长江中游调关水道演变规律及趋势分析

余新明，李雨晨

（1.长江航道局国家内河航道整治工程技术研究中心,武汉430010；2.河海大学港口海岸与近海工程学院，南京210098）

长江中游调关水道演变规律及趋势分析

余新明1，李雨晨2

（1.长江航道局国家内河航道整治工程技术研究中心,武汉430010；2.河海大学港口海岸与近海工程学院，南京210098）

通过实测资料系统分析了长江中游调关水道演变特点，重点对三峡蓄水后调关水道演变规律进行了分析，并研究了调关水道未来演变趋势。结果表明，调关水道河床由中细沙组成，河岸为粘性土和沙组成的二元相结构，河段自然属性较强，历史上河床在自然条件下主要表现为凹岸崩坍、凸岸淤长，弯顶缓慢下移。三峡工程运行后，来沙减少，枯水流量增加等因素影响，原淤积性凸岸发生冲刷，河道总体流速降低，且弯道进口区域由于凸岸冲刷，水流趋直，弯道环流作用减弱，导致了凹岸淤积。随着三峡蓄水后来沙持续减少，弯道段凸冲凹淤的趋势将会持续。

凸冲凹淤；三峡蓄水；裁弯取直；调关水道

调关水道位于长江中游的下荆江中部，上起南堤上、下迄八十丈，全长16 km，河道自鲁家湾出碾子湾水道后经顺直过渡段逐渐进入调关弯道段，弯道段河道逐渐放宽，凸岸侧有成型淤积体季家咀边滩，凹岸侧肖家拐一带有浅包存在，调关镇一带存在挑流矶头，河宽急剧缩窄。出调关矶头后，经调关下段的顺直、窄深过渡段进入莱家铺弯道（图1）。调关水道为典型的蜿蜒型河段［1-2］，河道进口主流沿左岸贴岸而下，进入调关弯道后逐渐过渡至右岸，后沿右岸进入莱家铺弯道。

图1 调关水道河势图Fig.1 River regime of Tiaoguan waterway

1 河段概况

自20世纪70年代初沙滩子自然裁弯［3］以来，调关水道调整较为剧烈，主流摆幅较大，调关弯道进口段的浅滩也随之变化，至20世纪90年代中期，调关水道进口处河道走势及滩槽格局逐渐稳定下来。三峡工程蓄水运用后，弯道段凸冲凹淤的态势日益凸显，季家咀边滩冲退，使得弯道段航道弯曲半径日益减小、河槽向枯水双槽方向发展，虽然航道尺度满足维护要求，但行船隐患较大。因此，研究调关水道演变特性，是认识并解决调关水道碍航问题的基础。

2 河床演变及航道条件变化

2.1 历史演变

历史上本河段两岸边界处于自然状态，河道边界对水流控制作用较弱，演变十分剧烈，具有典型蜿蜒河道的变化特点［4］。

1756年，调关水道相对顺直（图2）；但自藕池口（1860年）、调弦口（1870年）两分流口形成后（原仅太平口、藕池口分流），本河段洪枯水泄量均大大减小，河弯顶冲点洪枯变幅缩小，水流造弯作用加强，同时受调关矶头及下游塔市驿一带山岩的影响，至1869年逐步出现了沙滩子、调关、中洲子等弯道，1912年，沙滩子弯道发生了一次裁弯，1934年，新形成的沙滩子与中州子弯道再度发育成牛轭形，20世纪60～70年代，相继发生了中洲子人工裁弯（1967年）、沙滩子自然裁弯（1972年）。由上述河势变迁可见，调关水道历史上基本处于自然状态，河岸稳定性很差，河床横向摆动剧烈，弯道容易发育得过于弯曲，裁弯后又容易形成新的弯道，具有典型的蜿蜒河道变化特点。

2.2 近期演变

2.2.1 三峡工程蓄水前演变特点

自沙滩子和中洲子裁弯［3］至三峡蓄水前，调关水道河道演变特点主要表现为以下几点：调关水道进口段经裁弯取直后逐渐调整，滩槽格局逐渐稳定下来。弯道段横向及纵向的冲淤调整较为剧烈，弯顶段河槽及主流走向变化较大，航槽不稳。20世纪70～80年代，为沙滩子裁弯后调整期，调关矶头以上河段表现为河道走势的剧烈调整。分析可知，沙滩子一带为调关水道进口，在1973年该区域弯道较急，由于水流的切割作用，至1981年向家台一带岸线逐渐崩退，河道0m线，3m线和5m线逐渐趋于平顺。至1995年，调关水道进口处河道走势及滩槽格局逐渐稳定下来。河道进口段走势的调整对于调关弯道段走向影响也极为明显，裁弯初期，由于进口急弯段弯道环流作用，水流出进口弯道后向右岸偏移，左侧黄石坦至季家咀一带出现大范围边滩。随着向家台的逐步冲刷崩退，弯道环流作用减弱，调关弯道段进口水流趋于顺直，冲刷黄石坦一带边滩滩体，至1995年，仅调关弯道区域老关上至季家咀一带有边滩存在。随后，季家咀边滩进入冲淤交替状态，同时，右岸肖家拐一带潜洲则随着季家咀边滩的冲退（淤涨）而逐渐淤积（冲刷），与季家咀边滩形成对开局面。如1973～1981年，右岸肖家拐一带尚无潜洲出现；1995年随着季家咀边滩冲刷，一方面河道整体流速降低，有利于右岸侧的淤积，另一方面，季家咀边滩冲刷，弯道段上中段水流趋直，弯道环流减弱，右岸侧淤积出现潜洲；1996年季家咀边滩淤长，则潜洲消失；1998年季家咀边滩受大水切滩作用大幅冲刷后退，潜洲再次出现。上述冲淤调整充分表明，调关弯道区域滩槽格局稳定性较差，随着凸岸边滩的冲淤调整，凹岸侧航槽随之发生剧烈变化。

2.2.2 三峡蓄水后演变特点

三峡工程蓄水以来，年径流量变化不大，但沙量大幅减小，下泄水流挟沙将长期处于次饱和状态［5］。同时年内枯水流量有所增加、汛末蓄水造成退水过程加快，本河段内滩槽格局的稳定性进一步变差。主要表现为以下几点：

三峡蓄水后，调关弯道季家咀边滩冲刷，调关矶头以上深泓左摆，航道弯曲半径变小，断面形态向枯水双槽方向发展。三峡工程蓄水以来，调关水道总体河势稳定，但河道局部冲淤调整仍较为明显。主要表现为弯道段凸岸边滩的进一步冲蚀，航槽弯曲半径的进一步减小。结合冲淤及河势变化情况可以看出，弯道段凸岸季家咀边滩冲刷剧烈，平均冲刷幅度均在5m以上，凹岸侧深槽大幅淤积。河道滩槽格局的变化较好的反应了上述冲淤调整特点，季家咀边滩大幅度冲刷后退，2002～2006年季家咀边滩0m等深线最大后退度达230m，2006～2009最大后退420m（图3），0m线面积由蓄水初期的1.88 km2缩小为0.56 km2，面积缩小约2/3；3m线后退幅度与0m线相当，2002～2006年季家咀边滩附近3m线左岸后退最大幅度达300m，2006～2009年3m线后退约550m。受季家咀边滩面积大幅缩小影响，滩体对水流的约束作用进一步降低，主流左摆、取直，顶冲点下移，为弯道凹岸侧肖家拐一带的心滩淤长提供空间。2004年8月，肖家拐一带凹岸侧出现浅包，浅包高程在航基面下4m左右；次年浅包进一步淤积，洪水期浅包最大高程在0m以上，枯水期有所刷低；至2008年，枯水期浅包高程也能稳定在0m以上，弯道段基本形成枯水双槽格局。

图2 下荆江河段历史演变图Fig.2 Historical evolution in lower Jingjiang river

从深泓变化可以看出（图4），2002～2009年间，季家咀边滩区域深泓线逐年左摆，其中浅包大幅度淤长的时期也是深泓左摆幅度最大的时期，最大左摆幅度在600m以上。边滩中下段，临近调关节点区域，受调关节点控制，深泓稳定性相对较强，历年深泓摆动幅度较小，约在50m以内。

从断面变化情况来看（图5），2006年前，位于弯道段肖家拐一带的3#断面呈现出良好的偏V形态，断面水深在10m以上。2006年后，随着河道内部心滩的淤积，断面形态逐渐恶化，由偏V型逐渐向W型转化，呈现出较为明显的枯水双槽的态势。同时断面最深点逐年左摆，目前已左偏至邻近凸岸边滩侧。

上述凸冲凹淤变化规律直接导致调关弯道段深泓主流的大幅度左摆，弯道段河槽弯曲半径的进一步减小，河槽向枯水双槽方向发展。同时主流顶冲点下移，直接顶冲调关矶头一带，调关矶头水流紊乱，行船安全隐患日益增大。

图3 调关水道特征线年际变化图Fig.3 Interannual variation of typical line in Tiaoguan waterway

图4 调关水道深泓线年际变化图Fig.4 The thalweg variation of Tiaoguan waterway

图5 调关弯道段断面变化图Fig.5 Typical cross⁃section variation in curved section of Tiaoguan waterway

3 演变影响因素分析

3.1 河道边界的影响

调关水道在裁弯后河势剧烈调整，但近期在人工护岸、人工矶头［6-7］的控制下，河道形态相对稳定。

调关水道属典型的蜿蜒性河段，河床由中细沙组成，河岸为粘性土和沙组成的二元相结构，河道演变在自然条件下主要表现为凹岸崩坍、凸岸淤长，弯顶缓慢下移，在一定的水文条件和河床形态下，发生撇弯切滩和裁弯取直。20世纪60～70年代中洲子、沙滩子裁弯后，本河段发生了较剧烈的调整，至20世纪80年代初期，这种调整过程已基本完成。自1983年开始，特别是1998年特大洪水以来，本河段实施了规模较大的河势控制工程，对稳定岸线与控制河势起到了重要作用，河势得到了初步控制，形成目前河道单一多弯格局。在人工护岸的限制下，调关弯道凹岸侧岸线稳定，限制了弯道段的持续坐弯，凸岸边滩虽有所冲淤调整，但范围相对有限，不会引起河道形势的剧烈调整。

3.2 来水来沙条件的影响

三峡蓄水后，细沙较蓄水前大幅减少，易导致边滩、高滩冲刷后退。本河段处于沙市、监利之间，邻近监利，结合三峡蓄水后两水文站来沙情况，与蓄水前相比，细沙来沙量减少约70%。本河段洲滩中d＜0.125mm泥沙含量在30%以上，洲滩较易冲刷崩退。

蓄水后由于来沙大幅减少，下游河道普遍冲刷，调关弯道段凸岸侧季家咀发生较为明显的冲刷，一方面由于季家咀边滩冲刷，河道整体流速减低，河道凹岸侧水流挟沙力降低，有利于河道淤积；另一方面，由于凸岸侧的冲刷，弯道进口部分水流主流线趋直，弯道环流减弱，有利于凹岸侧的淤积。此两方面的原因导致了河道的凸冲凹淤积。

同时由于，凸岸侧的冲刷，调关矶头以上深泓逐渐左摆，航道弯曲半径随之逐渐减小，行船安全隐患日益增大。大水年，大水取直易加剧弯顶段切滩撇弯的演变进程，处于自然状态下的调关弯道段受影响较大。弯曲型河流水流动力轴线沿程有“低水傍岸、高水趋中”的规律。分析调关水道不同流量级下主流线可以看出：在弯道进口段主流偏靠凸岸一侧；进入弯道后逐渐向凹岸偏移，至弯顶部分，主流靠凹岸，其后一般在相当距离内，主流一般都紧贴凹岸下行。但是随着流量级的变大，主流逐渐取直，弯道段大水取直的规律十分明显。目前调关弯道凸岸边滩无工程控制，大水年易加剧弯顶段已出现的切滩撇弯这一演变现象的进程，引起弯曲半径的进一步减少。

4 演变趋势

随着三峡175m蓄水运用后，河道格局将保持初步稳定，但局部仍将继续调整。自20世纪70年代沙滩子和中洲子裁弯以来，由于两岸边界可动性较强，河势发生了剧烈的变化，自20世纪50年代以来，对左岸的金鱼钩、中洲子和右岸的连心垸、调关至八十丈、鹅公凸、章华港等险工段实施了不同标准程度的护岸工程，经过半个多世纪的积累，特别是长江重要堤防隐蔽工程下荆江河势控制工程实施后，基本上抑制了主要险工段岸线的崩退，河势格局也得到初步稳定，河道局部仍在不断调整。主要表现为弯道段明显的凸冲凹淤现象，深泓、主流向凸岸侧偏移。

弯道段将持续调整，未守护凸岸边滩将持续冲刷、凹岸淤积，遇较大洪水，由于弯道段大水趋直的原因，这一调整趋势加剧。三峡蓄水后，弯道段均表现为凸岸边滩冲刷、凹岸淤积，深泓和主流向凸岸侧摆动，弯顶仍在不断调整。随着三峡工程的持续运行，来沙减少将不利于滩体的淤积，而枯水流量的增加使得主流进一步向凸岸侧摆动，凹岸侧往往呈现潜洲不断淤积的状态，滩槽形态仍将调整，枯水航槽难以稳定，且弯曲半径不断减小。调关弯道段凸岸侧冲刷、凹岸侧淤积的态势将持续，目前的急弯形态还将加剧，航道弯曲半径将进一步减小，若遭遇大水年，这种演变进程还将进一步加剧。

5 结论

（1）调关水道属典型的蜿蜒性河段，河床由中细沙组成，河岸为粘性土和沙组成的二元相结构，河段自然属性较强，河道演变在自然条件下主要表现为凹岸崩坍、凸岸淤长，弯顶缓慢下移。沙滩子和中洲子裁弯后，河势变化尤为剧烈，但随着近期在人工护岸、人工矶头的控制下，河道形态相对稳定。

（2）三峡工程蓄水以来，下泄水流挟沙将长期处于次饱和状态。同时年内枯水流量有所增加、汛末蓄水造成退水过程加快，本河段内滩槽格局的稳定性进一步变差。调关弯道段凸冲凹淤的河床演变趋势逐渐显现，直接导致调关弯道段深泓主流的大幅度左摆，弯道段河槽弯曲半径的进一步减小，河槽向枯水双槽方向发展。同时主流顶冲点下移，直接顶冲调关矶头一带，调关矶头水流紊乱，行船安全隐患日益增大。

（3）随着三峡工程的持续运行，河道格局将保持初步稳定，但局部仍将继续调整。调关弯道段凸岸侧冲刷、凹岸侧淤积的态势将持续，目前的急弯形态还将加剧，航道弯曲半径将进一步减小，若遭遇大水年，这种演变进程还将进一步加剧。

［1］张瑞瑾.河流泥沙动力学［M］.北京：水利电力出版社，1989.

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Study on waterway evolution and changing trends of Tiaoguan channel inmiddle Yangtze River

YU Xin⁃ming1,LI Yu⁃chen2
（1.National Inland Waterway Regulation Engineering Technology Research Center,Changjiang Waterway Bureau, Wuhan 430010,China;2.College of Harbor,Coastal and Offshore Engineering,Hohai University,Nanjing 210098, China）

Through themeasured data,the Tiaoguan waterway evolution characteristics,especially that after the Three Gorges reservoir impoundment,were analyzed.The future Tiaoguan waterway evolution trend had been re⁃searched.The results show that,Tiaoguan waterway bed is composited bymiddle and fine sediment.The river bank is composited by cohesive soil and sand.All these havemade the river exist with a strong river natural property.In natural state,the river evolution characteristics are shown as convex bank collapsing,concave bank sedimentation and the top of curved reachmoving down gradually,with the effects of revetment and rocky node.After the Three Gorges reservoir impoundment,the income sand reduced gradually and the low period discharge increased gradual⁃ly.As the scouring of convex bank,the flow rate decreased overall,flow lines turn straight and bend circulation de⁃creased.Thesemade concave bank deposit.As the income sediment continuing decreased,convex bank collapsing and concave bank sedimentation evolution tend in curve reach would be continued.

concave bank collapsing and convex bank sedimentation;Three Gorges reservoir impoundment; river cutoff project;Tiaoguan waterway

U 617

A

1005-8443（2015）03-0224-05

2014-08-27；

2015-02-12

余新明(1978-)，男，江西省九江人，博士，高级工程师,主要从事航道整治方面的研究。

Biography：YU Xin⁃ming(1978-)，male,senior engineer.