勢穩定，但河道局部沖淤調整仍較為明顯。主要表現為彎道段凸岸邊灘的進一步沖蝕，航槽彎曲半徑的進一步減小。結合沖淤及河勢變化情況可以看出，彎道段凸岸季家咀邊灘沖刷劇烈，平均沖刷幅度均在5m以上，凹岸側深槽大幅淤積。河道灘槽格局的變化較好的反應了上述沖淤調整特點，季家咀邊灘大幅度沖刷后退，2002～2006年季家咀邊灘0m等深線最大后退度達230m，2006～2009最大后退420m（圖3），0m線面積由蓄水初期的1.88 km2縮小為0.56 km2，面積縮小約2/3；3m線后退幅度與0m線相當，2002～2006年季家咀邊灘附近3m線左岸后退最大幅度達300m，2006～2009年3m線后退約550m。受季家咀邊灘面積大幅縮小影響，灘體對水流的約束作用進一步降低，主流左擺、取直，頂沖點下移，為彎道凹岸側肖家拐一帶的心灘淤長提供空間。2004年8月，肖家拐一帶凹岸側出現淺包，淺包高程在航基面下4m左右；次年淺包進一步淤積，洪水期淺包最大高程在0m以上，枯水期有所刷低；至2008年，枯水期淺包高程也能穩定在0m以上，彎道段基本形成枯水雙槽格局。

圖2 下荊江河段歷史演變圖Fig.2 Historical evolution in lower Jingjiang river

從深泓變化可以看出（圖4），2002～2009年間，季家咀邊灘區域深泓線逐年左擺，其中淺包大幅度淤長的時期也是深泓左擺幅度最大的時期，最大左擺幅度在600m以上。邊灘中下段，臨近調關節點區域，受調關節點控制，深泓穩定性相對較強，歷年深泓擺動幅度較小，約在50m以內。

從斷面變化情況來看（圖5），2006年前，位于彎道段肖家拐一帶的3#斷面呈現出良好的偏V形態，斷面水深在10m以上。2006年后，隨著河道內部心灘的淤積，斷面形態逐漸惡化，由偏V型逐漸向W型轉化，呈現出較為明顯的枯水雙槽的態勢。同時斷面最深點逐年左擺，目前已左偏至鄰近凸岸邊灘側。

上述凸沖凹淤變化規律直接導致調關彎道段深泓主流的大幅度左擺，彎道段河槽彎曲半徑的進一步減小，河槽向枯水雙槽方向發展。同時主流頂沖點下移，直接頂沖調關磯頭一帶，調關磯頭水流紊亂，行船安全隱患日益增大。

圖3 調關水道特征線年際變化圖Fig.3 Interannual variation of typical line in Tiaoguan waterway

圖4 調關水道深泓線年際變化圖Fig.4 The thalweg variation of Tiaoguan waterway

圖5 調關彎道段斷面變化圖Fig.5 Typical cross?section variation in curved section of Tiaoguan waterway

3 演變影響因素分析

3.1 河道邊界的影響

調關水道在裁彎后河勢劇烈調整，但近期在人工護岸、人工磯頭［6-7］的控制下，河道形態相對穩定。

調關水道屬典型的蜿蜒性河段，河床由中細沙組成，河岸為粘性土和沙組成的二元相結構，河道演變在自然條件下主要表現為凹岸崩坍、凸岸淤長，彎頂緩慢下移，在一定的水文條件和河床形態下，發生撇彎切灘和裁彎取直。20世紀60～70年代中洲子、沙灘子裁彎后，本河段發生了較劇烈的調整，至20世紀80年代初期，這種調整過程已基本完成。自1983年開始，特別是1998年特大洪水以來，本河段實施了規模較大的河勢控制工程，對穩定岸線與控制河勢起到了重要作用，河勢得到了初步控制，形成目前河道單一多彎格局。在人工護岸的限制下，調關彎道凹岸側岸線穩定，限制了彎道段的持續坐彎，凸岸邊灘雖有所沖淤調整，但范圍相對有限，不會引起河道形勢的劇烈調整。

3.2 來水來沙條件的影響

三峽蓄水后，細沙較蓄水前大幅減少，易導致邊灘、高灘沖刷后退。本河段處于沙市、監利之間，鄰近監利，結合三峽蓄水后兩水文站來沙情況，與蓄水前相比，細沙來沙量減少約70%。本河段洲灘中d＜0.125mm泥沙含量在30%以上，洲灘較易沖刷崩退。

蓄水后由于來沙大幅減少，下游河道普遍沖刷，調關彎道段凸岸側季家咀發生較為明顯的沖刷，一方面由于季家咀邊灘沖刷，河道整體流速減低，河道凹岸側水流挾沙力降低，有利于河道淤積；另一方面，由于凸岸側的沖刷，彎道進口部分水流主流線趨直，彎道環流減弱，有利于凹岸側的淤積。此兩方面的原因導致了河道的凸沖凹淤積。

同時由于，凸岸側的沖刷，調關磯頭以上深泓逐漸左擺，航道彎曲半徑隨之逐漸減小，行船安全隱患日益增大。大水年，大水取直易加劇彎頂段切灘撇彎的演變進程，處于自然狀態下的調關彎道段受影響較大。彎曲型河流水流動力軸線沿程有“低水傍岸、高水趨中”的規律。分析調關水道不同流量級下主流線可以看出：在彎道進口段主流偏靠凸岸一側；進入彎道后逐漸向凹岸偏移，至彎頂部分，主流靠凹岸，其后一般在相當距離內，主流一般都緊貼凹岸下行。但是隨著流量級的變大，主流逐漸取直，彎道段大水取直的規律十分明顯。目前調關彎道凸岸邊灘無工程控制，大水年易加劇彎頂段已出現的切灘撇彎這一演變現象的進程，引起彎曲半徑的進一步減少。

4 演變趨勢

隨著三峽175m蓄水運用后，河道格局將保持初步穩定，但局部仍將繼續調整。自20世紀70年代沙灘子和中洲子裁彎以來，由于兩岸邊界可動性較強，河勢發生了劇烈的變化，自20世紀50年代以來，對左岸的金魚鉤、中洲子和右岸的連心垸、調關至八十丈、鵝公凸、章華港等險工段實施了不同標準程度的護岸工程，經過半個多世紀的積累，特別是長江重要堤防隱蔽工程下荊江河勢控制工程實施后，基本上抑制了主要險工段岸線的崩退，河勢格局也得到初步穩定，河道局部仍在不斷調整。主要表現為彎道段明顯的凸沖凹淤現象，深泓、主流向凸岸側偏移。

彎道段將持續調整，未守護凸岸邊灘將持續沖刷、凹岸淤積，遇較大洪水，由于彎道段大水趨直的原因，這一調整趨勢加劇。三峽蓄水后，彎道段均表現為凸岸邊灘沖刷、凹岸淤積，深泓和主流向凸岸側擺動，彎頂仍在不斷調整。隨著三峽工程的持續運行，來沙減少將不利于灘體的淤積，而枯水流量的增加使得主流進一步向凸岸側擺動，凹岸側往往呈現潛洲不斷淤積的狀態，灘槽形態仍將調整，枯水航槽難以穩定，且彎曲半徑不斷減小。調關彎道段凸岸側沖刷、凹岸側淤積的態勢將持續，目前的急彎形態還將加劇，航道彎曲半徑將進一步減小，若遭遇大水年，這種演變進程還將進一步加劇。

5 結論

（1）調關水道屬典型的蜿蜒性河段，河床由中細沙組成，河岸為粘性土和沙組成的二元相結構，河段自然屬性較強，河道演變在自然條件下主要表現為凹岸崩坍、凸岸淤長，彎頂緩慢下移。沙灘子和中洲子裁彎后，河勢變化尤為劇烈，但隨著近期在人工護岸、人工磯頭的控制下，河道形態相對穩定。

（2）三峽工程蓄水以來，下泄水流挾沙將長期處于次飽和狀態。同時年內枯水流量有所增加、汛末蓄水造成退水過程加快，本河段內灘槽格局的穩定性進一步變差。調關彎道段凸沖凹淤的河床演變趨勢逐漸顯現，直接導致調關彎道段深泓主流的大幅度左擺，彎道段河槽彎曲半徑的進一步減小，河槽向枯水雙槽方向發展。同時主流頂沖點下移，直接頂沖調關磯頭一帶，調關磯頭水流紊亂，行船安全隱患日益增大。

（3）隨著三峽工程的持續運行，河道格局將保持初步穩定，但局部仍將繼續調整。調關彎道段凸岸側沖刷、凹岸側淤積的態勢將持續，目前的急彎形態還將加劇，航道彎曲半徑將進一步減小，若遭遇大水年，這種演變進程還將進一步加劇。

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Study on waterway evolution and changing trends of Tiaoguan channel inmiddle Yangtze River

YU Xin?ming1,LI Yu?chen2
（1.National Inland Waterway Regulation Engineering Technology Research Center,Changjiang Waterway Bureau, Wuhan 430010,China;2.College of Harbor,Coastal and Offshore Engineering,Hohai University,Nanjing 210098, China）

Through themeasured data,the Tiaoguan waterway evolution characteristics,especially that after the Three Gorges reservoir impoundment,were analyzed.The future Tiaoguan waterway evolution trend had been re?searched.The results show that,Tiaoguan waterway bed is composited bymiddle and fine sediment.The river bank is composited by cohesive soil and sand.All these havemade the river exist with a strong river natural property.In natural state,the river evolution characteristics are shown as convex bank collapsing,concave bank sedimentation and the top of curved reachmoving down gradually,with the effects of revetment and rocky node.After the Three Gorges reservoir impoundment,the income sand reduced gradually and the low period discharge increased gradual?ly.As the scouring of convex bank,the flow rate decreased overall,flow lines turn straight and bend circulation de?creased.Thesemade concave bank deposit.As the income sediment continuing decreased,convex bank collapsing and concave bank sedimentation evolution tend in curve reach would be continued.

concave bank collapsing and convex bank sedimentation;Three Gorges reservoir impoundment; river cutoff project;Tiaoguan waterway

U 617

A

1005-8443（2015）03-0224-05

2014-08-27；

2015-02-12

余新明(1978-)，男，江西省九江人，博士，高級工程師,主要從事航道整治方面的研究。

Biography：YU Xin?ming(1978-)，male,senior engineer.