2022年荊江河段典型險工段穩(wěn)定性評價

摘要：開展岸坡穩(wěn)定性的評價及崩岸風(fēng)險的預(yù)警，能提高防汛部門決策部署的能力，提升防汛搶險精度，做到資源集約節(jié)約利用。通過搜集荊江河段岸線現(xiàn)狀、岸坡地質(zhì)條件、護(hù)岸工程情況等基礎(chǔ)資料，在分析河道水沙條件、近岸河床變化情況的基礎(chǔ)上，采用岸坡穩(wěn)定性評估方法對2022年荊江165.6 km長的典型險工段穩(wěn)定性進(jìn)行了評價，并結(jié)合2023年實(shí)地查勘資料，對2022年度荊江典型險工段岸坡穩(wěn)定性評價結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明：藍(lán)色預(yù)警岸段未發(fā)生崩岸險情，紅色預(yù)警岸段實(shí)際發(fā)生崩岸的岸坡占預(yù)警岸段的100%，橙色預(yù)警岸段實(shí)際發(fā)生崩岸的岸坡占預(yù)警岸段的60%，基本符合藍(lán)色岸段岸坡狀態(tài)較穩(wěn)定、橙色岸段近期出現(xiàn)崩岸可能性相對較小、紅色預(yù)警岸段近期出現(xiàn)崩岸可能性相對較大的判斷。

關(guān) 鍵 詞：崩岸；穩(wěn)定性評價；防汛搶險；荊江河段

中圖法分類號：TV147

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.001

0 引 言

受三峽水庫及上游梯級水庫群聯(lián)合調(diào)度影響，位于三峽水庫壩下游的荊江河段徑流過程發(fā)生了顯著變化，尤其是來沙量大幅度減少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003～2021年枝城、沙市、監(jiān)利、螺山站年均輸沙量分別為0.469 2億，0.532 5億，0.720 3億t和0.819 5億t，較蓄水前均值分別偏少91.62%，87.73%，79.88%和78.20%。2021年，枝城、沙市、監(jiān)利、螺山站輸沙量分別為0.140億，0.178億，0.423億t和0.582億t，較2003～2020年均值分別減小了69.63%，65.90%，39.17%和32.11%^［1］。

輸沙量的急劇減少引起了荊江河段的長期沖刷調(diào)整。2002年10月至2021年10月間，荊江河段平灘河槽共沖刷12.3億m³，年均沖刷量0.683億m³，遠(yuǎn)大于三峽水庫蓄水前（1975～2002年）年均沖刷量（0.137億m³）。因河道的沖刷調(diào)整，近年來荊江河段雷州邊灘、南五洲、北門口、向家洲、觀音洲等岸段先后發(fā)生較嚴(yán)重崩岸。近岸河床沖刷、岸線崩塌，不僅影響防洪安全及河勢穩(wěn)定，還嚴(yán)重威脅沿江經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

崩岸的發(fā)生具有很強(qiáng)的空間不確定性和時間突發(fā)性，近年來余文疇^［2-3］、張幸農(nóng)^［4］等通過實(shí)測資料分析、物理模型試驗(yàn)等方法，研究了崩岸發(fā)生的機(jī)理及主要影響因素。宗全利^［5］、張幸農(nóng)^［6］等對江河崩岸的類型與特征進(jìn)行了分類。此外，更多的學(xué)者主要針對具體河段開展河道和岸線監(jiān)測，對河道近期演變和監(jiān)測岸段沖淤變化進(jìn)行跟蹤分析，并對監(jiān)測岸段的岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行分類評估^［7-9］，在此基礎(chǔ)上對可能發(fā)生崩岸的重點(diǎn)岸段進(jìn)行預(yù)測預(yù)警^［10-15］。此類研究有助于掌握岸坡穩(wěn)定性動態(tài)情勢，及時發(fā)現(xiàn)岸坡穩(wěn)定性風(fēng)險，可為采取工程治理及非工程措施提供技術(shù)支撐和前瞻性指導(dǎo)。

本文通過搜集荊江河段岸線現(xiàn)狀、岸坡地質(zhì)條件、護(hù)岸工程情況等基礎(chǔ)資料，在分析河道水沙條件、近岸河床變化情況的基礎(chǔ)上，采用岸坡穩(wěn)定性評估方法對2023年監(jiān)測岸段中可能發(fā)生崩岸的風(fēng)險進(jìn)行了預(yù)測，并根據(jù)2023年荊江河段實(shí)際發(fā)生的崩岸險情對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。

1 典型岸坡基本情況

1.1 典型險工段選取

在綜合考慮荊江河段演變規(guī)律、岸線現(xiàn)狀、岸坡地質(zhì)條件、護(hù)岸工程情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合2021年度荊江河段實(shí)際發(fā)生的崩岸險情，選取荊江河段典型岸段進(jìn)行監(jiān)測，合計(jì)長165.6 km。其中，上荊江河段22段，108 km，主要分布在涴市、沙市、公安、郝穴河段；下荊江河段18段，57.6 km，主要分布在石首、中洲子、熊城河段。選取的岸段中，已護(hù)岸段長137.16 km，天然岸段長28.44 km，其中，上荊江已護(hù)岸段92.88 km，天然岸段15.12 km；下荊江已護(hù)岸段44.28 km，天然岸段13.32 km。

1.2 2022年荊江河段來水情況

2022年，長江發(fā)生流域性嚴(yán)重枯水。特別是7月以來（表1～2），長江流域上中下游同枯，江河來水顯著偏少。7～8月，長江干支流來水量較多年同期偏少40%～70%，上游來水量為1949年以來同期最少，9月上旬干支流來水偏少50%～80%。洞庭湖提前進(jìn)入枯水期，太平口、藕池口提前斷流，各主要水文站點(diǎn)實(shí)測最低水位均打破歷年同期最低記錄。

枝城、沙市、監(jiān)利水文站2022年的最大流量分別為32 000 m³/s（6月9日）、26 500 m³/s（6月30日）、24 500 m³/s（7月1日），最高水位分別為44.48 m（6月29日）、39.56 m（6月30日）、33.52 m（7月1日）。沙市站2022年主汛期平均水位較2021年汛期（7～9月）下降5.36 m，全年水量減少約22%。

2022年1～4月各主要站點(diǎn)水位流量（圖1）基本與2021年相近。進(jìn)入汛期后，在上游水庫群的運(yùn)用體條件下，2022年5～6月水位、流量高于2021年同期。當(dāng)進(jìn)入主汛期后，荊江河段各主要站點(diǎn)的水位、流量較2021年相比大幅度減小。在汛后，2021～2022年各主要站點(diǎn)水位流量逐漸趨近。

2 2022年荊江河段典型岸坡變化情況

2.1 典型岸段岸坡穩(wěn)定性分析方法

采用監(jiān)測導(dǎo)線分析法對選取的荊江河段典型監(jiān)測岸段進(jìn)行分析。監(jiān)測導(dǎo)線為一條平順的多點(diǎn)曲線，位于水下護(hù)岸工程前沿附近，用于反映水下坡腳前沿沖淤變化情況，基本保證經(jīng)過近岸深槽，距多年平均枯水位（12月至次年3月）線約80～120 m。

上荊江選取了包括涴市、郝穴、雷州邊灘、南五洲在內(nèi)的22段監(jiān)測岸段，下荊江選取了包括向家洲、北門口、南碾子灣在內(nèi)的18段監(jiān)測岸段，采用上述方法逐段進(jìn)行分析。限于篇幅，下文以南五洲左緣長江村段、向家洲上段為典型案例分析。

2.2 南五洲左緣長江村段

南五洲左緣長江村段（樁號范圍38+000～35+600）位于郝穴河彎中段的凸岸，龍二淵磯—鐵牛磯岸線的對岸，為未護(hù)岸段。公安河彎的主流經(jīng)西湖廟近岸河床后，向突起洲右緣近岸河床過渡，再經(jīng)耀星民堤段近岸河床進(jìn)入郝穴河彎段。主流線平面位置的變化，使得南五洲左緣長江村監(jiān)測岸段近岸河床的流態(tài)發(fā)生了較大變化，汛期近岸流速明顯增大。2022年10月現(xiàn)場查勘發(fā)現(xiàn)該段發(fā)生大量較為嚴(yán)重的崩岸。

長江村段河道實(shí)測地形資料（表3、圖2）顯示，2006年6月至2022年12月期間長江村段近岸河床呈沖刷的特點(diǎn)，水下坡腳前沿平均沖深4.47 m，樁號37+120～35+600段沖刷集中發(fā)生在2016年10月至2019年11月，水下坡腳前沿平均沖深5.81 m。2021年11月至2022年10月近岸河床淤高，平均淤高0.56 m。

2.3 向家洲上段

向家洲上段（樁號范圍24+250～21+450，全長2.8 km）位于石首河段的左岸，地質(zhì)結(jié)構(gòu)為上層粉質(zhì)黏土下層粉砂層，抗沖能力較差。自1994年6月石首彎道向家洲發(fā)生了撇彎切灘后，向家洲左岸灘地不斷崩塌，至1996年底撇彎新河逐漸發(fā)展成為主河道。三峽水庫蓄水前經(jīng)過一系列護(hù)岸工程的實(shí)施，一定程度上控制了護(hù)岸段的岸坡穩(wěn)定。三峽水庫蓄水運(yùn)用后，壩下游河段長時期的沿程沖刷一定程度上加劇了向家洲段近岸河床沖刷，加快了岸線崩塌。

2013～2015年間，由于航道整治工程的作用，石首河段上段主流線的基本位置發(fā)生改變，近岸水流條件的變化進(jìn)一步加劇了向家洲上段近岸河床的沖刷。從2016年開始，向家洲上段岸線崩塌的強(qiáng)度和范圍比以前更加明顯，到2018年7月，向家洲樁號23+900～23+100段的護(hù)岸工程已崩失。2021汛期該河段近岸河床發(fā)生較大程度的沖刷，導(dǎo)致大面積崩岸。2022年間在向家洲上段樁號22+520～24+120段進(jìn)行了新建和加固，水下坡腳發(fā)生大幅度變化，查勘發(fā)現(xiàn)該岸段出現(xiàn)大量的輕度崩岸。

向家洲上段河道實(shí)測資料（表4、圖3）顯示，向家洲上段近岸河床多年來呈沖刷、岸線崩塌特征，汛前漲水期和主汛期，以近岸河床沖刷、岸坡崩塌為主，汛后枯水期（11月至次年3月）以近岸河床、尤其是近岸深槽的淤積為主。2006年6月至2022年11月期間，向家洲樁號24+250～21+450段近岸河床呈沖刷、岸線崩塌的特點(diǎn)，水下坡腳前沿平均沖深14.64 m；沖刷集中在2016年10月至2018年11月。2021年10月至2022年11月期間，未護(hù)岸段發(fā)生大面積沖刷，平均沖刷深度在2 m以上。

2.4 監(jiān)測岸段岸坡變化情況

采用上述方法對2022年荊江河段監(jiān)測岸段進(jìn)行分析，結(jié)果顯示165.6 km長的荊州長江監(jiān)測岸段中，97.46 km近岸河床沖刷（占比58.8%）。其中，近岸坡腳前沿平均沖刷深度2.0 m以上的岸段有8段，總長8.63 km，分別為：向家洲上段（樁號22+450～21+450，平均沖深2.96 m），北門口下段（樁號12+000～11+000，平均沖深2.72 m），后洲（樁號10+800～9+900，平均沖深2.28 m），八姓洲西側(cè)（樁號BX2+400～BX4+630，平均沖深3.06 m），反咀（樁號20+800～20+000，平均沖深2.68 m），觀音洲下段（樁號562+600～561+940，平均沖深3.25 m），觀音洲下段（樁號561+940～561+500，平均沖深3.45 m），觀音洲下段（樁號561+500～560+800，平均沖深2.82 m）。

3 岸坡穩(wěn)定性評估

3.1 監(jiān)測岸段岸坡穩(wěn)定性等級評估

根據(jù)河道岸坡穩(wěn)定性評價體系設(shè)置的基本原則，初步擬定河岸穩(wěn)定性評價體系分為3個層次：目標(biāo)層、屬性層和指標(biāo)層（圖4）。

（1）目標(biāo)層。

河岸穩(wěn)定性評價的目標(biāo)在于綜合分析各類因素對河道岸坡穩(wěn)定性的影響，對河道岸坡穩(wěn)定現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢予以評價，為崩岸預(yù)警提供參考依據(jù)^［7］。

（2）屬性層。

河岸穩(wěn)定性可從現(xiàn)狀、影響因素及變化過程3方面進(jìn)行評價。

河岸穩(wěn)定性現(xiàn)狀屬性反映了現(xiàn)狀條件下各類影響因子對河道岸坡穩(wěn)定性綜合作用的結(jié)果。

宏觀上，河岸穩(wěn)定性影響因素可從河道邊界條件、水流動力條件和人類活動等方面進(jìn)行分析。河道邊界條件屬性反映了河岸的抗沖性；水流動力條件屬性反映了水流破壞河道岸坡穩(wěn)定性的強(qiáng)弱程度；除突加荷載外，一般情況下人類活動往往引起河道邊界條件和近岸水流條件的變化，從而對河岸穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。可根據(jù)具體河段情況，把人類活動影響歸并入河道邊界條件屬性或水流動力條件屬性。

河岸穩(wěn)定性變化過程屬性反映了水流動力與河道邊界交互作用的過程中，引起的岸坡穩(wěn)定性累積變化過程。

（3）指標(biāo)層。

依據(jù)屬性層提出的分類標(biāo)準(zhǔn)，提出具體的評價指標(biāo)，具體反映各個因素對河道岸坡穩(wěn)定性增強(qiáng)或破壞的程度。指標(biāo)層是評價指標(biāo)體系的最基本組成單元。

以2021年為水平年，按照評分賦值細(xì)則計(jì)算各分段的岸坡穩(wěn)定綜合觀測評分值，按評分值劃分監(jiān)測岸段的穩(wěn)定等級。

河道崩岸風(fēng)險等級綜合評價分值范圍見表5。崩岸風(fēng)險分為3個等級：藍(lán)色岸段、橙色岸段、紅色岸段。藍(lán)色岸段是指岸坡狀態(tài)較穩(wěn)定的岸段；橙色岸段是指存在岸坡穩(wěn)定性風(fēng)險，近期出現(xiàn)崩岸的可能性相對較小的岸段；紅色岸段是指明顯存在岸坡穩(wěn)定性風(fēng)險，近期出現(xiàn)崩岸的可能性相對較大的岸段。

3.2 評估成果

在湖北荊江的165.6km監(jiān)測岸線中，藍(lán)色岸段總長124.3 km、橙色岸段總長33.98 km、紅色岸段總長7.32 km。上荊江橙色岸段數(shù)量為10段、長18.72 km，無紅色岸段；下荊江橙色岸段數(shù)量10段、長15.26 km，紅色岸段5段、長7.32 km。對紅色岸段近岸地形變化趨勢及危險性分析如下：

（1）向家洲上段樁號22+450～21+450段。

向家洲段位于石首河段的急彎段左岸，1994年6月石首彎道向家洲發(fā)生撇彎切灘后，石首河段的河勢發(fā)生了較大幅度調(diào)整。石首彎道上段呈順直喇叭狀，主流左右擺動頻繁，航道邊界不穩(wěn)、礙航。2013～2015年，長江航道局在順直喇叭段的左岸（古長堤）實(shí)施了6座護(hù)灘帶工程，這些護(hù)灘帶工程實(shí)際上具有潛丁壩的功能，并在倒口窯心灘布置魚骨壩，航道整治工程一定程度上控制了石首彎道的上段河勢，河勢演變趨向于彎道頂沖點(diǎn)不斷下移，從而引起石首河段急彎段河身“蠕動”，急彎段進(jìn)口的左岸向家洲岸線上段崩塌、下段淤積，急彎段出口的右岸（北門口下段）岸線崩塌嚴(yán)重。在未實(shí)施護(hù)岸工程前，向家洲樁號22+450～21+450段將持續(xù)目前的演變趨勢，岸線繼續(xù)崩塌后退。

（2）連心垸段樁號2+000～0+000段。

此監(jiān)測段位于調(diào)關(guān)彎道凹岸上彎段，岸坡已實(shí)施護(hù)岸工程。三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，連心垸段近岸河床明顯沖刷下切，2006年5月至2021年11月期間，近岸河床呈沖淤交替趨勢變化，總體沖刷；在年內(nèi)同一水文時段內(nèi)，沿程各分區(qū)段間呈沖淤交替變化（上段沖刷下段淤積或下段沖刷上段淤積）；在年內(nèi)不同水文時段內(nèi)，連心垸段近岸河床沖淤變化主要表現(xiàn)為汛期沖刷、汛后中枯水期回淤的沖淤交替變化特點(diǎn)。2022年調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，連心垸段部分岸段原有護(hù)岸工程損壞，具有明顯將進(jìn)一步發(fā)生崩岸的前兆。

（3）反咀樁號20+800～20+000段。

此段位于下荊江鹽船套順直段左岸，自2014年以來，受廣興洲航道整治工程的影響，主流一直沿位于左岸的反咀岸段近岸河床下行，進(jìn)入荊江門彎道，自然岸坡的地質(zhì)地貌條件有利于長江水流的貼岸沖刷侵蝕。若不采取護(hù)岸措施，此段岸線崩塌將會持續(xù)較長時間。

（4）八姓洲樁號BX2+400～BX4+630段。

此段位于下荊江尾閭（長江中游荊江門至城陵磯河段）熊家洲—七弓嶺兩個反向彎道間的過渡段，基本處在下荊江尾閭的中心部位。該地段深泓逼岸，岸坡較陡；河岸地質(zhì)條件基本是上黏下砂的二元結(jié)構(gòu)，河岸的抗沖刷能力較弱，八姓洲岸段岸線為未護(hù)岸段，河岸邊界處于天然狀態(tài)。受八姓洲邊灘撇彎切割灘現(xiàn)象影響，在未實(shí)施護(hù)岸工程的前提下，此段的岸線崩塌將會持續(xù)較長時期。

（5）觀音洲下段樁號560+800～561+940段。

此段位于觀音洲河彎的凹岸（左岸），觀音洲河彎段地處長江與洞庭湖出流交匯區(qū)域，水文情勢復(fù)雜，尤其是遇到洞庭湖出流水位較低、荊江來流量較大（類似2008年11月荊江冬汛）的水情條件，對觀音洲段近岸河床沖淤變化影響明顯。少數(shù)年份江湖洪流量過程基本同步，大多數(shù)年份是錯峰的，一般來說，洞庭湖的汛期大洪峰流量（七里山水文站）過程比長江大洪峰流量（監(jiān)利水文站）過程要早幾個星期；在洞庭湖出流處于相對低水位、荊江來流處于洪峰流量狀態(tài)的水情條件下，觀音洲段近岸河床明顯沖刷。觀音洲段岸線的崩岸，一定程度上影響位于其下游城螺河段河勢穩(wěn)定。

從分析評估成果的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分布來看，上荊江河段岸坡的穩(wěn)定性較下荊江河段岸坡穩(wěn)定性好。就各河段而言，郝穴河段、石首河段、沙灘子自然裁彎段、中州子人工裁彎段、荊江門急彎段、熊城河段、燕窩河段岸坡穩(wěn)定性較差。

3.3 穩(wěn)定性評估結(jié)果檢驗(yàn)

經(jīng)實(shí)地查勘，2023年度中荊江河段監(jiān)測岸段實(shí)際發(fā)生崩岸險情的險工段共17段，未發(fā)生崩岸的險工段23段，主要分布位置如表6所列，部分典型險工段崩岸現(xiàn)場情況如圖5所示。

其中橙色監(jiān)測岸段中實(shí)際發(fā)生崩岸險情的共計(jì)12段，占橙色預(yù)警岸段的60%，紅色預(yù)警岸段中實(shí)際發(fā)生崩岸的岸段共計(jì)5段，占紅色預(yù)警岸段的100%，藍(lán)色預(yù)警岸段2023年度均未發(fā)生崩岸險情。

4 結(jié) 論

三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，來沙量大幅減少所引起的壩下游河道沖刷具有長期性。河道的持續(xù)沖刷，不可避免會引起河勢調(diào)整和部分河段岸線失穩(wěn)，危及防洪安全，并可能引起其下游河段的河勢朝不利方向演變。通過對近岸河道地形進(jìn)行監(jiān)測分析有助于掌握岸坡穩(wěn)定性動態(tài)情勢，及時發(fā)現(xiàn)岸坡穩(wěn)定性風(fēng)險，為采取工程治理及非工程措施提供技術(shù)支撐和前瞻性指導(dǎo)，起到防患于未然和防災(zāi)減災(zāi)的效果。本文以2022年12月31日為年度統(tǒng)計(jì)截止日期，以2022年10月河道查勘和地形測量的資料為基礎(chǔ)，采用岸坡穩(wěn)定性評估方法對荊江河段岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價，結(jié)論如下：

（1）2022年度荊州長江監(jiān)測岸段（不含荊江三口口門河段）總長165.6 km，發(fā)生過崩岸的岸段長32.6 km。有97.46 km近岸河床沖刷（占比58.8%），其中，近岸坡腳前沿平均沖刷深度2.0 m以上的岸段有8段，總長8.63 km。

（2）在荊江河段165.6 km監(jiān)測岸線中，藍(lán)色岸段總長124.3 km、橙色岸段總長33.98 km、紅色岸段總長7.32 km。其中上荊江橙色岸段數(shù)量為10段、長18.72 km，無紅色岸段；下荊江橙色岸段數(shù)量10段、長15.26 km，紅色岸段5段、長7.32 km。

（3）從2023年荊江監(jiān)測岸段實(shí)際發(fā)生崩岸險情的情況來看，藍(lán)色岸段未發(fā)生崩岸險情，紅色岸段實(shí)際發(fā)生崩岸占預(yù)警岸段的100%，橙色岸段實(shí)際發(fā)生崩岸占預(yù)警岸段的60%，基本符合藍(lán)色岸段岸坡狀態(tài)較穩(wěn)定、橙色岸段近期出現(xiàn)崩岸可能性相對較小、紅色岸段近期出現(xiàn)崩岸可能性相對較大的判斷。

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（編輯：胡旭東）