三峡工程对长江中下游影响处理湖南段河道演变分析

黄丽红

（岳阳市长江修防中心，湖南 岳阳 414000）

0 引言

三峡工程是集防洪、发电、航运等综合效益为一体的惠民工程，在治理、开发和保护长江流域具有控制性作用。它的建设对长江流域乃至全国的国民经济和社会发展将产生重大而深远的影响。三峡工程建成后提高了长江中下游防洪能力，有效保护了中下游防洪保护区人民生命财产安全，增加枯水期流量，总体改善中下游航运条件。然而，三峡工程蓄水以后也明显改变了长江中下游河道的水沙条件，水库清水下泄致使河道冲刷[1]，对中游局部河段的河势调整、岸坡稳定、部分城镇居民饮水和农业灌溉、河段航运以及中下游的生态环境等也会产生了一定的不利影响。为此，国务院三峡工程建设委员会办公室组织有关部门编制“三峡工程后续工作规划”[2～3]，重点对三峡工程蓄水运用后坝下游水流对河床冲刷而导致局部河段河道演变规律，以及河道演变的强度和速度发生变化进行研究。

1 长江湖南段存在的主要问题

长江湖南段地处长江中游，沿江区域为岳阳市，是洞庭湖生态经济区的重要组成部分，土地肥沃，物产丰富，人口稠密，农业发达，是湖南省的精华地区，也是我国重要的粮棉油生产基地。

长江湖南护岸河段，总体河势和河型目前虽然得到控制，但在不同来水来沙条件和特定的河道边界条件下，部分河段河势调整变化仍比较剧烈，致使部分地段的护岸工程失效损毁，进而产生新的崩岸。长江湖南段分为下荆江河段和岳阳河段，本文主要研究岳阳河段河床演变分析情况，根据现场调查、实测水下地形资料对比分析，以及考虑三峡工程初期蓄水运用后的影响，岳阳河段主要存在以下问题[4]：

（1）上游三峡水利枢纽的建设完成后来沙量减少，使长江中下游（湖南段）护岸河段河床发生大范围、长时间、大幅度的冲刷；

（2）近岸河床迎流顶冲段冲深幅度大，岸坡普遍变陡，对现有护岸稳定造成极大威胁；

（3）崩岸频度和崩岸强度有所增加，新增崩岸较多；

据不完全统计，2003年以来，岳阳河段崩岸长度也较三峡蓄水运用前明显增加。据岳阳市长江修防处提供的监测数据，2003年～2009年，岳阳河段年均发生崩岸长度约25 km，最大崩宽为17 m，近期岸线崩退较为严重，原有护岸范围较短、较薄弱，若不能及时进行控制，将对上下游河势造成极不利影响：改变水流顶冲点及范围，产生新的崩岸，引起大的河势变化。

2 河道演变分析

2.1 河道基本情况

湖南省岳阳长江护岸工程河道上起五马口，下至铁山咀，总长达163 km，岳阳河段上起城陵矶，下至赤壁，全长约77.0 km，沿江两岸分布有城陵矶、白螺矶～道人矶、杨林山～龙头山、螺山～鸭栏、赤壁等天然节点，分为上、中、下三段，分别为城螺河段(城陵矶～螺山)、界牌河段(螺山～石码头)、石码头～赤壁段。河道内自上而下沿程分布有仙峰洲、南阳洲、新淤洲、南门洲等江心洲。根据2011年7月实测资料，南阳洲右汊分流比为71.1%。河段左岸为监利县、洪湖市，右岸为岳阳楼区、云溪区、临湘市、赤壁市。

2.2 近期河道演变

2.2.1 河床冲淤变化

（1）城陵矶至汉口河段河床冲淤变化根据水利部长江水利委员会2016年7月编制的《长江中下游河道治理规划》报告分析表明[5]：三峡工程蓄水运用前，城陵矶至武汉河段河床冲淤大致可以分两个大的阶段：第一阶段为1975年～1996年，河床持续淤积，累计淤积泥沙2.738亿m3，年均淤积量为0.13亿m3；第二阶段为1996年～2001年，河床则表现为持续冲刷，累计冲刷泥沙1.665亿m3，年均冲刷量为0.333亿m3。三峡工程蓄水运用后，城汉河段河床有冲有淤，总体表现为冲刷，2001年～2012年平滩河槽冲刷量为1.256亿m3。三峡工程运用后城汉河段河床形态均未发生明显变化，河床深泓剖面以下冲刷下切为主，深泓最大冲深为10.7 m（赤壁附近）。

（2）长江湖南段近岸河岸边滩与河槽近年的冲淤变化根据2006年～2016年长江湖南段50个固定河道断面测量成果分析，近年来，近岸边滩除新沙洲桩号15+650等少数沙洲淤积外，大部分河岸呈现冲刷，近岸的河槽整体呈现冲刷状态。2016年～2006年长江湖南段近岸河道部分河段冲淤情况表见表1。

表1 2016年～2006年长江湖南段近岸河道部分河段冲淤情况表（部分）

2.2.2 岳阳河段近期河道演变

岳阳河段近期河道演变主要表现在：

（1）城螺河段河势相对稳定，一直维持左支右主的顺直型双分汊形态。多年以来，南阳洲平面形态稳定，其右汊多数年份为主汊，左右汊道兴衰直接影响下游界牌河段。进口段主流的走向。

（2）界牌河段在综合整治工程及岳阳河段隐蔽工程实施前河势极不稳定，滩槽消长频繁。界牌河段上段（杨林山至皇堤宫）河道顺直单一，主流多数年份偏靠左岸下行，主流在螺山以上摆幅较小，螺山以下摆幅加大，右岸有大片边滩存在。皇堤宫至蔡家庄为过渡段，过渡段的演变主要表现在螺山边滩的上提下移，呈周期性变化。

受过渡段上提下移的影响，南门洲汊道总体虽然维持左支右主的河势，但左汊新堤夹大幅冲淤，分流比变化较大。目前，螺山边滩下移至新堤夹口门处，上边滩中下段冲刷缩窄，过渡段形成2条深泓汇合于新淤洲前沿，鱼咀遭受主流强烈顶冲，新淤洲及南门洲之间的锁坝有所损毁。新淤洲左右汊分流点逐步上移，过渡段左深泓上复粮洲至叶家墩段冲深拓宽，已成为主航道。

（3）石码头～赤壁山段为连接左岸石码头深槽与右岸赤壁深槽过渡段，多年来该段主流平面位置较为稳定。

2.3 三峡工程蓄水后近期河道演变预估

2.3.1 河床冲淤计算

按三峡水库的调度运行规划方案，长江科学院采用1991年～2000年系列年进库水沙条件和三峡水库泥沙淤积后出库水沙过程，进行了宜昌至大通长河段长时段泥沙淤积数学模型计算[6]。根据长江科学院的数学模型计算成果：水库运用10年时，本河段冲刷量相对较小，占该河段最大冲刷量的33%；水库运用20年内，该河段冲刷发展较快，冲刷量较多，占该河段最大冲刷量的73%；水库运用30年内，该段河床发生剧烈冲刷，是冲刷量及冲刷强度最大的河段。

2.3.2 河道演变趋势

（1）河型变化

三峡工程建成后，改变了坝下游河道的来水来沙条件，导致岳阳河段将经历较长时期的冲淤过程。三峡工程建坝前后岳阳河段两岸边界条件基本相同，特别在1998年特大洪水后，长江中下游堤防控制工程的建设，使河道形态和河床演变规律总体上不会有重大改变，仍会保持原河型不变。

（2）河道演变趋势

预计在今后较长一段时期内，岳阳河段河道演变趋势为：

①岳阳河段河道形态和河道演变规律受来水来沙条件、江湖关系变化以及三峡水库调蓄及岸线开发利用等人为因素的影响，局部河段河势仍会发生一定程度的调整[8]。

②在保证整治建筑物稳定的前提下，界牌河段河势将保持相对稳定，同时局部变化、调整亦将持续。龙头山至鸭栏段主流近期仍以先中后左平面形态过渡至螺山，儒溪边滩将在较长时期依附右岸儒溪一带，并缓慢下移。

③螺山～石码头由于过渡段较长，河道较宽，主流的变动空间仍然较大。目前，螺山至界牌段左岸主流贴岸，应进行守护。

④石码头～赤壁山段为连接左岸石码头深槽与右岸赤壁深槽过渡段，多年来该段主流平面位置较为稳定，仍将保持相对稳定的河势。

2003年6月三峡水库蓄水运用以来，坝下游河道的来沙量大幅度减少，位于近坝下游河道出现了较长时期和较长距离的河床冲刷调整，冲刷的部位主要在枯水河槽，尤其是弯道凹岸和主流贴岸下行的顺直段的近岸河床冲淤变化幅度较大，已引起新沙洲、铺子湾、天字一号、天星阁、洪水港、团结闸、荆江门、姜介子、熊家洲、七弓岭、观音洲等已护岸工程段和荆江门下段、七弓岭和儒溪等未护段的局部位置出现了不同程度的岸坡滑挫现象或崩岸险情。随着河道冲刷调整的持续，更多的岸坡稳定风险将不断积累，危及局部河段河势稳定及堤防安全。

3 河床演变冲刷处理措施

根据三峡工程蓄水后下游河道的演变分析成果表明，该河道的调整仍未结束，故本次根据河道实际演变现状，并综合考虑三峡工程运用后，该河段还有可能出现的不良趋势，进行本次需防护河段（二期）整治工程的处理措施，主要有护坡工程、护脚工程、枯水位下陡坡处还坡处理等护岸加固措施[9]。

3.1 护坡工程

根据长江两岸历年来已实施的护坡工程来看，比较常用的结构型式主要有干砌块石、浆砌块石、预制砼六角块、现浇砼块、雷诺、生态砼砖等护坡型式，综合比较选择联锁植草砖护坡，砌护容易，且砖中孔洞种植的植物生长根系可直接深入河岸土体中，稳固性较好，平衡生态环境，但造价相对也较高。联锁植草砖护坡设计图见图1。

图1 联锁植草砖护坡设计图

3.2 护脚工程

长江护岸工程型式目前使用的主要有：抛石、土工布压载软体排、钢丝网（石）笼等。由于以上各种护脚型式在适用范围、防护对象、施工工艺和工程造价等方面均存在优缺点，故需综合考虑水流边界条件，岸坡地层受水流冲刷的强弱以及当地护脚型式实施的可能性，对各岸线护岸段有针对性的选择适用而经济合理的防护方案。护脚大样设计图见图2。

图2 护脚大样设计图

3.3 枯水位下陡坡处还坡设计

本工程区内岸坡在枯水位以下均有塌岸现象，局部区域较为严重，根据现场调查资料可知，塌岸高度深度7 m～18 m不等，塌岸坡度陡于1∶2.0，形成不稳定坡比。为防止岸坡继续垮塌，需对不稳定岸坡进行防护设计。

枯水位以下岸坡防护设计一般采用填坡或削坡处理，填坡设计可采用水下抛石型式或填土碾压密实型式。水下抛石护岸为直接投抛块石进行岸坡保护，防止水流继续淘岸。

3.4 裹头设计

受河势冲刷调整的影响，护岸工程所在地段的主流线平面位置年内变动范围可能会发生变化，弯道顶冲点或过渡段主流靠岸贴流点可能会上下游浮动变化，而已经护岸的工程段往往会抑制河势的变化，若护岸工程两端是自然岸坡，其抗冲刷能力远弱于护岸工程段，成为一个弱势体，故容易被淘刷、形成崩窝，对护岸端部的坡面稳定不利，因此，在护岸工程设计中，新护岸工程上下游两端一般需作裹头处理。裹头纵向长度可根据崩岸强度来确定，取15 m左右；沿横断面的守护范围可较工程段适当缩短，裹头工程护脚一般采用散抛块石，抛石厚度0.6 m左右，水上护坡部分上下游末端则采用端部齿槽进行锁口，端部齿槽尺寸0.5 m×0.8 m。裹头范围内的水上、水下护坡应同时实施。

4 结语

多年来，长江湖南段(下荆江河段和岳阳河段)虽对严重崩岸段和重点险工段实施了控制，但由于投资的原因，有些项目尚未完成，有些地段守护工程量相对较小，在长期水流的作用下，河势仍在调整，崩岸仍时有发生，并已对两岸经济造成了不利影响。通过对长江湖南段进行河道护岸加固措施，尽可能减小三峡工程对坝下游河道可能带来的不利影响，基本保障2020年长江干流湖南段河道堤防工程和护岸工程安全，避免出现重大崩岸险情和较大的河势变化。