長江中游藕池口水道河床演變及航道條件分析

1、1462no. 1 serial no. 462長江中游藕池口水道河床演變及航道條件分析閆軍1, 2，付中敏2，陳婧2，劉奇峰2，耿嘉良2（1. 武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072；2. 長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北 武漢 430011）摘要：藕池口水道位于長江中游下荊江首端，河床演變十分復雜，揭示其演變機理并針對性地提出相應(yīng)的治理措施十分必要。藕池口水道在下荊江具有一定的代表性。從實測資料出發(fā)，分析藕池口水道的河床演變特點，揭示其灘、槽演變 規(guī)律，并通過重點分析航道條件，提出治理措施，可為后續(xù)深入研究荊江河段河床演變、礙航特性及航道治理提供參考。關(guān)鍵字：長

2、江中游；河床演變；航道條件；治理措施文章編號：1002-4972(2012)01-0099-06中圖分類號：u 612.21文獻標志碼： ariver-bed evolution and navigation condition of ouchikou waterwayin the middleyangtze river1,22222yan jun , fu zhong-min , chen jing , liu qi-feng , geng jia-liang(1. state key laboratory of water resources and hydropower engineer

3、ing science, wuhan 430072, china;2. changjiang waterway planning and research institute, wuhan 430011, china)abstract: the upstream reach of the lower jingjiang stretch of the middle yangtze river (from guchangdi to beimenkou), alternatively the ouchikou wterway is analyzed based on the field data.

4、because of the complicated fluvial process, it is necessary to reveal the process mechanisms and present regulation methods. based on themeasured data, this paper analyses the characteristics of fluvial process and reveals the process mechanisms of bars and pools. through the analysis of waterway co

5、ndition, the regulation methods are suggested. the results may serve as a reference for future study of the jingjiang stretch.key words: middle reach of the yangtze river; river bed evolution; navigation condition; regulation measure1概述藕池口水道位于長江中游下荊江首端，地處 湖北省石首市境內(nèi)，上起古長堤，下止北門口， 全長約10 km，介于周天河段和碾子灣水道之

6、間， 由上、下2個順直段和1個彎道段組成，是長江中 游重點礙航水道之一（圖1 ）。水道自古長堤以 下逐漸放寬，在其放寬段存在心灘。由于洲灘抗 沖性差，河道演變復雜，1999年以前，水道放寬 段只有藕池口心灘，將該段分為左右兩汊，主流及主航道在兩汊間交替，大部分年份主航道走左汊。2000年以后，放寬段由于泥沙淤積形成倒口窯 心灘，又將左汊分為左槽和右槽，左槽寬深，位置 較為穩(wěn)定，右槽不穩(wěn)定，擺動幅度較大。從多年來 航槽位置分析來看，枯水期主航道一般情況下走左 槽，部分年份臨時改走右槽。當主流走左槽時，淺 區(qū)位于進口段，一般在古長堤至沙埠磯之間；當主 流走右槽時，進、出口的過渡段均存在淺區(qū)。淺區(qū)

7、在洪水期淤積，退水期沖刷。若退水期較長，淺收稿日期：2011-06-24作者簡介：閆軍（1980），男，博士研究生，工程師，主要從事航道整治科研與設(shè)計。區(qū)沖刷幅度大，則枯水期航道條件較好，若退水期較短，淺區(qū)沖刷不力，則枯水期航道條件較差。藕 池口水道處于長江中游宜昌城陵磯航段，現(xiàn)行的 維護尺度為2.9 m80 m750 m(水深航寬彎曲 半徑)，保證率為95%。根據(jù)國務(wù)院批準的長江 干線航道總體規(guī)劃綱要要求，2015年前重點實施 包含藕池口水道在內(nèi)的航道整治工程，到2020年宜 昌城陵磯段最小水深要達到3.5 m1。右汊周而復始地經(jīng)歷著分流比增加深泓挫彎右擺下移流路彎曲增長淤積衰亡的演變周期；

8、 而左汊則相對穩(wěn)定，始終存在，并且作為主汊的 持續(xù)時間較長（圖2）。0 m3 m0 m3 ma1978 b1991 -3 m0 m3 m5 m0 m3 mo n3 nc 1995 e 2ooo 圖2 藕池口水道近期演變圖12河床演變分析22.1 歷史演變藕池口水道河勢2.3 近期演變1994年6月藕池口水道發(fā)生切灘撇彎之后，河 床演變較歷史演變時期有較大的不同，本文將重 點針對切灘撇彎以來的河床演變進行分析。2.3.1 分流分沙比變化在1994 年6 月藕池口水道發(fā)生切灘撇彎后， 右汊曾短暫地作為主汊存在，分流比一度達到近90%，分沙比也遠遠大于左汊，此后，左汊迅速 成為主汊，枯水期分流比超過

9、90%，并作為主汊 一直存在至今，而右汊則分流比不斷減小，枯 水期斷流流量不斷增大，逐漸趨于衰亡。根據(jù) 19972001年的分流比變化情況，19982000年 連續(xù)3 個大水年，左汊迅速發(fā)展，右汊進一步衰 退，尤其是1997年11月1998年11月，在流量相 當?shù)那闆r，右汊分流比由33.53%急劇減至9.05%， 至2001年初在枯水流量下右汊已基本斷流。2.3.2 汊道的變化 藕池口水道汊道的變化主要反映在左、右汊的交替變化以及左汊內(nèi)左、右槽的交替變化，自從有記載的1860年以來，藕池口水道的河勢變化非常活躍，先后發(fā)生過古長堤（1887年）、 河口（ 1910 年）、碾子灣（ 1949 年）

10、和沙灘子 （1972年）4處自然裁彎。而且每次自然裁彎后， 河道又朝蜿蜒的方向發(fā)展，并逐漸變得更加彎曲。2.2 河道演變特點 自20世紀60年代中期以來，藕池口水道演變主要表現(xiàn)為左右汊的周期性興衰交替，伴隨著左岸 的持續(xù)崩退以及藕池口心灘生成、淤長、向右并岸 的變化過程。演變周期為：左汊（19651976年）12年右汊（19771980年）4年左汊（19811984年）4年右汊（19841988年）4年左汊（19881994年）6年右汊（19941997年）3年左汊（1997至今）11年。目前該演變周期是歷史 上主流在左汊時間較長的，且尚未完成。從上述演變過程可以看出本河段的演變特點 主要表現(xiàn)

11、為左、右汊呈現(xiàn)不同的發(fā)展變化規(guī)律： 第 1 期 閆 軍，等：長江中游藕池口水道河床演變及航道條件分析 1011999年以來，左汊內(nèi)左、右槽的交替變化已逐漸演化成本段汊道變化的主要特征。 石首彎道切灘撇彎后，河道發(fā)生劇烈調(diào)整，河道長度減小，水流比降增大，上深槽迅速下 竄，切割藕池口心灘形成新右汊，并且右汊進口 段縱比降大于左汊縱比降（圖3），右汊取代左汊 居于主汊地位（圖4）。1995 1997 年，進口主流不斷頂沖右岸邊 灘，右汊彎頂挫彎大幅度右偏下移，右汊分流比 逐漸減小，至1998年汛后，主流擺回左汊。從圖5、圖6中可以看出， 1995，1996年右汊深泓沙埠 磯至熊家碼頭的過渡段開始逐年

12、淤高，直接影響 到右汊的持續(xù)發(fā)展。至1998年11月右汊進口已淤 -3 m-3 n o n3 n0 m3 mc1994 10 e) 1995 j 圖4 石首彎道切灘撇彎過程變化淺至航行基面上1.4 m，僅在出口段存在深潭。而2008年實測資料表明右汊進口已淤淺至航行基面 上2 m以上，出口段深潭逐漸淤平。353433323130292827262595.100.6101.6100.4220.3371.023 n0.921 97.1195.3000.5450.485240 1995-0220/km30101996-101997-031998-111999-112008-08a圖5 藕池口水道右汊

13、深泓近年平面變化353433323130292827262524-10-5 05101520250.314 0.232 0.843 0.3462.4 3.2/km0.3700.51597.700.81.64.0 4.8 5.6 6.4 7.2 8.00.196 0.2550.4590.30695.100.363 1.384 0.9450.891 0.733 0.3070.4900.8601998-111995-020.4000.941 96.100.448 0.6081.3600.320 1996-10 1999-100.77497.110.779 0.519 0.4230.261 2.221

14、1997-032008-080.37898.1195.300.2970.88797.3001020/km30圖6藕池口水道右汊深泓近年縱剖面變化從圖7可見，在1999年10月右槽剛生成時，呈直線自沙埠磯對開河心向左岸向家臺上900 m過渡 進入下深槽，此后逐年挫彎右擺下移，至2000年11月已右擺約600 m，同時左岸頂沖點下移至向家 臺，到2002年倒口窯心灘并入藕池口心灘前，右 汊最大右擺幅度達1 300 m，而左岸頂沖點則變化 較小，此時右槽深泓線較1999年增長約1 200 m。2003年新的倒口窯心灘生成，新右槽的深泓線大 幅度上提，在1999年10月的老右槽之上，此后，右 槽再次逐

15、年挫彎右擺下移，從典型橫斷面的變化也 可以看出，近期主流位于左槽內(nèi)（圖8），隨著倒b 藕池口水道切灘撇彎后縱比降變化圖3 -3 n -3 m o n 0 m3 n3 mb1993 5 b1993 9 /m/m/m1996 10 00.297 1.044 0.706 0.386 0.256 0.34797.70.481 0.267 0.3600.2890.8850.417 0.3620.772 0.3940.489 96.100.6761.0500.483 0.410 0.382 1.09398.112.9850.2740.84097.3口窯心灘的不斷右移，右槽也隨之不斷右擺。65432007-

16、10211999-102003-08 2000-11 2001-082002-09 2004-100142356789102005-102006-11/m圖9 藕池口段左槽淺區(qū)水位-水深關(guān)系2003-082007-092008-09圖7藕池口水道右槽深泓近年平面變化彎曲淤淺衰退消亡的周期性變化，其水深在不同的演變階段差別較大。從圖 10 中可以看 出，在20072008屆枯水期，右槽中段淺區(qū)在退 水初期沖刷不明顯，到退水中后期時，中段沖刷 幅度加大，最大幅度達6 m ，但下段同時發(fā)生淤 積，最大淤積幅度亦超過5 m，而右槽的進口淺區(qū) 整個退水過程中均沒有發(fā)生明顯的沖刷，其高程 始終在航行基面0

17、 m左右，其演變主要受倒口窯心 灘變化的制約。-15-10-5 0510152007-092008-092009-01圖8 藕池口水道典型橫斷面近期變化2.4 航道條件分析2.4.1 礙航淺區(qū)分析1997年9月17日，藕池口水道上段主航道由右 汊改為左汊，此后，航道一直位于左汊。倒口窯 心灘將左汊分為左槽和右槽。當主流走左槽時， 藕池口水道淺區(qū)位于左槽進口段，一般位于古長 堤至沙埠磯之間；當主流走右槽時，進、出口均 存在淺區(qū)，由于右槽的平面位置變動較大，淺區(qū) 位置不穩(wěn)定，一般位于沙埠磯熊家碼頭之間。圖9 為藕池口水道左槽淺區(qū)水位與水深關(guān)系 圖。由圖中可以看出，該淺區(qū)具有典型的“漲淤 落沖”的演

18、變規(guī)律，且退水期淺灘水深有一個從 緩慢沖刷到明顯沖刷的變化過程，臨界沖刷水位 約為航行基準面以上3 m 左右，一般出現(xiàn)在10 月 底、11 月初左右。從圖中2 個系列的對比可以看 出，雖然淺灘的年內(nèi)演變規(guī)律一致，但在倒口窯 心灘的不同演變階段，淺灘的水深明顯不同， 2003年汛后倒口窯心灘灘體矮小而2007年汛后倒 口窯心灘高大完整，在枯水期相同水位情況下，2007年淺灘水深比2003年大1.8 m。 年際間，由于倒口窯心灘有著生成長大、下移并入藕池口心灘再生成的周期性變化， 右槽發(fā)生相應(yīng)的變化，即生成發(fā)展，下挫右擺 88o1 82o1-1o-5o51o152o253o 2ooo-o 2ooo

19、-o2ooo-1o 2ooo-112oo8-o1圖10 藕池口水道右槽深泓縱剖面年內(nèi)變化2.4.2 礙航特性 當?shù)箍诟G心灘與藕池口心灘相連時，水流在藕池口水道進口放寬段受沙灘束水作用比較集中， 基本不會形成兩槽爭流的局面，在此灘槽條件下， 該水道僅通過調(diào)標即可完成枯水期航道維護工作。 當該水道出現(xiàn)兩槽爭流的情況時，航道維護 工作比較困難。汛期藕池口水道的航道一般位于 左槽，退水初期和中期，由于兩槽爭流，深槽沖 刷發(fā)展速度較慢，容易出現(xiàn)航槽泥沙沖刷不及、 水位退落過快造成的航道水深不足的局面，此時 需根據(jù)深槽發(fā)展方向，選擇合適的槽口，輔以清 障或疏浚手段進行維護，待時機成熟后，進行調(diào) 標改槽。在

20、退水中后期仍要根據(jù)左、右兩槽河床 沖刷變化情況，通過清障及疏浚加大航道維護力度，才能確保該水道枯水期航道暢通。/m/m/m/lno.8 1.6 2.4 3.2 4.o 4.8 5.6 6.4 o.2 8.o88/m 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.21999-102003-08 2005-09200180 n200790 n2008-012008-062004-022007-112004-042003-122004-092007-092003-08 第 1 期 閆 軍，等：長江中游藕池口水道河床演變及航道條件分析 103由于江中洲灘的周期性變化，藕池口水道的航道維護

21、交替出現(xiàn)上述兩種情況，航道條件相應(yīng) 地時好時壞。2.4.3 演變趨勢預測綜合分析河道近期變化特點及本河段演變 特性，預測在自然條件下，受河道邊界條件的限 制，藕池口水道的分汊格局不會改變，將繼續(xù)維 持兩汊并存、左汊為主的局面。近期來看，陀陽樹邊灘將持續(xù)沖刷下移，將 在古長堤至沙埠磯附近淤積成灘體，并不斷下延 右移；倒口窯心灘灘頭及左緣持續(xù)沖刷后退，灘 體下移、右偏，有與藕池口心灘并攏的趨勢；藕 池口心灘頭部及左緣不斷沖刷后退，河道放寬， 水流分散，河道向?qū)挏\方向發(fā)展。三峽水庫蓄水以后，來水來沙條件改變， “清水下泄”導致壩下河道發(fā)生沿程沖刷，雖 然河勢基本格局不會有大的變動，但必將加劇河 床的

22、演變進程，使演變過程變得更加復雜，藕池 口航道存在不穩(wěn)定性，變壞的可能性增大，可能 出現(xiàn)心灘（倒口窯心灘）和低矮邊灘（陀陽樹邊 灘）發(fā)生沖刷，河床向?qū)挏\方向發(fā)展，過渡段水 流進一步趨向扇形發(fā)散，航道條件出現(xiàn)不利變 化；或者出現(xiàn)江中灘體沖蝕（如藕池口心灘左緣 沖刷后退），放寬段出現(xiàn)多槽爭流，各槽均不通 暢的不利局面。3 治理措施3.1 航槽選擇 藕池口水道在古長堤以下為喇叭型放寬段，河段內(nèi)藕池口心灘將水道分成左汊和右汊2 個汊 道，選擇其中的左汊作為通航主汊道。首先，歷 史上主汊在左、右汊道間曾頻繁發(fā)生轉(zhuǎn)換，但總 體看來，左汊作為主汊的時間較右汊作為主汊的 時間要長得多。其次，20世紀90年代中

23、期左汊發(fā) 展成為主汊以來，其主汊地位保持至今，而右汊 在三峽水庫蓄水運用后衰退明顯，故從目前河勢 及航道維護的角度來看，左汊作為通航主汊道也 比右汊要好。另外，左汊的航線距離要遠比右汊 近，因此，從航槽布置合理性和經(jīng)濟角度考慮， 通航主汊道也應(yīng)確定為左汊。從目前的兩槽分流情況來看，左槽的分流遠遠高于右槽；從航道條件及航道維護的角度來看，目前左槽的航道條件要遠遠優(yōu)于右槽；而從近5年來航道維護情況來看，航道布置也一直位于左槽。 綜合考慮這些因素，選取左航槽為主航槽。3.2 治理思路沒有穩(wěn)定的洲灘及航道邊界就沒有穩(wěn)定的 航槽，當前引起藕池口水道航道條件存在不穩(wěn)定 性的主要原因是江中灘體尤其是藕池口心

24、灘的沖 刷后退，航道邊界穩(wěn)定性差，導致該水道灘槽格 局出現(xiàn)連鎖性反應(yīng)。要想從根本上解決藕池口水 道的礙航問題，進一步提高航道尺度，必須通過 工程措施，穩(wěn)定基本的河道格局，形成有利的灘 槽形態(tài)。即藕池口水道航道整治的總體目標為： 在已建工程的基礎(chǔ)上，通過實施一定的工程措 施，形成并穩(wěn)定良好的灘槽格局，消除航道向不 利方向轉(zhuǎn)化的因素（避免因心灘灘體沖刷降低、 灘頭后退造成的主流擺動頻繁、多槽爭流等不利 局面）；穩(wěn)定航道邊界，促進主航道的穩(wěn)定和發(fā) 展；達到3.5 m150 m1 000 m的航道尺度，改 善船舶航行條件。目前由于三峽水庫蓄水運用導致荊江河段河 勢進一步調(diào)整，藕池口水道的河勢也在不斷的

25、調(diào) 整過程中。并且由分析可知，藕池口水道洲灘演 變復雜，可動性強，洲灘演變受到多方面因素的 影響，特別是三峽水庫蓄水運用后局部洲灘的調(diào) 整變化更為劇烈，因此，其航道整治工程方案不 宜一步到位。近期應(yīng)該從穩(wěn)定河道邊界，使河道 河勢不發(fā)生大的變化著手，即通過工程措施對河 道內(nèi)關(guān)鍵部位進行控制，穩(wěn)定基本的灘槽格局， 避免三峽水庫正常蓄水運用后不利局面的出現(xiàn)， 維持目前較為有利的灘槽形態(tài)和較好的航道條 件。后期工程則可以根據(jù)三峽水庫蓄水運用后的 實際影響及下階段河勢控制規(guī)劃的確定，充分考 慮局部河勢調(diào)整的變化趨勢，選擇有利于防洪和 航道的發(fā)展方向，適時采取后續(xù)工程，促使河道 及航道向有利的方向發(fā)展，從

26、根本上解決本河段的航道問題，使之達到規(guī)劃確定的尺度要求3。3.3 整治工程方案及效果4一期工程方案主要是通過守護天星洲洲尾、 陀陽樹邊灘、藕池口心灘左緣中段以及沙埠磯至 夾河口岸線，初步穩(wěn)定水道左汊進口的灘槽格局和航道邊界。一期工程推薦方案具體布置如下：在陀陽樹邊灘上布置四道護灘帶；對對岸天星洲洲尾左緣下段進行守護；對藕池口心灘左緣中段 進行守護；穩(wěn)定主航道右邊界，阻止河道進一步 向?qū)挏\方向發(fā)展；并為后期航道整治工程的實施 奠定基礎(chǔ)；左岸沙埠磯至夾河口岸線實行護岸守 護，方案平面布置見圖11。o n3 n#51# #o n3 n圖12 一期工程實施后工程效果圖河道向?qū)挏\方向發(fā)展，航道條件出現(xiàn)不利變化趨 勢，若不加以控制守護，進口放寬段將出現(xiàn)多槽 爭流，各槽均不通暢的不利局面。結(jié)合藕池口水道的礙航特性，提出了航道總 體治理思路，但考慮到藕池口水道演變的