沙市河段演变分析

林青萍 吴立健

(长江水利委员会荆江水文水资源勘测局,湖北武汉 434000)

沙市河段演变分析

林青萍 吴立健

(长江水利委员会荆江水文水资源勘测局,湖北武汉 434000)

文章根据作者多年从事水文河道的工作经验对沙市河段演变进行分析探讨,主要对河道的演变和河道冲刷与淤积进行详细分析,仅供同行参考。

沙市河道 演变

1 河道基本情况

1.1 工程地质

根据湖北省水文地质工程地质勘察院2006年1月编制的《荆州市盐卡(二期)综合码头工程地质勘察报告》,本河段地貌位置属于低平原长江北岸冲积堰堤式高漫滩,上部①～③单元土体以杂填土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土为主;④单元土体以粉质粘土为主;⑤单元土体以粉砂为主;⑥单元土体为细砂层;⑦单元土体为卵石层;⑧单元土体为圆砾层;⑨单元土体为卵石层。

1.2 现有水利工程及其它设施情况

荆江大堤上起荆州枣林岗下迄监利城南,全长182.4Km(桩号628-810+400),堤面宽8～12m,荆江大堤沙市段堤面高程45m左右,内坡坡比为1:4,外坡坡比为1:3。

河段右岸是荆南长江干堤,全长109.9km。荆南长江干堤上起松滋市查家月堤(桩号712＋500)跨越虎渡河、藕池河、调弦河,下止于石首市五马口(桩号497＋680)。堤内坡坡比为1:4,堤外坡坡比为1:3,堤面宽2～5m。

本河段有学堂洲围堤,堤面高约41.3m,宽5～8m,内坡坡比为1:4,外坡坡比为1:3:柳林洲围堤,堤面宽10m,堤顶高约43.8m,内外坡比为1:3。

1998年大洪水后,水利部逐步启动了荆江河势控制应急工程,在荆江两岸分别实施了荆江大堤的整险加固、荆南长江干堤的防渗护岸,上述护岸工程的实施对稳定荆江河势起到了重大作用。

长江右岸设有荆江分洪工程主体工程之一北闸。北闸是一座分洪闸,位于太平口下,1952年建成,共54孔,每孔尺寸为18×5.5m,设计流量为8000m3/s;南闸是一座节制闸,位于虎渡河黄山头,共32孔,每孔尺寸为9×10m,设计流量为3800m3/s。

观音寺闸。该闸位于740+750处,开敞式3孔,每孔净宽3m,净高3.3m,闸底高31.76m(吴淞冻结),最大设计流量77m3/s。

1.3 水利规划及实施安排

根据《长江流域防洪规划》(国务院2008年7月21日批复),长江中下游防洪总体布局:合理地加高加固堤防、整治河道,逐步安排建设平原分蓄洪区,加快兴建干支流水库,加强上游水土保持,完善非工程防洪措施建设。

表1 沙市河段应急工程护岸工程布置表

表2 三峡水库运用后沙市水位预测下降值 单位:m

沙市河段近期的水利规划及设施主要有以下几个方面:(1)南水北调引江济汉取水口位于拟建码头工程上游约27km处的龙州垸,引江济汉工程已于2010年3月正式开工建设。(2)1998、1999年大水后,荆江河段局部河势发生了较大的变化,再加之三峡水库蓄水,清水下泄,坝下游河段发生冲刷,荆江首当其冲,崩岸时有发生。为稳定河势,水利部启动了荆江河势控制应急工程,护岸主要采用水上护坡、抛石、沉排等型式,护岸布置见表1。

其中荆江大堤桩号760+200～746+822,护脚长度9268m,护坡改造1075m,主要工程量:水下抛石86.28万m3,房屋拆除1.02万m2,砼预制块0.052万块。桩号746+822～743+556,护脚长度3151m,主要工程量:水下抛石86.28万m3,沉排面积28.39m2。桩号746+822～743+556,护脚长度1935m,主要工程量:水下抛石7.30万m3。上述护岸工程的实施,对维持沙市段河势的稳定发挥了重要作用。

根据《长江流域防洪规划》,长江中下游以1954年洪水作为总体防洪标准,其中沙市防洪设计洪水位为:45.00m(冻结吴淞),42.85m(1985国家高程基准,以下简称85高程基准)。

2 河道演变

2.1 历史演变

近代前,涴市至沙市为顺直分流分汊河道,沙市以下为弯曲分汊河道。观音矶以上河段主泓因来水情况变化移动频繁,洲滩随着水流变化冲淤消长。1788年沙市段始建护岸工程,观音矶以下一带岸线稳定,观音矶成为弯道凹岸的控制点。柳林洲岸线大致与现今沙市市区段岸线成一直线。

受边界条件控制,近二百年来虽局部河道有所摆动,但沙市河段河道平面形态变化不大。至1900年, 随着上游 涴市河弯的变动(1876年 前大埠街至 涴市为较顺直的单一河道,其后河道向右摆动),沙市至万城堤段近岸河床开始逐年淤积,形成学堂洲。

表3 2002年以来沙市站实测枯水位下降值 单位:m

表4 沙市河段冲淤量计算成果表

2.2 近期演变

沙市河段由太平口过渡段和三八滩、金城洲微弯分汊段组成。1959年沮漳河出口人工改道上移800m至新河口处,1993年学堂洲围堤加高,其口门上移至临江寺,成为现今较为固定的微曲的平面外形。1950年代以来,本河段河势基本稳定,河道演变主要表现为河段内局部深泓线摆动、洲滩消长及主支汊易位等。

近期以来,沙市河段岸线较为稳定,局部岸坡略有崩岸险情发生。

1990年代以前,崩岸范围较广,主要分布在弯道凹岸及顺直过渡段的贴流段。如学堂洲、柳林洲段,崩岸主要发生在1966～1993年。学堂洲段一度崩岸长约6km,最大崩宽达220m;右岸的西流湾(三八滩右汊)崩岸,主要发生在1970年代初。2000年汛后至2001年汛前,右岸陈家台至新四弓段外滩发生了近2km长的崩岸。2001年后,随着应急工程实施,新增护岸长约8km,至此本河段鲜有崩岸险情发生;岸线基本稳定。

2.3 近期河道演变总结及演变趋势分析

沙市河段多年来总体河势基本稳定。受来水来沙变化、水利工程以及交通设施建设等影响,河段内局部有所调整。如太平口心滩近年发育又消长,主泓由左转右;三八滩萎缩,汊道段滩槽冲淤交替,金城洲冲刷萎缩。三峡水库蓄水运行后,由于长江上游来水来沙发生改变,尤其是含沙量大幅减少,荆江河段普遍冲刷,沙市河段河床出现较强冲刷,深泓下切。

根据长江科学院三峡水库下游宜昌至大通河段冲淤计算结果,三峡水库运用后,荆江河段发生强烈冲刷,同流量下沙市水位下降。具体计算结果见表2。计算结果预测,三峡水库蓄水运行后,荆江河段除河槽冲深外,局部河段可能出现主流横向较大摆动、岸坡失稳。但受两岸护岸工程控制,河床横向发展受到制约,总体河势基本稳定。

近年来,根据实测资料计算,三峡水库蓄水运行7年以来,沙市站枯水期同流量级水位下降值与数模计算值基本相当。(见表3)。

3 河道冲刷与淤积计算

河段冲淤量采用了荆江河段多年来固定断面测量资料进行计算。计算方法采用断面法。

断面法计算河段漕蓄量的公式为:

式中:V………漕蓄量,单位:104m3;

Ai………第i个横断面面积,单位:m2;

ΔLi………第i～i+1横断面之间间距,单位:m。

根据1966～2008年实测水道地形及固定断面资料,用断面地形法计算出整个沙市河段(荆25～荆52断面)枯水河床、基本河床、平滩河床和高水河床(相应宜昌流量分别为5000m3/s、10000m3/s、30000m3/s、50000m3/s水面线下河床)。河床冲淤成果见表4。

计算结果表明:1966～2008年沙市河段总体上持续冲刷,总冲刷量为1.465×108m3,冲刷主要集中在枯水河床,平滩流量水面线以上河床表现为淤积。从时段上看:下荆江裁弯期(1966～1975年),河床总冲刷量为0.226×108m3;裁弯后期(1975～1980年),沙市河段表现冲槽淤滩,总冲刷量为0.180×108m3;葛洲坝运用期(1980～1991年),该河段表现为冲槽淤滩,总冲刷量为0.172×108m3;1991～2002年,该时段主要受上游来沙量减少的影响,沙市河段发生较大冲刷,总冲刷量为0.554×108m3;三峡水库蓄水初期(2002～2008年),河段受水库蓄水影响发生强烈冲刷,河床表现为冲槽淤滩,总冲刷量为0.333×108m3,冲刷主要集中在蓄水初期。