新水沙情势下长江中下游干流岸线保护研究——以扬中市2017年江堤崩岸治理为例

栾 华 龙，刘 同 宦，高 华 峰2，杨 光 荣，林 木 松

(1.长江科学院 水利部江湖治理与防洪重点实验室，湖北 武汉 430010； 2.镇江市工程勘测设计研究院，江苏 镇江 212050)

河流岸线是陆地与河流水体的分界线，具有独特的空间结构和生态功能，是沿岸城镇防洪安全屏障及社会经济发展的重要载体，因此兼具重要的环境属性和社会属性[1]。长江中下游上起宜昌，下迄长江河口原50号灯标，干流岸线全长5 047 km，沿江地区是长江经济带建设的核心依托区域，具有丰富的资源优势和良好的区位优势[2]。岸线保护是长江流域综合治理的重要内容，也是贯彻落实河长制工作中河流岸线精细化管护的必然要求。

20世纪50，60年代以来，长江中下游持续开展了以护岸工程为主的河道治理工作，逐步完成了荆江、武汉、南京等重点河段河道整治工程及大量的中下游护岸工程，对直接危及重要堤防的崩岸段和少数河势变化剧烈的河段进行了系统治理。经过60余年的河道治理研究与实践，对崩岸机理的认识及护岸工程技术均取得了丰硕成果[3-5]。目前，长江中下游河势及岸线已基本稳定，防洪能力及航道条件均有所提升[6]。

然而，随着三峡工程及其上游干支流控制性水利水电枢纽的相继建成和运行，长江中下游水沙情势发生显著变化，引起坝下游河床长时间、长距离的冲淤变化[7-8]，河道崩岸强度与频率呈增大趋势[6]，给沿岸防洪安全和经济发展带来不利影响。陈敏等[9]梳理了近年来长江中下游河道崩岸特征及应急整治措施；张慧等[10]分析了长江韦源口河段团林崩岸，提出了该河段今后治理措施；针对崩岸频发情形，邓宇等[11]提出了多波束测深系统、三维激光扫描仪等先进崩岸监测技术。目前针对岸线保护与利用对崩岸的响应研究还不多。因此，亟待深化对新水沙情势下长江中下游干流岸线保护措施与机制的认识。

本文在梳理近年来长江中下游干流水沙情势变化及崩岸情况的基础上，以2017年11月8日发生的扬中市指南村江堤崩岸为例，说明该崩岸险情发生的原因及应急治理工程方案，并以此为启示探讨长江中下游干流岸线保护。

1 新水沙情势下长江中下游干流崩岸情况

新水沙情势是指近十几年来在全球气候变化的大背景下，受三峡工程等长江上游控制性水库运用、水土保持工程、南水北调工程等人类活动的影响，长江中下游来水来沙量及水沙年内、年际过程呈现出的复杂的趋势性变化[12]。水沙情势的变化引起河道冲淤调整和滩槽格局的变化，进而对河势稳定、通航条件、岸线利用等产生一系列影响，尤其局部抗冲性较差的岸段在水流持续顶冲作用下崩岸险情频发。

1.1 水沙情势变化

长江中下游干流控制站宜昌、汉口和大通站多年平均径流量在三峡水库拦蓄前(1950～2002年)分别为4 369亿，7 111亿m3和9 052亿m3，而蓄水后(2003～2017年)分别减少7.3%、4.3%和4.6%。径流量的年内分配变化主要受水库调节作用的影响，表现为“削峰补枯”，包括洪季水库拦峰和汛期过后蓄水引起7～10月均下泄流量减少，枯季水库向下游补水使1～3月下泄流量有所增大[3]。

输沙情势的变化包括输沙量锐减和三峡水库下泄泥沙粒径减少及沿程恢复两个方面。宜昌、汉口和大通站多年平均输沙量分别由三峡水库蓄水前(1950～2002年)的4.92亿、3.98亿t和4.27亿t锐减至蓄水后(2003～2017年)的0.358亿、1.01亿t和1.37亿t，减少幅度达92.7%、74.6%和67.9%。输沙量减幅沿程递减表明坝下游输沙量得到一定程度的沿程恢复。如图1(a)所示，三峡水库蓄水前长江中下游宜昌至大通沿程各站输沙量并无趋势性变化，而蓄水后输沙量沿程递增，增加的泥沙量主要来自坝下游的河道冲刷补给，进而引起枯水位下降[13]。同时，泥沙粒径也存在沿程恢复作用，坝下游悬沙中值粒径较蓄水前增大。输沙量的年内分配情况同样发生了显著变化，以大通站为例，如图1(b)所示，三峡水库蓄水后全年所有月份的平均输沙量均减小，且洪水期减少尤其显著，汛期沙峰基本消失，洪枯季输沙量和水体含沙量差异减小，长江中下游形成清水下泄之势。

1.2 河道冲淤变化

三峡水库蓄水前长江中下游干流河道整体上处于自然演变状态，1981～2002年宜昌至徐六泾的干流河道平滩河槽冲刷泥沙0.520亿m3，年均冲刷量仅为0.025亿m3，冲刷主要发生在枯水河槽，总冲刷量为10.480亿m3，枯水位以上滩槽则淤积泥沙9.960亿m3，表现为“冲槽淤滩”，河床冲淤总体上呈现相对平衡[14]。

2003年三峡水库蓄水以来，长江中下游干流河道冲淤相对平衡被打破，河床在清水下泄作用下发生长时期、长距离的大幅冲刷调整，尤其坝下游的荆江河段冲刷强度最大。2002～2017年宜昌至湖口段累计冲刷量约21.240亿m3，年均冲刷1.420亿m3，河床平均冲深1～3 m，尤其在极端洪水的作用下2016年冲刷强度是年均值的3.3倍；2001～2016年湖口至徐六泾段冲刷16.490亿m3，年均冲刷量1.100亿m3[15]。

图1 三峡水库蓄水前后干流水文站输沙量变化Fig.1 Sediment load before and after the impoundment of Three Gorges Dam

河槽持续冲刷引起部分河段河势发生较大变化，如上荆江的三八滩汊道段、下荆江调关弯道段、熊家洲弯道段主流摆动导致切滩撇弯现象和镇扬河段世业洲左汊的加速发展等。演变最剧烈的荆江河段，枯水流量持续时间缩短引起弯曲河段凹岸由蓄水前的淤积转变为冲刷，中水流量持续时间延长，主流对弯顶下游的顶冲作用增大，造成近岸河床冲刷加剧，岸坡变陡[3]。长江下游镇扬河段，作为江心洲分汊河段，在清水冲刷作用下世业洲和和畅洲左右汊均发生冲刷下切，对河势稳定和堤防安全造成威胁。

1.3 近期崩岸情况

长江中下游为冲积平原，河道崩岸是河岸二元结构在水流累积作用下的自然演变过程，并且主要发生在抗冲性较差的迎流顶冲段。三峡水库蓄水后，随着水沙情势变化及河势调整加剧，长江中下游出现新的崩岸险情，频度和强度明显大于蓄水前。据不完全统计，2003～2015年长江中下游河道共发生崩岸险情826处，崩岸总长度643.6 km，主要位于蓄水前的崩岸段和险工段范围内[16]，崩岸类型包括弧形窝崩、条形倒崩、坡面滑挫和枯水平台塌陷等形式。近期发生的崩岸将产生诸多危害，有些崩岸位于干堤堤脚附近，威胁防洪安全；有些崩岸位于重点控制节点，影响河势稳定；还有些崩岸位于岸线洲滩，危及基础设施的安全[9]。

近60 a来，长江中下游开展了大量崩岸研究和治理工作，尤其对直接危机重要堤防安全和少数河势变化剧烈的河段进行了治理，取得了一定的社会、经济和环境效益。截至2017年，长江中下游仍约有840 km的崩岸险段[9]。

2 扬中市2017年江堤崩岸及应急治理

2.1 崩岸险情与抢护

2017年11月8日05：00左右，扬中河段太平洲左缘(扬中市三茅街道指南村)泰州大桥上游约1.5 km处江岸发生较大尺度窝崩，崩岸从外滩向长江干堤迅速延伸，11：20长江干堤开始坍失，至18：00崩岸基本趋于稳定。崩岸造成江岸线坍失540 m，坍失主江堤440 m，坍江最大进深190 m，坍入主江堤堤后最大距离51 m(见图2)，坍失房屋9户、江堤涵洞1座，坍失面积9.733 hm2。

崩岸形成的窝塘呈“Ω”形状，属于典型的“口袋型”崩窝(见图2)。断面上窝塘近岸边坡较陡，坡比一般在1∶1.5～1∶2.0，局部陡于1∶1.0，窝塘中间较平缓，底高程一般在-20～-30 m(1985高程系)(见图3)。

图2 扬中市2017年江堤崩岸基本情况(单位：m)Fig.2 Information of the Yangzhong bank collapse in 2017

本次崩岸的规模、强度之大十分罕见。险情发生后，政府立即组织相关部门实施抢险工程，包括在主江堤后方约150 m处抢筑高1.5 m、总长1.5 km的临时子堤(图2)，以及水下抛石和格宾石笼护岸、沉树头石促淤等窝塘治理抢险工程。抢险工程有效抑制了险情的进一步发展，至11月24日窝塘内岸线崩退情况已明显减缓，崩岸坍势已得到基本控制，为下一阶段干堤复建和岸线守护应急治理工程创造了条件。

图3 崩窝断面近期变化Fig.3 Variation of the section at the bank collapse site

2.2 崩岸原因分析

根据崩岸河段近期河道演变分析，结合地质勘探资料，认为本次扬中江堤崩岸的原因主要包括以下两个方面。

(1) 局部河势调整、近岸河床持续冲刷下切和近年大洪水作用是崩岸发生的主要动力因素。从近年崩岸处的河床冲淤变化看，多年来嘶马弯道弯顶向下游发展，受河道整治工程的作用，目前基本稳定在其出口段的高港灯标附近，但出口处的左侧深槽冲深，并向左扩展，从而使上游左岸嘶马弯道过渡到太平洲处的主流顶冲位置由二墩港附近下移到目前的三墩港即本次崩岸附近，该处河道深槽近年持续遭受冲刷(见图4)。

图4 崩岸段河床冲淤分布(单位：m)Fig.4 Erosion/deposition patterns of the river segment near the bank collapse site

受航道整治工程鳗鱼沙心滩守护工程的影响，崩岸段潜洲分流区及左右槽过渡段深泓相对稳定。在上游来水来沙条件发生较大变化且水流持续顶冲的影响下，近年崩岸段近岸-20～-40 m深槽扩大刷深并向岸边逼近，局部形成了高程近-60 m的冲刷坑。本次崩岸段从河道平面形态上看处于岸线向外凸出的顶点，也是承受水流顶冲的位置，加之二墩港至泰州大桥江段历史上从未进行过抛石守护，以上几个综合因素的影响是形成成本次崩岸的主要原因。

近年来，特别是2016年，长江下游发生较大洪水，大通站实测最大流量70 700 m3/s，年径流量为10 450亿m3，为1998年以来的首位，大于45 000 m3/s(河段平滩流量)的时间达到120 d，年输沙量为1.52亿t相对较小；2017年来水也相对偏丰，汛期大通站实测最大流量也达到70 100 m3/s。这2 a来水量均较大，输沙量仍处于较低水平(见图5)，大水的造床作用显著，在一定程度上加快了近期河道冲刷。

图5 大通站2016～2017年来水来沙过程Fig.5 Flow and sediment discharge during 2016～2017 at Datong Station

(2) 河岸固有的地质组成是窝崩发生的内在因素。根据地质勘探结果，崩岸处的河岸为二元结构，其上约10 m厚为为黏土(粉质黏土)层，而下部的粉砂或细砂层厚度超过40 m。这种河岸组成抗冲能力相对较强，在一般的水流条件下不易发生崩岸。但当水流及河床冲刷达到一定强度后下部沙层受到淘刷，而使上层黏土层逐渐悬空，到一定程度后整体倒塌形成崩窝，这是造成本次严重崩岸的重要原因。这也是长江中下游常见窝崩发生的地层结构条件。

2.3 崩岸应急治理与岸线守护

扬中江堤保护着扬中市34万人口的生命财产安全，而抢险工程修筑的临时子堤只能满足2018年4月底以前的挡水要求，抢险子堤在抢险条件下形成，其质量也难以满足永久堤防要求；抢险期间对崩岸段处理主要着眼于险情控制，难以满足度汛要求。因此，政府部门立即组织开展崩岸应急治理工程实施方案的编制，工程内容包括干堤复建和岸线守护工程两个方面，其任务是恢复崩塌的江堤，对崩岸段及邻近一定范围的江岸进行除险加固，切实保障扬中34万人口的生命财产安全。

经过河道演变分析、数模计算和充分的方案比选，最终确定工程规模及布置方案如下[17]。

(1) 干堤复建工程。拟定复建堤线走向基本与原主江堤平行，相距约200 m，以“S”弯与原主江堤平顺衔接，转弯半径均为300 m，复建堤防长1 331 m，同时上游衔接处的两座泵站需要拆除重建。

(2) 岸线守护工程。包括窝塘治理和窝塘上下游河道岸线守护工程，前者采取的工程措施为在抢险工程窝塘口门和窝塘区域内侧沉树头石，缓流促淤；后者工程措施为二墩港上游约500 m至窝塘口门上游约590 m及窝塘下肩下游175 m至泰州大桥下约100 m进行散抛块石护岸，守护长度分别约1 910 m和1 475 m，之间包括窝塘口门的岸坡采用1.1 m厚格宾石笼加强守护，并与上下游平顺衔接。工程新建护岸长度共计4 150 m，抛石护岸面积28.49万m2，陆上护坎抛石3.51万m3，水下护岸抛石面积28.84万m3，水下护岸格宾石笼5.09万m3。

工程已于2018年5月底顺利完工，复建堤防为扬中提供了汛期安全保障，窝塘上下游新护岸线抑制了该河段新的崩岸险情发生。

3 对长江中下游干流岸线保护的启示

长江集“黄金水道”和“黄金岸线”于一体，岸线资源丰富，但受到经济社会发展阶段的制约和历史条件的限制，岸线总体利用率高，利用格局不尽合理，新老问题交织重叠。按照“共抓大保护、不搞大开发”和“生态优先、绿色发展”的总体原则，随着长江经济带发展重要战略的深入推进和落实，对长江岸线保护与开发利用提出了新的要求和管护发展方向。

岸线的安全稳定和绿色生态是长江沿岸社会经济高质量发展的基础，崩岸治理和生态岸线恢复是这一基础的具体体现。江苏省扬中市本次严重崩线险情再次突显出崩岸治理的迫切性，同时也对长江中下游干流岸线保护给出了以下几点启示。

(1) 在持续低来沙量条件下，长江中下游干流河道滩槽总体上均处于冲刷状态，尤其局部河段近岸河床冲刷，如果不加以防护，冲刷一旦累积到一定程度就可能发生崩岸险情。受气候变化影响，长江中下游极端洪水时有发生，而洪水期和汛后落水期往往是崩岸强烈时段[4]，与河道贴岸冲刷叠加是近年来发生严重崩岸的重要原因。崩岸发生后，由于上游来沙不足，窝塘回淤和促淤还滩难度增大，许多大型窝塘如无工程措施干预往往只能维持崩窝后地形。因此，需要开展崩岸后岸线功能恢复的研究和整治工作。

(2) 护岸工程是河道治理的重要内容，长江中下游在过去60多年实施了大量护岸工程，新水沙情势对护岸提出新的要求，需根据近期河道演变特征和趋势分析结果，梳理已建护岸工程的分布和运行情况，对重点河段进行逐一排查，确定岸坡稳定性的风险等级，重点关注崩岸高风险岸段，提早采取工程措施加以守护，争取实现长江中下游干流重点河段崩岸有效控制的全覆盖。

(3) 崩岸的影响因素涉及面广且错综复杂，各个因素之间互相联系、互相制约[4]，因此精确的崩岸预测预警仍存在较大困难。随着长江中下游河道监测、分析研究及崩岸治理工作的深入，积累了丰富、全面、系统的资料，不断加深了对河道演变规律和趋势的认识。通过开展多学科综合研究，进一步揭示清水冲刷条件下不同河段崩岸机理和发生条件，同时借助卫星遥感影像、无人机航拍监测、无人船快速测量等技术手段，加强崩岸发生地点的预判分析，进而提出合理的崩岸预测方法和指标体系。目前，安徽省已开展长江安徽段崩岸预警工作，向社会公开发布预警信息，取得了良好的经济和社会效益[18]，包括荆江河段、南京河段在内的部分河段也开展了崩岸预警方法的探索[19-20]。下阶段需持续开展河道监测，加强河道综合整治，加大崩岸治理投入，建设崩岸预警信息化平台，形成岸线监测、预警和监管的全链条长效机制。

(4) 随着我国生态文明建设的推进和河湖长制全面落地，河湖岸线的精细化管护成为必然趋势。2018年开展的长江干流岸线保护与利用专项检查行动形成岸线利用现状和问题的基础数据库和项目台帐，为下阶段清理整改、执法监管创造条件，同时有助于崩岸段的岸线保护。

(5) 长江干流岸线利用总体呈现生产生活岸线居多、生态岸线偏少的利用格局，落实河长制工作中严格水域岸线生态空间管控的要求，需要加大生态岸线和城市景观岸线建设的投入，研发环境友好型护岸工程技术，在崩岸治理中兼顾生态需求，为实现“美丽长江”及“河畅水清岸绿景美”的目标做出贡献。

4 结 语

长江中下游干流岸线是沿江防洪安全屏障和经济发展的载体，对岸线资源的保护与合理开发利用是河道综合整治的重要内容。三峡水库蓄水运行以来，长江中下游水沙情势发生显著改变，尤其来沙量锐减引起河道长时段、长距离冲刷，河槽下切、洲滩萎缩，崩岸频度和强度呈增大趋势，危及岸滩稳定和堤防安全。

以2017年11月扬中市指南村江堤(太平洲左缘)崩岸为典型案例，通过分析近期河道演变特征和崩岸点地层结构，认为在上游河势调整影响下，崩岸段河道持续冲刷下切，深槽贴岸及河岸典型二元结构是崩岸的主要原因，2016年和2017年连续2 a的大洪水作用加快了崩岸的发生。险情发生后实施了窝塘抢护，以及干堤复建和崩岸上下游岸线守护工程等应急治理工程，工程已在2018年汛前完工并实现成功度汛。此次崩岸险情对长江中下游崩岸治理及岸线保护具有一定启示作用，来沙不足将增大崩窝促淤还滩难度，下阶段应加强崩岸高风险岸段的排查，建立覆盖重点河段的崩岸预警信息化平台，探索形成水域岸线保护的长效机制。