葉志偉，李彪，劉玉娟，柴華鋒

（1.長江航道局，武漢430010；2.長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，武漢430010）

長江中游湖廣—羅湖洲水道河床演變與航道整治思路研究

葉志偉1，李彪2，劉玉娟1，柴華鋒2

（1.長江航道局，武漢430010；2.長江航道規(guī)劃設(shè)計研究院，武漢430010）

摘要：文章根據(jù)長江中游湖廣—羅湖洲水道近年來實測資料，分析了該河段航道存在的主要問題、河床演變特點和礙航特性，結(jié)合模型研究成果，對該段河道及航道演變趨勢進(jìn)行了預(yù)測。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)該段淺灘礙航特征和航道整治目標(biāo)，提出航道整治思路和治理方案。

關(guān)鍵詞：河床演變；礙航特性；航道整治

長江中游湖廣—羅湖洲水道位于武漢下游約48 km，上起白滸鎮(zhèn)、下至三江口，全長約29 km；左岸屬武漢市陽邏經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、黃岡市團(tuán)風(fēng)縣、黃洲區(qū)，右岸屬鄂洲市華容區(qū)，由湖廣、羅湖洲2個水道組成。該水道示意圖見圖1。

湖廣水道長約11 km，為兩反向彎道之間的過渡段，主流貼牧鵝洲彎道凹岸下行經(jīng)猴子磯挑流進(jìn)入本水道，河床演變主要受上游牧鵝洲彎道河床變形及水沙條件變化影響。河道形態(tài)兩頭窄、中間寬，進(jìn)口河寬1500m左右，往下河道逐漸展寬，至肖家渡一帶河寬約2200m，出口泥磯附近河寬約1300m。深泓沿程存在兩次過渡：進(jìn)口深泓居中，至汪家鋪與下葉家洲一帶逐漸向左岸過渡，在肖家渡以下逐漸向右岸過渡，至泥磯一帶深泓偏靠右岸。由于汪家鋪過渡段河道展寬，流速相對較小，泥沙落淤形成淺灘。右岸側(cè)趙家磯邊灘呈紡錘形，在肖家渡附近灘寬可占河寬的一半以上；邊灘上部低矮，中水流量即可漫灘；下部地勢較高，但與右岸長期存在倒套［1］。

羅湖洲水道屬典型的鵝頭型分汊河道，自然條件下主流周期性取直、走彎，汊道興衰交替［2-3］。自磧磯港發(fā)展為全年通航主汊道以來，老港基本淤廢，園港分流比在5%以下。水道進(jìn)口主流偏靠泥磯一側(cè)，往下主流逐漸向東槽洲右緣側(cè)過渡進(jìn)入磧磯港，而后主流貼東槽洲右緣、左岸西河鋪一帶下行，至三江口以下再向右岸過渡；由于分汊口門河道放寬、水流分散，加上東槽洲洲頭的阻水作用，在磧磯港進(jìn)口主流過渡段形成淺灘；磧磯港凸岸側(cè)發(fā)育有人民洲邊灘，東槽洲洲頭前沿發(fā)育有低灘，人民洲邊灘和洲頭低灘不太穩(wěn)定，對磧磯港航道條件產(chǎn)生影響。東槽洲右緣、左岸西河鋪一帶岸坡較陡，主流不斷坐彎發(fā)展。2005～2006年實施的羅湖洲水道航道整治工程，維持了磧磯港中上段航道左邊界的基本穩(wěn)定［4-6］。然而，本水道復(fù)雜的水流特性決定了航道邊界不利因素仍然存在，如泥磯挑流作用的增強(qiáng)，造成進(jìn)口左側(cè)的沖刷以及頂沖點下移等。

圖1　長江中游湖廣-羅湖洲水道河勢圖Fig.1 Sketch of Huguang?Luohuzhou Channel at the middle reaches of the Yangtze River

1　河床演變分析

1.1歷史演變

湖廣水道，20世紀(jì)中期以前主流左右擺動，灘槽易位。1858～1931年，湖廣水道主流有所右擺，致使河道向右展寬；1931～1959年，主流右擺受到右岸側(cè)連續(xù)分布磯頭的限制，河道放寬外形基本穩(wěn)定，但主流左擺，右岸側(cè)邊灘發(fā)育。

羅湖洲水道呈“右汊新生—新汊彎曲發(fā)展成為主汊主汊鵝頭化衰亡—新的右汊再生”的周期性變化。1935年以前，右汊新生到衰亡的演變周期超過75 a；經(jīng)過1931年、1933年特大洪水后，右汊沖刷發(fā)展，1935～1970年，河道再次經(jīng)歷了一個完整的演變周期，歷時35 a；1970年后，主流再次切割右岸邊灘形成新右汊，這一演變周期延續(xù)至羅湖洲水道航道整治工程實施前。

1.2近期演變

1.2.1湖廣水道

三峽水庫蓄水以前，灘槽格局較穩(wěn)定，一般年份趙家磯邊灘寬大、完整，中枯水期5.0 m深槽貫通；經(jīng)歷1998年大水大沙年，趙家磯邊灘沖刷后退，河槽大幅淤積。河床變形主要表現(xiàn)為：趙家磯邊灘小幅變形，灘體中下部存在倒套，遇特大水年邊灘沖刷劇烈；汪家鋪過渡段深泓存在一定幅度擺動；2000～2003年肖家灣以上深泓普遍有所淤積、肖家灣以下深泓沖淤交替［5］。

三峽水庫蓄水以來，趙家磯邊灘不甚穩(wěn)定，灘體右側(cè)倒套發(fā)展，來水量較大或退水較快的水文年汛后5 m槽散亂；放寬段深泓擺動頻繁，且深泓高程總體上較蓄水前有所抬高，一般高于航行基面以下4.5 m，特別是2005年汛后最淺點深泓抬高明顯；汪家鋪過渡段淤積與趙家磯邊灘沖刷密切相關(guān)（圖2）。

1.2.2羅湖洲水道

該水道一期整治工程實施以前，羅湖洲水道演變經(jīng)歷了汊道主支交替的調(diào)整時期、磧磯港為主汊的相對穩(wěn)定時期、灘槽出現(xiàn)不利變化時期3個階段。洲灘變化特點主要表現(xiàn)為東槽洲洲頭、洲體右緣及洲尾逐年崩退，左緣淤積，灘體左移；洲頭心灘形成以來，灘體面積呈增大之勢，但年際間心灘形態(tài)變化不定；洲頭竄溝自1997年形成以來，沖深發(fā)展，并隨著東槽洲洲頭的崩退而展寬、下移；人民洲邊灘不甚穩(wěn)定，其變化與磧磯港主流的彎曲發(fā)展密切相關(guān)。針對灘槽出現(xiàn)的不利變化，2005年實施了羅湖洲水道航道整治一期工程，工程實施后，羅湖洲水道河勢總體穩(wěn)定，磧磯港處于絕對主汊地位，河床演變主要表現(xiàn)為局部岸、灘沖淤變化以及磧磯港縱向沖淤調(diào)整［6-7］（圖3）。

圖2　湖廣水道近期演變Fig.2Recent evolution of Huguang Channel

圖3　羅湖洲水道近期演變Fig.3Recent evolution of Luohuzhou Channel

已建航道整治工程維持了東槽洲洲頭心灘的總體穩(wěn)定，心灘淤高的同時向左岸側(cè)淤長，改善了磧磯港進(jìn)口水流分散的局面，磧磯港河槽以沖刷為主。但人民洲邊灘呈現(xiàn)頭沖尾淤，邊灘整體萎縮，研究分析表明，邊灘自形成規(guī)模以來，多數(shù)年份面積大于4.5 km2，2007年后灘體面積一般小于4.5 km2。人民洲邊灘的沖刷萎縮，引起磧磯港進(jìn)口河道展寬，進(jìn)口河槽局部淤積；同時邊灘尾部向河心淤長，擠壓磧磯港出口航槽，造成主流貼岸，磧磯港下段深槽進(jìn)一步下切、岸坡變陡，西河鋪一帶崩岸劇烈。根據(jù)多年測圖資料分析表明，2003～2012年最大崩退幅度為210 m。從羅湖洲水道周期性演變規(guī)律來看，西河鋪岸線的崩退不利于磧磯港河勢的穩(wěn)定，隨著凹岸的持續(xù)崩塌，主流擺動，改變下游河段入流條件，對下游河段的河勢穩(wěn)定將帶來不利影響。

1.2.3河段內(nèi)演變的關(guān)聯(lián)性

在長江中下游，右岸單側(cè)節(jié)點的挑流作用是鵝頭型汊道形成及演變的主要影響因素之一，湖廣水道演變通過改變泥磯挑流作用而對羅湖洲水道產(chǎn)生一定影響。

（1）歷史時期湖廣水道主流左右擺動，改變羅湖洲水道進(jìn)口磯頭挑流作用，影響主汊位置的穩(wěn)定。

19世紀(jì)50年代至1935年，湖廣水道主流偏靠河道右岸側(cè)且主流呈右擺之勢，泥磯挑流作用增強(qiáng)，羅湖洲水道進(jìn)口主流左擺，主流位于中汊且彎曲發(fā)展，鵝頭位于大埠街附近；1935～1970年，湖廣水道主流左擺，泥磯挑流作用減弱，進(jìn)入羅湖洲水道的水流頂沖河道左岸的動力減弱，深泓左擺幅度減小，鵝頭位于團(tuán)風(fēng)附近，加速了新右汊的發(fā)展，新右汊生成的演變歷時較上一輪縮短，1957年中汊分流比還有80%以上，至1970年中汊基本衰亡、新的右汊（即現(xiàn)在的磧磯港）形成，歷時不到15 a。隨著湖廣水道主流位于河道左側(cè)、右岸側(cè)邊灘發(fā)育的灘槽格局的穩(wěn)定，1970年至今，主汊位置較上一輪演變偏靠河道凸岸側(cè)，即位于右汊，且至羅湖洲水道航道整治工程實施以前，穩(wěn)定期超過20 a。

由此可見，湖廣水道主流偏靠右岸側(cè)，羅湖洲水道進(jìn)口磯頭挑流作用較強(qiáng)，有利于中汊發(fā)展為主汊；湖廣水道主流偏靠左岸側(cè)，磯頭挑流作用較弱，有利于右汊的發(fā)展。

（2）近期趙家磯邊灘總體沖刷，湖廣水道水流向右岸側(cè)擴(kuò)散，泥磯挑流作用時間延長，引起羅湖洲水道進(jìn)口左側(cè)河床沖刷；人民洲邊灘由于上游來沙大幅減小，邊灘呈現(xiàn)頭沖尾淤。

三峽工程蓄水以來，湖廣水道趙家磯邊灘沖刷主要始于2005年較大水年，表現(xiàn)為邊灘上段沖刷以及右側(cè)倒套發(fā)育。特別是2007～2009年趙家磯邊灘幾乎沖刷解體，2009～2011年趙家磯邊灘有所回淤。而羅湖洲水道2007～2009年東槽洲頭心灘淤高、展寬，但由于泥磯挑流作用隨趙家磯邊灘的大幅沖刷而增強(qiáng)，進(jìn)口左側(cè)（挖口至向家地一帶）河床發(fā)生明顯沖刷、右側(cè)主航槽則發(fā)生淤積；2009～2011年來水量較大而來沙量較小，洲頭心灘灘面有所刷低，但由于趙家磯邊灘回淤使泥磯挑流作用有所減弱，羅湖洲水道進(jìn)口左側(cè)河床發(fā)生明顯淤積。

因此，不難看出，泥磯磯頭挑流作用的調(diào)整正是近期羅湖洲水道東槽洲洲頭心灘頭部沖淤消長的主要原因。模型研究表明，趙家磯邊灘淤高后，中洪水期泥磯挑流作用減弱，主流沿泥磯深槽進(jìn)入右汊，東槽洲頭心灘流速有所下降，洪水流量下各測點處最大減幅0.18 m/s；趙家磯邊灘沖低后，中洪水期泥磯挑流作用增強(qiáng)，進(jìn)入羅湖洲水道的主流有所左擺，洲頭心灘流速有所增加，洪水流量下各測點處最大增幅0.2 m/s；趙家磯邊灘沖低后，湖廣水道主流位于右岸側(cè)，中枯水期泥磯也具有挑流作用?？梢姡w家磯邊灘沖刷，磯頭挑流作用時間延長，引起羅湖洲水道進(jìn)口左淤右沖；由于趙家磯邊灘沖刷幅度尚小，泥磯挑流對羅湖洲水道的影響范圍主要集中在向家地以上段。一旦邊灘沖刷持續(xù)，至一定程度，將影響羅湖洲水道灘槽格局的穩(wěn)定。

雖然泥磯挑流作用在一定程度上對羅湖洲水道人民洲邊灘穩(wěn)定有利，但人民洲邊灘受上游來沙減少的影響更大，人民洲邊灘仍呈現(xiàn)頭沖尾淤。

1.3航道條件分析

1.3.1礙航特性

湖廣水道的趙家磯邊灘上段不甚穩(wěn)定、灘體右側(cè)倒套沖刷發(fā)展，致使汪家鋪一帶過渡段水流分散，遇較大水年或退水較快的年份汛后5.0 m槽散亂，航道條件向不利方向發(fā)展。三峽蓄水后，上游來沙減小，邊灘沖刷后難以完全恢復(fù)，將呈沖刷、解體之勢，本水道航道條件將惡化，遇高水持續(xù)時間長、退水較快的年份可能出淺礙航。

羅湖洲水道的人民洲邊灘頭沖尾淤，引起磧磯港下段航道變窄的同時，促進(jìn)磧磯港進(jìn)口主流右擺、主流頂沖點下移。加上三峽水庫蓄水后中小水歷時延長，磧磯港下段凹岸深槽沖深，沿線岸坡近乎垂直，影響東槽洲右緣下段已護(hù)岸線的穩(wěn)定，并引起西河鋪一帶岸線大幅崩退。任其發(fā)展，磧磯港下段航路將進(jìn)一步彎曲、變窄，較好的航道條件難以長期穩(wěn)定。而且，趙家磯邊灘沖刷會引起泥磯挑流作用增強(qiáng)，改變羅湖洲水道進(jìn)口水流特性，影響灘槽格局及已建鎖壩工程的穩(wěn)定。

1.3.2演變趨勢預(yù)測

本河段兩岸關(guān)鍵部位的岸線已守護(hù)，并且上、下游河勢總體比較穩(wěn)定，加上河段內(nèi)高灘易崩退岸線已實施了護(hù)岸工程，在自然條件下本河段的總體河勢不會發(fā)生大的改變，即目前湖廣水道主流居左、羅湖洲水道主流居右的河勢不變。

趙家磯邊灘以上段沖刷、倒套發(fā)育為主，并存在切灘的可能，汪家鋪過渡段一定水沙條件下可能出淺礙航。三峽水庫蓄水后，細(xì)沙減少，灘體沖刷幅度增大、回淤速度減緩，邊灘以沖刷為主，加上尾部倒套的發(fā)展使得灘體存在切割的可能；粗沙恢復(fù)，淺灘汛期仍有較大幅度的淤積，而邊灘沖刷、汛后束水作用減弱，遇高水持續(xù)時間長、退水較快的年份，水道可能出淺礙航。

人民洲邊灘灘頭沖退、下段向河心淤長，致使磧磯港下段航槽變窄，加速磧磯港主流下挫，東槽洲右緣下段不穩(wěn)定、西河鋪一帶高灘繼續(xù)崩塌，不利于較好航道條件的維持，對磧磯港主流的穩(wěn)定帶來不利影響。隨著三峽蓄水的持續(xù)運行，上游來沙減小，人民洲邊灘頭部將繼續(xù)沖退，導(dǎo)致進(jìn)口主流右擺、頂沖點下移；同時由于三峽蓄水后中水持續(xù)時間加長，受磧磯港主流頂沖的東槽洲右緣下段及西河鋪一帶高灘崩塌將繼續(xù)。人民洲邊灘頭部沖刷泥沙下移、高灘崩塌泥沙橫向輸移均為人民洲邊灘下段的淤積提供了泥沙來源，一定時期內(nèi)邊灘下段仍將以淤積為主，加上高灘岸線的崩退會加速磧磯港主流的左擺，磧磯港下段航槽將趨于彎窄，航道條件變差；而邊灘下段淤積至一定幅度，還存在切灘可能，航道條件將進(jìn)一步惡化。

羅湖洲水道航道整治工程實施后至今，洲頭心灘淤高、東槽洲右緣岸線基本穩(wěn)定。隨著趙家磯邊灘沖刷的持續(xù)發(fā)展，泥磯挑流作用不斷增強(qiáng)，羅湖洲水道入流左擺，威脅洲頭已建工程整治建筑物的穩(wěn)定，影響工程的整治效果。

2　治理措施

2.1治理思路

本河段當(dāng)前航道條件尚好，但各水道均存在不利變化趨勢，而且湖廣水道灘槽變化還會對羅湖洲水道航道條件、甚至河勢的穩(wěn)定產(chǎn)生一定的不利影響。因此，本河段航道整治思路為：穩(wěn)定灘槽形態(tài)，抑制不利變化發(fā)展，鞏固已實施工程效果、確保已建工程的穩(wěn)定。守護(hù)趙家磯邊灘，抑制倒套發(fā)展，穩(wěn)定湖廣水道灘槽形態(tài)，防止航道條件向不利方向發(fā)展；在羅湖洲水道現(xiàn)有工程布局的基礎(chǔ)上，加大守護(hù)范圍，進(jìn)一步控制左右邊界，穩(wěn)定主流流路，維持良好的航道條件；上、下段整體考慮，通過對湖廣水道整治，穩(wěn)定羅湖洲水道的進(jìn)流條件，以有利于羅湖洲水道航道整治工程的穩(wěn)定和效果的發(fā)揮，實現(xiàn)整體治理目標(biāo)。

2.2整治工程方案研究

2.2.1工程總體方案

為了實現(xiàn)本工程的治理目標(biāo)，在定床模型試驗及推薦方案的基礎(chǔ)上，提出了2組試驗方案：方案1在趙家磯邊灘布置4道護(hù)灘帶，守護(hù)中上段，穩(wěn)定并恢復(fù)趙家磯邊灘，在人民洲邊灘布置2道護(hù)灘帶，守護(hù)邊灘中上段；方案2在趙家磯邊灘布置4道護(hù)灘帶，守護(hù)中下段，人民洲治理方案同方案一。以2011年11月為初始地形，對兩方案分別進(jìn)行了典型年及系列年方案研究［8］。研究結(jié)果表明：方案1和方案2均起到了抑制邊灘沖刷、穩(wěn)定航道條件的效果，能夠達(dá)到工程治理目標(biāo)。工程實施后，趙家磯邊灘持續(xù)淤積，邊灘沖刷后退以及倒套發(fā)展的趨勢被抑制，灘體趨于完整高大，淺區(qū)4.5 m航槽有所拓寬，航槽內(nèi)略有沖刷；人民洲頭部淤積、尾部有一定幅度的沖刷，致使西河鋪一帶航槽寬度略有展寬，雖然西河鋪一帶深槽仍有沖深，但沖刷幅度減弱。而且，系列年試驗表明，隨著時間的推移，兩方案在穩(wěn)定趙家磯邊灘和人民洲邊灘上段，保持兩汊分流比等方面效果也基本相當(dāng)。但方案2在塑造邊灘以及對拓寬汪家鋪過渡淺區(qū)航槽方面優(yōu)于方案1。同時分析工程穩(wěn)定性以及工程規(guī)模等因素，綜合考慮，確定方案2作為工程的推薦方案。

3　結(jié)語

通過實測資料分析表明，湖廣水道由于趙家磯邊灘上段不甚穩(wěn)定、灘體右側(cè)倒套沖刷發(fā)展，致使汪家鋪一帶過渡段水流分散，遇較大水年或退水較快的年份汛后4.5 m槽散亂，航道條件向不利方向發(fā)展的特點；羅湖洲水道的人民洲邊灘頭沖尾淤，引起磧磯港下段航道變窄，磧磯港進(jìn)口主流右擺、主流頂沖點下移；同時三峽水庫蓄水后中小水歷時延長，磧磯港下段凹岸深槽沖深，沿線岸坡近乎垂直，影響東槽洲右緣下段已護(hù)岸線的穩(wěn)定，導(dǎo)致西河鋪一帶岸線大幅崩退。通過對長江中游湖廣—羅湖洲水道河床演變特點的分析，提出了守護(hù)趙家磯和人民洲邊灘，穩(wěn)定洲灘，抑制河道不利變化、加大羅湖洲水道守護(hù)范圍的工程措施，鞏固已實施工程效果，維持較好航道條件，實現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)。

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Biography：YE Zhi?wei（1981-），male，senior engineer.

中圖分類號：U 617

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-8443（2014）05-0522-05

收稿日期：2013-10-08；修回日期：2013-12-10

作者簡介：葉志偉（1981-），男，湖北省孝感人，高級工程師，主要從事長江航道工程的技術(shù)研究、管理工作。

Study on river bed evolution and channel improvement idea of Huguang?Luohuzhou waterway in the middle Yangtze River

YE Zhi?wei1,LI biao2,LIU Yu?juan1,CHAI Hua?feng2
（1.Changjiang Waterway Bureau,Wuhan 430010,China;2.Changjiang Waterway Institute of Planning,Design& Research,Wuhan 430010,China）

Abstract:Based on the data measured from Huguang?Luohuzhou waterway,the main problems of this river section,the recent river bed evolution and navigation?obstructing characteristics were analyzed in this paper.Com?bining with the research results,the channel evolution trend of this section was predicted.Finally,the channel regu?lation idea and scheme of Huguang?Luohuzhou waterway were presented.

Key words:river bed evolution;navigation?obstructing characteristics;channel improvement