清水下泄条件下沙质弯曲河段滩槽演变规律分析

阮成堂

（长江航务管理局，武汉430014）

清水下泄条件下沙质弯曲河段滩槽演变规律分析

阮成堂

（长江航务管理局，武汉430014）

三峡蓄水后，库区泥沙落淤，清水下泄，对坝下河段滩槽格局产生一定影响。文章针对沙质弯曲河段，研究了三峡水库蓄水后河段的演变规律。按深泓平面变化特点，沙质弯道河段一般分为进口直线区、横向过渡区、弯顶区以及出口直线区。清水下泄条件下，进口和出口直线区河势总体变化不大，横向过渡区深泓由凸岸走向凹岸态势保持不变，但横向过渡区及弯顶区河势变化相对剧烈，突出表现为凸岸边滩冲刷，滩体根部窜沟发展，凹岸潜洲持续发育，深泓向凸岸侧摆动，断面向枯水双槽发展，导致弯道滩槽稳定性变差。

清水下泄；沙质弯曲河段；凸冲凹淤；枯水双槽

冲积性弯曲河道一般具有主流低水傍岸，高水居中，弯道凹岸冲刷、凸岸淤积等变化特点［1］。对于长江中下游河段，三峡大坝以下大埠街以上河床主要以砂卵石或砂卵石-沙质过渡河床为主，以下主要以沙质河床为主。随着三峡枢纽蓄水运用，库区泥沙落淤清水下泄，使得下游沙质弯道河段原有的凸岸边滩淤积，凹岸深槽冲深的演变规律发生较大变化，部分弯道表现为凸冲凹淤等特点。如调关水道［2］、莱家铺水道［3］、尺八口水道［4］、碾子湾水道［5］和马家咀水道［6］等，部分水道如调关水道和莱家铺水道蓄水后凸岸边滩逐步冲刷，凹岸侧甚至已淤出心滩，严重影响河道的滩槽稳定，进一步对河道航运、行洪等安全造成威胁。

目前针对清水下泄条件下沙质弯曲河段凸岸边滩冲刷、切割等演变现象，部分学者也提出了一些新观点，如李宁波［7］等在对长江中游七弓岭弯道分析后，认为由于凹岸护岸工程，限制了凹岸冲刷，也即边界条件约束，是引起凸岸撇弯切滩现象的原因。谈广鸣［8］，覃连超［9］等在分析丹江口水库蓄水后，汉江皇庄—泽口段的弯道凸冲撇弯切滩现象时，认为清水下泄等变化是引发水库蓄水后下游弯道撇弯切滩现象主要原因。本文以长江中下游典型沙质弯曲型水道——调关、莱家铺弯道为例，结合原型资料分析了三峡蓄水后，清水下泄条件下坝下沙质弯曲河段演变规律。

图1 调关水道和莱家铺水道河势图Fig.1 River regime of Tiaoguan waterway and Laijiapu waterway

1河道概况

调关水道上起南堤上，下至八十丈，河道全长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，凹岸侧有成型淤积体季家咀边滩，凹岸侧肖家拐一带有潜洲存在，调关镇一带存在挑流矶头，河宽急剧缩窄。调关水道在弯顶走势由南转北，河床为典型沙质河床。莱家铺水道位于调关水道下游，上起八十丈，下至北湖，全长约11.5 km。水道出调关弯道段后，经八十丈进入莱家铺弯道，在南河口一带再度弯曲放宽，河道凸岸侧有桃花洲边滩，出方家夹后河道顺直，但宽度较大，右岸有莱家铺边滩，出顺直段后，以微弯形式与下游河段相连。河道在南河口一带由北转南，河床为典型沙质河床。河势图见图1。

2三峡蓄水前演变规律

2.1历史演变特点

历史上沙滩子和中洲子裁弯前，河段两岸边界处于自然状态，演变较剧烈。18世纪50年代，调关水道较顺直；后藕池口、调弦口两分流口形成，河段洪枯水泄量均大幅减小，水流坐弯，同时受调关矶头及下游塔市驿一带山岩影响，逐步出现沙滩子、调关、中洲子等弯道，至20世纪初，沙滩子弯道发生裁弯，新形成沙滩子与中州子弯道再度发育成牛轭形，20世纪60～70年代相继发生中洲子人工裁弯、沙滩子自然裁弯。由此可见，调莱河段河岸稳定性较差，河床横向摆动较剧烈，弯道发育迅速，河道坐弯及裁弯速度较快，裁弯后易形成新弯道，具有典型弯曲河道变化特点［10-11］。

2.2蓄水前调关、莱家铺弯道演变特点

调关弯道：20世纪70年代初，调关水道进口沙滩子一带弯道较急，受水流冲刷，20世纪80年代初，进口处岸线突出部逐渐崩退，20世纪90年代中，河势格局逐步稳定。沙滩子裁弯初期，随进口突出部冲退，弯道段水流趋直，冲刷黄石坦一带边滩，之后季家咀边滩冲淤交替，凹岸侧潜洲则与季家咀边滩呈冲淤消长态势。如20世纪70年代初以来，右岸一直无成型淤积体；20世纪90年代中，伴随季家咀边滩冲退，右岸潜洲逐步出现；之后凸岸侧边滩淤长，潜洲消失；1998年由于大水冲刷，凸岸边滩大幅后退，凹岸再次出现潜洲。莱家铺弯道：中洲子裁弯至三峡蓄水前，水道平面形态基本稳定，但河槽内部形态冲淤调整剧烈，深泓及主流摆幅较大，航槽不稳。弯道段边滩头部冲退，进口过渡区航槽展宽。1995年以后，边滩相对稳定。因此，总体来说，位于沙质河段的调关、莱家铺弯道段滩槽格局稳定性较差，凸岸边滩和凹岸航槽调整伴随发生。

3三峡蓄水后演变规律

三峡蓄水后，坝下河道来沙大幅较少，水流挟沙力沿程恢复饱和，河床普遍冲刷，且由于来水过程改变，年内削峰调洪，枯水流量增加、汛末退水过程加快，调关、莱家铺弯道滩槽格局稳定性总体变差。

3.1冲淤变化

调关弯道：蓄水后，调关水道总体呈冲刷态势，但不同区域冲淤调整则存在一定差异。调关弯道总体表现为凸岸边滩冲刷、凹岸侧淤积现象（图2）。2009年以前，弯道段凸岸季家咀边滩冲刷剧烈，表现为边滩滩面整体冲刷下切，冲刷幅度达5 m以上，凹岸侧深槽大幅淤积。2009年来，凸岸边滩冲刷以凸岸边滩中上段冲刷，尾部淤积下延为主，同时伴随着凹岸侧持续淤积，潜洲发育明显，尤其是尾部调关矶头对开区域，淤积达5 m以上。同时，调关弯道凸冲凹淤的变化规律又可分两阶段，2009～2012年，调关水道和季家咀边滩均以冲刷为主，总冲刷量分别达551.9×104m和227.1×104m，凹岸侧潜洲淤积量约160.5×104m。2012年2月～2014年12月间，调关水道总体冲刷趋势未变，季家咀边滩头部有所回淤，凹岸侧淤积仍较明显，达238.4×104m，潜洲发育仍较快；同时，边滩中下段根部切割，窜沟逐渐发展，滩槽稳定性进一步变差。

莱家铺弯道：蓄水后至荆江河段航道整治工程实施前（2002～2012年），弯道段总体以冲刷为主。2009年以前，凸岸边滩总体呈冲刷态势，平均冲刷5 m以上。2009～2012年间，莱家铺河段进一步冲刷，弯道段表现为滩冲槽淤，桃花洲边滩除进口处局部区域略有淤积，滩面等其他区域整体冲刷下切，幅度均在5 m以上，冲刷量达273.8×104m。凹岸侧则显著淤积，尤其是南河口一带浅包区域，淤积幅度在5 m以上。2013年起开始实施荆江河段航道整治工程，对莱家铺弯道段桃花洲边滩进行有效守护，工程实施后上述不利变化得到一定改善（图2）。

图2 调关、莱家铺水道冲淤变化图Fig.2 Eroding and deposition distribution of Tiaogan and Laijiapu waterway

3.2滩槽变化

调关弯道：蓄水后季家咀边滩大幅冲退，2002～2006年、2006～2009年，季家咀边滩0 m等深线最大后退分别达230 m、420 m（图3），面积缩小达2/3以上（表1），3 m线后退最大分别达300 m、550 m，2009～2014年后退也达250 m（图3）。2002～2012年，边滩逐步冲退，随后虽然边滩中上段仍表现为持续冲退，但边滩尾部淤积下延，边滩面积基本稳定。从年内变化看，季家咀边滩年内变化规律明显呈洪淤枯冲的态势，尤其在边滩尾部，汛期淤积下延态势明显。此外，季家咀边滩贴岸侧出现切割，窜沟发展。2009年前，滩尾处0 m、3 m线基本平顺，仅在边滩下部，受调关矶头挑流作用，等深线略有向内。但2009年后，0 m线开始上窜，2012年后3 m线内窜至边滩尾根部最大达300 m以上。蓄水后，边滩中下部淤积下延和滩尾贴岸侧窜沟上溯，可能进一步影响到滩槽稳定。从年内变化看，季家咀边滩贴岸侧窜沟出现时间主要集中于枯水期。如2009年2月、2014年2月、2014年12月0 m线在滩尾贴岸区域分别内窜约400 m、330 m、100 m（表2）。根据三峡调蓄特点，来沙减少、凸岸边滩稳定性整体降低，凸岸边滩滩尾贴岸窜沟可能进一步加剧发展。

从凹岸侧看，受季家咀边滩冲蚀及贴岸窜沟发展影响，滩体对水流约束作用降低，主流左摆、取直，顶冲点下移，为弯道凹岸侧肖家拐一带心滩淤长提供了空间。2004年8月，肖家拐一带凹岸侧出现潜洲。至2006年6月后，潜洲进一步淤积，汛期潜洲最大高程在0 m以上，枯水期有所刷低。至2008年，枯水期潜洲高程也能稳定在0 m以上。2009年2月潜洲附近0 m、3 m线面积分别达到0.1 km2和0.44 km2（表1），至2012年11月弯道段基本形成枯水双槽格局。2012年11月后，0 m、3 m线面积基本维持在0.6 km2和0.8 km2左右。对比季家咀边滩变化过程，凹岸潜洲和季家咀边滩仍延续此消彼长关系。边滩的稳定仍是调关弯道河势格局稳定的关键所在。

图3 调关、莱家铺水道0m、3m等深线变化图Fig.3 0 m，3 m isobaths variation diagram in Tiaogan and Laijiapu waterway

表1 特征等深线面积统计表Tab.1 Statistics about characteristic isobath areakm2

表2 近几年季家咀边滩贴岸窜沟特征等深线Tab.2 Characteristic isobath length of groove along bank on Jijiazui beach in recent yearskm2

表3 莱家铺弯道凹岸潜洲面积统计Tab.3 Statistics about submerged bar area in concave bank of Laijiapu curve reachkm2

莱家铺弯道：蓄水后弯道段桃花洲边滩总体大幅冲退，最大退约200 m以上，而凹岸侧南河口一带潜洲近期相应以边心滩形式向江心淤展（图3）。蓄水初期2002～2006年，莱家铺弯道凹岸侧潜洲深槽较稳定，潜洲0 m、3 m线面积分别为0.04 km2和0.11 km2左右。之后潜洲面积扩大，近期0 m、3 m线面积已分别接近0.1 km2和0.2 km2。结合潜洲淤积和桃花洲边滩冲刷过程，2002～2006年，边滩冲刷后退幅度较大，滩体中部0 m、3 m线最大后退达150 m和250 m以上，此时潜洲生成并成长，之后边滩0 m线进一步后退，潜洲逐步发育，2009年以后，桃花洲边滩冲刷和潜洲淤积均略有变缓，但凸冲凹淤总体态势未改变。桃花洲边滩冲退和潜洲淤积有此消彼长的关系，桃花洲边滩的稳定仍是莱家铺弯道段滩槽格局稳定的关键。

3.3深泓变化

由深泓平面变化特点，调关、莱家铺弯道均可分为四部分：进口直线区、横向过渡区、弯顶区以及出口直线区。其中进口直线区一般主流较为集中，深泓一般位于河道凸岸一侧，易在凸岸侧形成深槽。横向过渡区一般位于弯顶以前区域，区内水流分散，深泓由凸岸边滩向凹岸边滩过渡，易形成浅滩。弯顶区一般位于弯道弯顶附近，河道主流、深泓平面半径较小，深泓一般位于凹岸侧，水流较为集中，易形成深槽。出口直线区域一般位于弯曲河段出口深槽区域，一般深泓高程低，河道主流较为集中，易形成深槽。其中横向过渡区、弯顶区位于为弯道区域。分别对此两区域进行分析。

调关弯道：随着调关弯道季家咀边滩上冲下延，上段深泓左摆明显，河道稳定性变差，航槽弯曲半径减小。横向过渡区：位于下三河垸以上至窑湾土坪一带，主流位置变化较大，存在较大横向水流，在此作用下，多年来深泓由凸岸侧向凹岸侧摆动过渡；弯顶区：深泓过渡至凹岸一侧后逐渐稳定，但深泓走向随河岸走势进一步转向，深泓弯曲度较大，在调关矶头限制下，多年深泓位置较稳定；调关弯道深泓变化主要集中于横向过渡段（图4）。2002～2009年，横向过渡区深泓线逐年左摆，其中潜洲大幅度淤长时期也是深泓左摆幅度最大时期，最大左摆幅度在600 m以上。横向过渡区尾部临近调关节点，受节点控制，深泓稳定性较强，摆动幅度约在50 m以内。2009年后横向过渡区中上段河槽深泓变幅不大，中下段河槽深泓整体稳定，但在部分年份（2013年3月，2014年12月）略有右摆，造成深泓线进一步弯曲，弯顶区河道弯曲半径减小。因此，季家咀边滩稳定与否对河道内部深泓平面稳定至关重要，横向过渡区中上段深泓左摆趋势和季家咀边滩冲退在时间上也较为一致，直接造成了上段深泓左摆明显，加之边滩尾部淤积下延，使得弯顶段深泓弯曲，航槽弯曲半径减小。

莱家铺弯道：莱家铺水道深泓也表现出弯曲河段上下深槽逐渐过渡的变化特点，边滩横向过渡区深泓由凸岸向凹岸过渡的整体规律并未改变，但在2002～2014年间，除2006年外，随着凸岸边滩整体冲退，横向过渡区深泓整体右摆，多年右摆幅度达320 m，深槽稳定性变差。结合冲淤和等深线分析，桃花洲边滩冲刷和凹岸潜洲淤积是深泓右摆主要原因，若此趋势进一步发展，河槽不稳定状态也将继续，进一步造成航道条件恶化。荆江航道整治工程实施后，深泓平面稳定性总体增强。弯道段仅进口段略有摆动，但深泓线位置总体维持靠右岸侧。在横向过渡区，由于工程实施，弯道段深泓持续左摆，幅度在250 m以上，线型走向也更为平顺（图4）。

图4 调关、莱家铺水道深泓线变化图Fig.4 Talweg variation diagram in Tiaoguan and Laijiapu waterway

总体而言，沙质弯曲河段深泓在横向过渡区由凸岸过渡至凹岸的规律未变，蓄水后沙质弯曲河段凸冲凹淤，弯区河段深泓向凸岸侧摆动明显，凸岸边滩稳定是河道内部深泓平面稳定的关键。

3.4断面变化

调关弯道：蓄水初期，位于下三河垸一代调莱2-1#断面和肖家拐一带调莱3#断面均呈良好偏V形态，断面水深在8 m以上，河槽靠右岸。随着三峡蓄水对下游弯曲河段影响逐步深入，河道各断面总体以冲为主；从各断面形态看，弯道进口以上调莱2#断面和弯道以下调莱4#断面河道均以纵向冲深为主。而弯道中部断面形态则随着凸岸边滩冲刷和凹岸潜洲淤积显著调整。其中2002～2009年间凸岸边滩呈逐年冲刷，调莱2-1#和调莱3#断面年均冲幅均达2 m以上。2009～2012年，边滩中上段（调莱2-1#、3#断面）仍持续冲刷，中下部（调莱3-1#断面）则有所回淤。2012～2014年底，中上段略有恢复性淤积，中下部总体变幅较小。凹岸侧潜洲多年来逐年淤积，年均淤积0.5 m以上，其中调莱3#断面最高淤积至航基面上4 m，且右岸槽在潜洲形成后迅速发展，年际间平面位置变化，但槽深、槽宽基本不变，断面形态呈W型态势，位于左侧主航槽稳定性较差（图5）。

图5 调关弯道断面变化图Fig.5 Section variation diagram of Tiaoguan curve reach

莱家铺弯道：蓄水后弯道进口以上和出口以下多年总体稳定。弯道段断面多年呈凸冲凹淤态势，位于弯道进口的调莱5-1#断面，蓄水后在来沙减小影响下，2004年后凸岸边滩明显冲刷，至2009年冲深达6 m以上，凹岸侧潜洲发育较快，至2009年已发展至航基准面上2 m高度。弯顶处调莱6#断面呈偏V型，多年来深槽窄深，右侧边滩逐年冲刷，2002～2009年间最大冲深达8 m。2009年后，断面变化仍延续上述特点，但变幅降低。弯道段断面形态向W型转化。荆江河段航道整治工程实施后，调莱5-1#断面桃花洲边滩略有淤积，深槽冲深；调莱6#断面滩槽格局基本稳定（图6）。

图6 莱家铺弯道断面变化图Fig.6 Section variation diagram of Laijiapu curve reach

总体而言，蓄水前沙质弯曲河段河床横向摆动剧烈，凹岸侧冲刷凸岸侧淤积，弯道发育速度迅速，河道坐弯及裁弯速度快，裁弯后又容易形成新的弯道。蓄水后，滩槽稳定性进一步变差，但演变规律有所不同，主要变现为清水下泄条件下，泥沙沿程恢复饱和，下游沙质弯曲河道凸岸边滩冲刷，河道主流和深泓向凸岸侧摆动明显，凹岸河槽则逐年淤积，河道断面形态由偏V型逐渐向W型转换，滩槽稳定性进一步变差。

4结论

（1）历史上调关、莱家铺等河道边界对水流控制作用较弱，演变十分剧烈，具有典型弯曲河道凸岸淤积凹岸冲刷等特点。裁弯后，河道进口逐渐调整，滩槽格局逐渐稳定。但弯道段横向及纵向冲淤调整较为剧烈，弯顶段河槽及深泓走向变化较大，河槽格局不稳定。

（2）按深泓平面分布特点，沙质弯曲河道一般分为进口直线区、横向过渡区、弯顶区以及出口直线区。清水下泄条件下，进口和出口直线区河势总体变化不大，横向过渡区深泓由凸岸走向凹岸趋势保持不变，但横向过渡区及弯顶区河势变化相对剧烈。

（3）蓄水前后，沙质弯曲河段河床演变剧烈，河势稳定性较差的总体特点未改变。但蓄水前主要以河床横向摆动，凹岸侧冲刷凸岸侧淤积，弯道发育速度迅速，河道坐弯及裁弯速度较快，裁弯后又容易形成新的弯道等特点为主。蓄水后，河道泥沙沿程恢复饱和，下游沙质弯曲河道凸岸边滩冲刷，在此影响下，河道主流和深泓向凸岸侧摆动明显，凹岸河槽则逐年淤积，河道断面形态由偏V型逐渐向W型转换，滩槽稳定性进一步变差。

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Research on river regime evolution laws of sandy bend reach under release of clear water

RUAN Cheng⁃tang
(Changjiang River Administration of Navigation Affairs,MOT,Wuhan 430014,China)

As the impoundment of the Three Gorges reservoir,sediment deposited in the reservoir and clear wa⁃ter was discharged in the downstream river.In this paper,typical reaches were chosen to study the effect of release of clear water on sandy bend reach evolution law.Sandy bend reach could be divided into four areas:inlet⁃straight line area,transverse transition area,bend vertex area and outlet⁃straight line area.Under release of clear water con⁃dition,inlet⁃straight line area and outlet⁃straight line area always keep stable.Talweg direction from convex bank to concave bank was not changed in transverse transition area.However,river regime in transverse transition area and bend vertex area changed dramatically,including beach eroding in convex bank,channeling groove developing in beach root,deep groove depositing in concave bank,talweg swing to convex bank,river section shape turning to dou⁃ble groove.The evolution had caused instable of sandy bend reach.

release of clear water;sandy bend reach;beach eroding in convex bank while deep groove deposit⁃ing in concave bank

TV 147

A

1005-8443（2016）04-0399-06

2016-01-14；

2016-03-07

阮成堂（1965-），男，湖北省红安人，高级工程师，主要从事长江航运建设管理工作。

Biography：RUAN Cheng⁃tang（1965-），male，senior engineer.