長江中游荊江航礙航問題及治理對策

1、長江中游荊江航礙航問題及治 理對策 作者:日期:長江中游荊江航道礙航問題及治理對策-建筑論文長江中游荊江航道礙航問題及治理對策嚴(yán)軍1何大偉1李泮營2趙文龍1（1.華北水利水電大學(xué)，河南 關(guān)B州450001 ; 2.河南省水土保持監(jiān)督檢測總 站，河南關(guān)B州450011 ）【摘要】荊江航道是整個長江通航條件較差的河段，嚴(yán)重制約著長江航道的 整體通航水平，必須進(jìn)行整治。在工程實施的過程中必須兼顧荊江防洪， 既要提 高水深，又不能雍高水位影響防洪。本文就荊江航道比較典型的沙市河段出現(xiàn)的 礙航問題進(jìn)行剖析，闡述了三峽工程蓄水運(yùn)用前后對下游荊江航道造成的影響， 并提出了相關(guān)的治理對策。關(guān)鍵詞荊江航道；三峽

2、；長江；對策基金項目：鄭州市創(chuàng)新型科技領(lǐng)軍人才項目（121PLJRC527 ）。作者簡介：嚴(yán)軍（1971 ）,男，湖北武漢人，教授，主要從事河流動力學(xué)及 工程泥沙研究。0引言荊江航道位于長江中游，上起湖北宜昌枝城，下至湖南城陵磯，全長347.2km , 以藕池口為界分為上、下荊江其中上荊江全長約171.7km為微彎分漢型河道，下荊江長約175.5km為典型的蜿蜒型河道（見圖1）。由于河床性質(zhì)特殊，航道 變化劇烈，存在沙市太平口、馬家嘴、周天、碾子彎、窯監(jiān)等 10余處礙航灘段。 荊江河段航道蜿蜒曲折，洲灘?W變劇烈，航道維護(hù)困難。1960年以來，該河段枯水期航道維護(hù)水深一直保持在 2.9m ,大

3、大低于上下游同期航道維護(hù)水深，歷 來是長江航道的“瓶頸”河段。2000年以來，荊江河段實施了一系列規(guī)模較大庫運(yùn)用以來，荊江河段來沙量大幅減少，局部河道河勢發(fā)生一定程度的調(diào)整， 對荊江河段的水流運(yùn)動特性帶來較大的影響，也引起了社會的廣泛關(guān)注。il r圖1荊工河段河磬即荊江河段航道治理現(xiàn)狀及礙航原因.1荊江河段航道治理現(xiàn)狀2001以來，荊江河段先后實施了 12個航道整治項目，其中2001年到2005 年期間完成了 3個項目，2006年到2010年期間開展了 9個工程。經(jīng)過10多 年的航道整治建設(shè)，雖然荊江河段的沙市、瓦口子、馬家嘴、周大、藕池口、碾 子灣、窯監(jiān)等8處重點河段的航道條件明顯改善， 航

4、道能力通航提高，中游不暢 的問題得以緩解。但是局部河勢的變化仍較為劇烈，其中以沙市河段變化最為 劇烈，將在下文重點介紹。1.2荊江航道礙航原因荊江航道上荊江為微彎分漢河道，由三個右向河灣和三個左向河灣以及連接各彎道間的順直過渡段組成。所以本河段同時具有微彎放寬和分漢的河道特征。水流經(jīng)過放寬段時，流速減小，水流挾沙能力弱，因此泥沙容易在此淤積從而導(dǎo)致 航深不足；在分漢河段由于水流彎曲的漢道口附近產(chǎn)生壅水，使得比降和流速都 減小，因此泥沙易在漢道口落淤而形成淺區(qū)，影響通航。比較典型的河段是沙市河段，本文選取這個河段進(jìn)行分析：沙市河段上起陳家灣，下至玉和坪，全長約22 km,屬順直微彎河型。按河道特

5、性, 河段可分為兩段：上段(陳家灣至筲箕子)為銜接上游宛市彎道的直線過渡段，河道 內(nèi)分布有太平口心灘及左右槽；下段(筲箕子至玉和坪)為三八灘微彎分漢段，心灘 周期沖淤變化。可以從水沙輸移的特性和環(huán)流結(jié)構(gòu)這三個個角度分析該河段礙航問題：(1)從水沙輸移的特性來看，由于順直放寬都是一些寬窄相間的藕節(jié)狀，水流為適應(yīng)這些寬窄相間的分布，在汛期和枯期寬段和窄段的比降、流速、挾沙能 力等水力要素表現(xiàn)出了截然相反的特征。在汛期放寬段水流漫灘，比降、流速、 挾沙力小于束窄段，泥沙易淤積，從而形成淺灘，造成礙航。而枯期放寬段水流 歸槽，比降、流速、挾沙力大于束窄段，汛期淤積泥沙得以沖走，造成河床沖刷， 也在一定

6、的程度上造成礙航。(2)從河道中的環(huán)流結(jié)構(gòu)來看，沙市河段內(nèi)包含順直單一、順直放寬、分漢、 彎曲分漢等多種形態(tài)的河段，環(huán)流和橫向輸沙強(qiáng)度的差別在于河段的彎曲程度， 而流量變化更會造成汛枯期環(huán)流結(jié)構(gòu)、泥沙沖淤的顯著變化。因此，在不同流量 和不同的彎曲程度下環(huán)流結(jié)構(gòu)和泥沙沖淤是復(fù)雜多變的，這也是造成礙航的一個 原因。由以上分析可知，在荊江航道造成礙航的原因是：水流經(jīng)過順直放寬段時流速 減小使得泥沙在此落淤形成淺灘，造成礙航；另外，在洪水期，航道內(nèi)的心灘、 邊灘的沖淤下移使得淺灘位置不固定和形式多變也是導(dǎo)致荊江航道礙航的原因。三峽工程蓄水運(yùn)用對沙市河段的影響三峽工程于2003年6月已開始蓄水運(yùn)用，20

7、09年具備按照最終規(guī)模（正常 蓄水位175米）運(yùn)行的條件。三峽工程蓄水運(yùn)用后，改變了整個荊江河段原有的 水沙特性，使原本保持平衡的水沙條件被打破。上荊江河段首當(dāng)其沖地面臨清水 下泄沖刷的影響，導(dǎo)致上荊江河段河床沖刷幅度增強(qiáng)、崩岸強(qiáng)度加大。根據(jù)有關(guān) 單位3提供的資料統(tǒng)計成果，三峽工程蓄水運(yùn)用以來，上荊江河段共發(fā)生崩岸 44 處，崩長33.85 km,遠(yuǎn)大于三峽工程蓄水運(yùn)用前的29處及崩長10.66km。下荊江 為典型的蜿蜒型河道，在自然條件下河勢就極不穩(wěn)定， 分漢河道重多，加之三峽 蓄水運(yùn)用后對上荊江造成的影響，必將會給下荊江整治造成更加嚴(yán)重的困難。2 .1 三峽工程蓄水前演變特點自沙市河段形成

8、雙分漢河勢格局至三峽水庫蓄水前，河段最顯著的變化就是新老三八灘的交替興衰。在老三八灘時期，上段自形成順直分漢河段以后，北槽分 流比始終保持占優(yōu)，太平口心灘也逐漸淤長成穩(wěn)定的江心灘。下段微彎分漢段在90年代以前，北漢為主漢，進(jìn)入90年代后，上游來沙量大幅減少，河床產(chǎn)生沖 刷，三八灘明顯后退，過渡段河道展寬，主流頻繁擺動，該段開始出現(xiàn)兩漢爭流 的局面（見圖2）。2 . 2 三峽工程蓄水后演變特點沙市河段是最早受三峽水庫蓄水后，水庫的攔沙作用使得下游河道普遍沖刷,到?jīng)_刷影響的沙質(zhì)河段。受兩岸護(hù)岸工程的作用，河段整體河勢格局保持穩(wěn)定， 但局部發(fā)生了一些明顯變化：順直分漢段繼分漢格局形成以來， 首次發(fā)生

9、主支漢 易位；微彎分漢段主漢雖然基本穩(wěn)定在南漢， 但北漢在特大水沙條件下呈發(fā)展趨 勢，北漢進(jìn)口附近淤積形成楊林磯邊灘， 其他洲灘也發(fā)生較大幅度的變形 （見圖 3）。國3三歲藹水以來沙市同稹邊津心源變化2 . 3 演變機(jī)理順直分漢段順直分漢段洲灘主要包括太平口心灘和臘林州邊灘。從演變特點來看，三峽水庫蓄水后順直分漢段河槽雖然年內(nèi)延續(xù)了 “洪淤枯沖”的變化規(guī)律，但受次飽和水流作用，總體而言太平口心灘及南北槽均處于沖刷狀態(tài)。 其中，北槽年內(nèi)沖淤 幅度較大，南槽較小，但年際累積沖刷幅度南槽則大于北槽。 從演變內(nèi)在機(jī)理來 看，水動力條件、特殊河床邊界及上游來沙改變是造成上述變化的重要原因。三峽水庫蓄水前

10、洪、中水流量級下，太平口心灘段的大流速均居于北槽， 枯期兩漢 流速基本相當(dāng)；三峽水庫蓄水后，各個測次水文測驗資料表明，僅當(dāng)流量接近或 大于20000m3/s時主流位于北槽，且南北槽最大流速差大幅度減小，中水主流則右擺至南槽。年內(nèi)南北槽沖淤延續(xù)了三峽水庫蓄水前“洪淤枯沖”的變化特 點，因此中枯水期主流位置對河槽沖刷有決定性的影響。微彎分漢段從本河段的演變機(jī)理來看，仍主要受河段水動力條件、來沙情況、灘槽格局及 其相互作用的影響。從水動力條件來看，由于沙市河段兩分漢段之間的過渡段較 短，不同流量下微彎分漢段主流分布延續(xù)了上游順直分漢段的特點，微彎分漢段年內(nèi)水動力條件也呈現(xiàn)主流大水取走北漢、分流比再次

11、減小造成主支漢發(fā)生易位。從灘槽格局變化及其相互作用來看，中小水走南漢的變化特點。由于 2005 以后連續(xù)出現(xiàn)中小水年，有利于南漢發(fā)展，北漢分楊林磯邊灘的形成原因在于微 彎段灘體沖刷后河道展寬及上游北槽分流比的減小， 結(jié)果導(dǎo)致北漢分流比的再次 下降。使得這一河段在枯水期礙航異常嚴(yán)重。上述分析表明：三峽水庫蓄水后，主流分布特點的調(diào)整及水沙條件變異是造成 河段內(nèi)灘槽沖淤變形的一個決定性因素。 除此之外，北槽局部河床抗沖性也是南 北槽主支易位的重要原因。對策荊江航道之所以歷來是長江航道的“瓶頸”河段是因為該河段上分布了眾多的分漢、蜿蜒的河道。而往往發(fā)生礙航的河段恰恰都是在這些彎曲分漢、蜿蜒和連接彎曲分

12、漢的順直過渡的河段。 這是因為這些河段往往都是水流條件不好， 河 段邊界條件也不穩(wěn)定。所以要想使整個長江航道的通航能力得到提升，必須要解 決荊江這個“瓶頸”問題。三峽工程蓄水以來順直放寬和彎曲分漢連接河段大多 存在洲頭低灘沖刷的不穩(wěn)定因素。因此，提出如下治理對策：在順直過渡河段，由于其演變特點：水流在進(jìn)入分漢河段前，受下游收束斷面， 順直過渡段在漲水過程中比降、流速減小，水流輸沙能力降低，泥沙落淤，形成 淺灘，造成礙航。例如前面分析的沙市河段上段就屬于這類情況，另外大星周、 監(jiān)理、大馬洲等河段都是典型的此類情況。整治的原則：首先，最基本的是固定這些淺灘河道實施疏浚工程，實現(xiàn)在枯水期能達(dá)到通航水

13、深的要求對于蜿蜒型河道，自然狀態(tài)下的蜿蜒河段大多都是彎道的曲率半徑過大或過小，過渡段過長或過短。這樣的河段必然會產(chǎn)生不良的水流結(jié)構(gòu)和泥沙運(yùn)動，需要治理。治理的原則可分為兩大類：a）穩(wěn)定現(xiàn)狀，防止其向不利方向發(fā)展；b） 改變現(xiàn)狀，引導(dǎo)其向有利方向發(fā)展。對于穩(wěn)定現(xiàn)狀采取的主要措施是保護(hù)彎道凹 岸，防止彎道繼續(xù)發(fā)生惡化。對于改變現(xiàn)狀采取措施時，應(yīng)該根據(jù)水流和泥沙的實際情況對彎道和過渡段進(jìn)行改善： 在彎道內(nèi)切除凸嘴、調(diào)整曲率半徑、擴(kuò)大水 面寬度、在過渡段束窄局部河道等。對那些水流和泥沙條件特別差、礙航嚴(yán)重的 河段可以進(jìn)行人工裁彎取直。例如 1966年的中洲子裁彎工程、1968年的上車 灣裁彎工程（見圖

14、4）。在決定進(jìn)行人工裁彎時，必須是經(jīng)過的各方面的論證，保證裁彎后能滿足國民經(jīng)濟(jì)所提出的要求。 要對上下游、左右岸、近期和遠(yuǎn)期產(chǎn) 生的有利和不利影響要進(jìn)行研究。裁彎結(jié)束后要對新河、老河、上下游段進(jìn)行觀 測，以確定裁彎后水流、泥沙、河床沖淤、河道平面形態(tài)等對較遠(yuǎn)河段的影響?！鞍倌陥D4長江下荊江裁彎工程在分漢型河道，對那些滿足通航條件的分漢型河段可以進(jìn)行穩(wěn)定， 使其不會進(jìn)步惡化；對已經(jīng)礙航的分漢型河段就必須進(jìn)行改善措施， 以達(dá)到滿足通航要求。a）穩(wěn)定措施：在分漢型河段上游節(jié)點處、漢道入口處、彎曲漢道中局部沖刷段 及江心洲首部和尾部修建整治建筑物（見圖 5）。例如，為了防止崩岸，可以修 建護(hù)岸工程。

15、在江心洲首部修建上分水堤，尾部修建下分水堤等。b）改善措施：包括調(diào)整水流和調(diào)整河床兩方面。 整治措施包括修建順壩和丁壩，疏浚和爆 破等。在一些分漢河段，為了滿足通航需求，可以采取塞支強(qiáng)干的整治措施。在 實施堵塞漢道的工程時，應(yīng)該選擇逐漸衰退的漢道加以堵塞。堵塞漢道的措施常 常是修建順壩和丁壩。圖5 改善雙道工程措施示意圖結(jié)論荊江航道演變劇烈，順直過渡段和彎曲分漢河段航道是否礙航主要取 決于順直段放寬率及下游漢道進(jìn)口處河寬、彎曲半徑及可發(fā)育條件等。三峽蓄水運(yùn)用以來荊江航道礙航的主要原因是連接彎曲分漢段的順直過 渡段主流的變化以及彎曲分漢段主流的走彎， 導(dǎo)致這些河段處洲灘不穩(wěn)，容易造 成礙航。汛后洲灘灘形散亂、束水作用弱以及水流分散也是導(dǎo)致荊江航道通航條 件差的一個重要原因。荊江航道治理工程的重要依托和基礎(chǔ)是穩(wěn)定河勢，根據(jù)荊江航道上不 同的河段類型：