三峡水库蓄水后荆江大堤险工段近岸河床演变分析

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(长江水利委员会水文局 荆江水文水资源勘测局，湖北 荆州 434020)

1 荆江大堤护岸险工段概况

1.1 荆江大堤护岸险工段分布

荆江大堤位于荆江北岸，上起荆州市荆州区枣林岗(桩号810+400)，下止监利县城南(桩号628+000)，全长182.4 km，不仅是江汉平原和武汉市的防洪屏障，同时也是长江中下游重要堤防。荆江大堤护岸工程有着悠久的历史：早在公元1465年，对沙市盐卡附近的黄滩堤做了少量护岸石工；1788年在沙市附近修建了杨林矶、黑窑厂矶和观音矶；至1852年修建了郝穴矶、渡船矶、铁牛下矶、铁牛上矶、龙二渊矶、柴纪矶、箭堤矶和杨二月矶；1860年修建了灵官庙矶；1913年修建了冲和观矶和祁家渊矶；1915年修建了黄灵垱矶；1928年在监利城南修建了一、二、三矶。险工护岸段位于荆江大堤迎流顶冲、无外滩或滩宽很窄的堤段，主要有沙市城区段、盐(卡)观(音寺)段，祁(家渊)冲(和观)段、灵(官庙)黄(林垱)段、郝(穴)龙(二渊)段等，全长约14.3 km。荆江大堤险工段稳定与否历来备受有关学者和部门关注。险工河段河势见图1。

1.2 险工河段河道近期演变概况

三峡水库蓄水以来，沙市河弯总体河势基本稳定，但洲滩汊道演变剧烈。太平口过渡段深泓线基本稳定靠右岸下行。2002，2006年三八滩分汊段主泓线走右汊，2008年后走左汊。由于三八滩萎缩，洲头上部主流摆幅达500 m。三八滩下游至柳林洲主泓线摆幅较大，柳林洲以下主泓线基本贴左岸，摆幅很小，见图2(a)。

图1 险工河段河势图

三峡水库蓄水以来，郝穴河弯河道平面形态基本稳定。主泓线自弯道进口从右岸杨厂过渡到左岸冲和观后至铁牛矶一直贴左岸，河弯下段自铁牛矶逐渐过渡至右岸。除弯道进口和下段过渡段摆幅较大外，弯顶段主泓线摆幅很小,见图2(b)。

三峡水库蓄水后沙市河段、郝穴河湾所在的公安河段枯水河床大幅下切。根据固定断面观测成果计算，沙市、公安河段2002年10月至2012年10月枯水河槽(宜昌流量5 000 m3/s水面线下河床)冲刷量分别达0.96亿m3和0.91亿m3，分别约占平滩河床(宜昌流量30 000 m3/s水面线下河床)冲刷量1.04亿m3，0.98亿m3的92%和93%，枯水河床平均冲刷深度分别约1.8 m和1.6 m。

图2 沙市和郝穴河弯主泓线平面变化图

从典型横断面变化看，三峡水库蓄水后沙市河弯三八滩汊道横断面冲淤变化主要表现在三八滩萎缩、左汊大幅冲刷和右汊摆动，主要表现为低水河床冲刷，见图3(a)。郝穴河弯典型横断面冲淤变化主要表现在25 m以下河床(包括深槽和低矮边滩)整体冲刷，冲刷深度1.5～2.0 m，见图3(b)。

图3 险工段典型横断面冲淤变化

2 险工段选择及其代表性

荆江大堤险工段较长，且矶头较多。考虑险工所处河段河型和矶头型式等差异，选择荆江大堤沙市段观音矶、盐观段杨二月矶、郝穴段龙二渊矶等为典型矶头，开展险工段近岸河床演变分析。

观音矶位于沙市河弯中部、三八滩左汊左岸，为直立条石干砌形式，矶高约10 m，矶身直立伸入江中约150 m，系代表受汊道周期性演变影响而发生近岸河床冲淤变化的典型矶头。杨二月矶位于盐观段上段、金城洲汊道进口左岸，为条石矶头形式，矶高约6 m，突出江中约80 m，代表平顺段矶头近岸河床冲淤的特性。龙二渊矶位于郝穴河弯弯顶，由4个相距80～100 m低于大堤顶约8 m、突出江中约40 m的块石潜坝群组成，代表受弯道水流顶冲部位矶头近岸河床冲淤情况。

3 险工段近岸河床演变

3.1 险工段深泓线平面变化

3.1.1 沙市险工段

沙市城区险工段位于三八滩汊道左岸，堤外无滩，主流迎流顶冲，深泓贴岸，建有观音矶、二郎矶和刘大巷矶。该段深泓线平面变化主要受三八滩消长变化影响。三峡水库蓄水后，观音矶附近和刘大巷矶以下深泓线走向稳定，年际摆幅在30 m以内；观音矶下游1 km范围受三八滩右移影响摆幅较大，但没有趋势性变化。如图2(a)所示。

3.1.2 盐观险工段

盐观险工段位于沙市河弯尾端，金城洲汊道左岸，建有杨二月矶和箭堤矶。三峡水库蓄水后，金城洲逐渐与右岸并岸，右汊仅高水过流。该段岸线相对顺直，堤外无滩，深泓线贴岸而行，走向稳定。三峡水库蓄水后，深泓线摆幅有限，在50 m以内。如图2(a)所示。

3.1.3 郝龙险工段

郝龙险工段位于郝穴河弯弯顶，建有龙二渊矶和铁牛矶。该段为上荆江河道最窄河段，枯季河宽700 m左右，右岸发育南五洲边滩，北岸荆江大堤堤外无滩，水流常年贴岸。三峡水库蓄水后，该段深泓线走向稳定，仅下段深泓线摆幅在150 m左右。如图2(b)所示。

图4 不同近岸断面年际冲淤变化

3.2 近岸断面年际冲淤变化

沙市险工段近岸河床变化长期受三八滩汊道冲淤影响，汊道左汊发育、三八滩滩体冲刷右移，则该段近岸冲刷，否则淤积。年际冲淤变化见图4。

三峡水库蓄水后，观音矶下腮半江近岸断面总体呈现冲刷态势，10 a来断面最低点降低约10 m，水下岸坡变陡，见图4(a)。

表1 典型矶头不同年份近岸边坡统计

盐观险工段近岸河床变化多年来受金城洲汊道冲淤影响，但长期以来汊道左汊为主汊。三峡水库蓄水后，虽然金城洲左缘冲刷，但该段杨二月矶下腮半江断面岸坡小幅冲刷，总体呈稳定状态，10 a来断面最低点基本没有降低，水下岸坡有所变陡，见图4(b)。

郝龙险工段位于郝穴弯道弯顶，该段堤外基本无滩，水流顶冲岸坡。三峡水库蓄水后，龙二渊矶下腮近岸断面岸坡小幅冲刷，水下岸坡有所变陡，但断面最低点逐渐淤高，其原因与1998年大水后的2000年矶头枯水岸坡加固密切相关，见图4(c)。

图5 不同断面年内冲淤变化(2009—2011年)

3.3 近岸断面年内周期性冲淤变化

险工段近岸河床年内周期性冲淤变化选取代表性断面中水年2009年和枯水年2011年汛前、汛期和汛末施测半江断面进行分析。实测资料表明:沙市城区险工段和盐观险工段近岸河床年内周期性变化均表现为涨冲落淤规律，沙市城区段中水年2009年的特征比枯水年2011年更明显，幅度相对较大，见图5(a)和图5(b);郝龙险工段中水年份如2009年，表现为涨淤落冲，与该河段江面较窄有关，而枯水年份表现不明显，见图5(c)。

3.4 险工段近岸岸坡坡比变化

荆江大堤护岸工程历史悠久，经历次加固，水下抛石量较多。由于水下抛石均按延缓坡比进行加固，经过不断调整，至2002年矶头附近水下岸坡已相对稳定[1-2]。三峡水库蓄水后，沙市段观音矶、盐观段杨二月矶、箭堤矶和郝龙段龙二渊矶、铁牛矶下腮水下岸坡明显变陡，其中杨二月矶和龙二渊矶下腮水下岸坡坡比小于1∶2.5，龙二渊矶甚至小于1∶2，处于极陡状态；刘大巷矶下腮水下岸坡变化不大。说明三峡水库蓄水后，枯水河床冲刷对部分险工段近岸岸坡稳定产生不利影响，见表1。

3.5 险工段冲刷坑变化特征

3.5.1 冲刷坑面积及最深点高程变化特征

冲刷坑的冲刷深度和面积是冲刷坑形态重要特征之一，代表河床受局部水流结构冲刷变形的程度。冲刷坑面积、深度和距离岸坡距离大小是关系到岸坡稳定与否的重要指标。表2为典型冲刷坑汛期面积及最低点高程统计。由表2可知：三峡水库蓄水后，沙市城区险工段观音矶冲刷坑(10 m等高线)表现为蓄水期前3 a面积增大、高程降低，其后基本保持稳定；盐观段杨二月矶冲刷坑(5 m等高线)和最深点高程没有明显趋势性变化；郝龙段龙二渊矶冲刷坑(0 m等高线)则表现为面积急剧缩小，最深点高程增大。

表2 典型冲刷坑汛期面积及最低点高程统计

3.5.2 冲刷坑横向摆动特征

表3为典型矶头不同年份冲刷坑标准岸距统计。该统计数据表明，三峡水库蓄水后，从年际变化看，观音矶冲刷坑有离岸趋势，10 a约外移35 m；杨二月矶和龙二渊矶冲刷坑在较小范围内摆动，没有明显趋势性变化。从年内变化看，观音矶冲刷坑由于受矶头挑流作用明显，多数年份表现为汛期外移，枯季内靠；由于盐观段河道相对较顺直，且矶头规模较小，挑流作用较弱，杨二月矶冲刷坑年内摆动幅度很小；郝龙段龙二渊矶处于弯道顶端，冲刷坑横向摆动幅度较大，多数年份汛后外移，至汛前内靠。

3.5.3 冲刷坑面积与最深点关系

险工段矶头规模、挑流作用强弱和所处局部河段河型不同，冲刷坑的面积差异很大。沙市段观音矶突出弯顶约150 m，汛期挑流作用明显，冲刷坑面积及变化幅度远大于杨二月矶和龙二渊矶冲刷坑。三峡水库蓄水后，观音矶冲刷坑(10 m等高线)面积与最深点高程之间有较好的相关关系，而杨二月矶冲刷坑(5 m等高线)和龙二渊矶冲刷坑(0 m等高线)面积与最深点变化幅度较小，二者间没有良好的相关关系，见图6。

图6 3个典型矶头冲刷坑面积与最深点高程关系

3.6 险工段近岸河床演变影响因素

荆江大堤险工段近岸河床演变与水沙条件变化、河势变化、河型和矶头型式等均有密切关系。

(1) 虽然蓄水前各险工段不断进行加固，经过不断调整，至蓄水前水下岸坡已相对稳定[1]，但三峡水库蓄水后，坝下游水流含沙量大幅减少，枯水河床强烈冲刷，沙市、公安河段枯水河床分别平均下切约1.8 m和1.6 m，而荆江大堤险工段均处于迎流顶冲段，深泓贴岸，故险工段近岸河床普遍表现为近岸岸坡冲刷，水下岸坡变陡，最低点高程降低等特征。

(2) 险工护岸段近岸河床演变还受所处河段河势变化[3-4]和河型影响。如沙市城区险工段处于三八滩左汊左岸，其中段主流线摆动较大，且冲刷坑的冲淤变化明显受到三八滩左右汊变化的影响；盐观险工段所处河段相对平顺，主泓线走向稳定，三峡水库蓄水后变化相对较小；处于郝穴河弯的郝龙险段矶虽长期受到弯道水流作用，迎流顶冲较强，但河宽较窄，其演变表现出与其他2段不同的特征。

(3) 各险工护岸段近岸河床演变还因矶头型式和规模不同表现为不同的演变特征。沙市观音矶高大且突出河床150 m，挑流左右强烈，冲刷坑面积及最低点高程变化幅度远大于其他矶头。龙二渊矶虽然为矶头群，但因其规模较小、突出江中距离不大，其近岸河床演变较小。

(4) 从水文条件看，不同的水文年表现出不同的规律。三峡水库蓄水后，水库调峰作用明显，枯季流量加大，中水持续时间延长，期间除2006年和2011年荆江出现特枯水，其他年份均为中大水年份。在中大水年，近岸河床变化幅度大，小水年则较小。

4 结 论

(1) 三峡水库蓄水后，虽然荆江总体河势稳定，但由于坝下游枯水河床强烈冲刷，荆江大堤险工段近岸河床普遍表现为近岸岸坡冲刷、水下岸坡变陡、最低点高程降低等特征，对险工护岸稳定带来一定挑战。

(2) 由于各险工段所处河段河势、矶头型式和规模等不同，各险工段近岸河床演变规律不同，主要表现在沙市段受三八滩汊道演变剧烈和观音矶挑流作用强，近岸河床年际、年内变化较大，而盐观段和郝龙段则相对较小。

(3) 随着三峡水库蓄水时间延长，荆江河段将处于长时段冲刷，枯水河槽将继续大幅冲深，可能使险工段近岸岸坡继续大幅冲刷，滩槽高差加大，岸坡逐渐失稳，可能引发崩岸险情。建议加强护岸工程巡查和动态监测，及时开展护岸工程出险原因的调查分析及对策研究。

参考文献：

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