欒 華 龍，劉 同 宦，高 華 峰2，楊 光 榮，林 木 松

(1.長江科學院 水利部江湖治理與防洪重點實驗室，湖北 武漢 430010； 2.鎮(zhèn)江市工程勘測設計研究院，江蘇 鎮(zhèn)江 212050)

河流岸線是陸地與河流水體的分界線，具有獨特的空間結構和生態(tài)功能，是沿岸城鎮(zhèn)防洪安全屏障及社會經濟發(fā)展的重要載體，因此兼具重要的環(huán)境屬性和社會屬性[1]。長江中下游上起宜昌，下迄長江河口原50號燈標，干流岸線全長5 047 km，沿江地區(qū)是長江經濟帶建設的核心依托區(qū)域，具有豐富的資源優(yōu)勢和良好的區(qū)位優(yōu)勢[2]。岸線保護是長江流域綜合治理的重要內容，也是貫徹落實河長制工作中河流岸線精細化管護的必然要求。

20世紀50，60年代以來，長江中下游持續(xù)開展了以護岸工程為主的河道治理工作，逐步完成了荊江、武漢、南京等重點河段河道整治工程及大量的中下游護岸工程，對直接危及重要堤防的崩岸段和少數河勢變化劇烈的河段進行了系統(tǒng)治理。經過60余年的河道治理研究與實踐，對崩岸機理的認識及護岸工程技術均取得了豐碩成果[3-5]。目前，長江中下游河勢及岸線已基本穩(wěn)定，防洪能力及航道條件均有所提升[6]。

然而，隨著三峽工程及其上游干支流控制性水利水電樞紐的相繼建成和運行，長江中下游水沙情勢發(fā)生顯著變化，引起壩下游河床長時間、長距離的沖淤變化[7-8]，河道崩岸強度與頻率呈增大趨勢[6]，給沿岸防洪安全和經濟發(fā)展帶來不利影響。陳敏等[9]梳理了近年來長江中下游河道崩岸特征及應急整治措施；張慧等[10]分析了長江韋源口河段團林崩岸，提出了該河段今后治理措施；針對崩岸頻發(fā)情形，鄧宇等[11]提出了多波束測深系統(tǒng)、三維激光掃描儀等先進崩岸監(jiān)測技術。目前針對岸線保護與利用對崩岸的響應研究還不多。因此，亟待深化對新水沙情勢下長江中下游干流岸線保護措施與機制的認識。

本文在梳理近年來長江中下游干流水沙情勢變化及崩岸情況的基礎上，以2017年11月8日發(fā)生的揚中市指南村江堤崩岸為例，說明該崩岸險情發(fā)生的原因及應急治理工程方案，并以此為啟示探討長江中下游干流岸線保護。

1 新水沙情勢下長江中下游干流崩岸情況

新水沙情勢是指近十幾年來在全球氣候變化的大背景下，受三峽工程等長江上游控制性水庫運用、水土保持工程、南水北調工程等人類活動的影響，長江中下游來水來沙量及水沙年內、年際過程呈現出的復雜的趨勢性變化[12]。水沙情勢的變化引起河道沖淤調整和灘槽格局的變化，進而對河勢穩(wěn)定、通航條件、岸線利用等產生一系列影響，尤其局部抗沖性較差的岸段在水流持續(xù)頂沖作用下崩岸險情頻發(fā)。

1.1 水沙情勢變化

長江中下游干流控制站宜昌、漢口和大通站多年平均徑流量在三峽水庫攔蓄前(1950～2002年)分別為4 369億，7 111億m3和9 052億m3，而蓄水后(2003～2017年)分別減少7.3%、4.3%和4.6%。徑流量的年內分配變化主要受水庫調節(jié)作用的影響，表現為“削峰補枯”，包括洪季水庫攔峰和汛期過后蓄水引起7～10月均下泄流量減少，枯季水庫向下游補水使1～3月下泄流量有所增大[3]。

輸沙情勢的變化包括輸沙量銳減和三峽水庫下泄泥沙粒徑減少及沿程恢復兩個方面。宜昌、漢口和大通站多年平均輸沙量分別由三峽水庫蓄水前(1950～2002年)的4.92億、3.98億t和4.27億t銳減至蓄水后(2003～2017年)的0.358億、1.01億t和1.37億t，減少幅度達92.7%、74.6%和67.9%。輸沙量減幅沿程遞減表明壩下游輸沙量得到一定程度的沿程恢復。如圖1(a)所示，三峽水庫蓄水前長江中下游宜昌至大通沿程各站輸沙量并無趨勢性變化，而蓄水后輸沙量沿程遞增，增加的泥沙量主要來自壩下游的河道沖刷補給，進而引起枯水位下降[13]。同時，泥沙粒徑也存在沿程恢復作用，壩下游懸沙中值粒徑較蓄水前增大。輸沙量的年內分配情況同樣發(fā)生了顯著變化，以大通站為例，如圖1(b)所示，三峽水庫蓄水后全年所有月份的平均輸沙量均減小，且洪水期減少尤其顯著，汛期沙峰基本消失，洪枯季輸沙量和水體含沙量差異減小，長江中下游形成清水下泄之勢。

1.2 河道沖淤變化

三峽水庫蓄水前長江中下游干流河道整體上處于自然演變狀態(tài)，1981～2002年宜昌至徐六涇的干流河道平灘河槽沖刷泥沙0.520億m3，年均沖刷量僅為0.025億m3，沖刷主要發(fā)生在枯水河槽，總沖刷量為10.480億m3，枯水位以上灘槽則淤積泥沙9.960億m3，表現為“沖槽淤灘”，河床沖淤總體上呈現相對平衡[14]。

2003年三峽水庫蓄水以來，長江中下游干流河道沖淤相對平衡被打破，河床在清水下泄作用下發(fā)生長時期、長距離的大幅沖刷調整，尤其壩下游的荊江河段沖刷強度最大。2002～2017年宜昌至湖口段累計沖刷量約21.240億m3，年均沖刷1.420億m3，河床平均沖深1～3 m，尤其在極端洪水的作用下2016年沖刷強度是年均值的3.3倍；2001～2016年湖口至徐六涇段沖刷16.490億m3，年均沖刷量1.100億m3[15]。

圖1 三峽水庫蓄水前后干流水文站輸沙量變化Fig.1 Sediment load before and after the impoundment of Three Gorges Dam

河槽持續(xù)沖刷引起部分河段河勢發(fā)生較大變化，如上荊江的三八灘汊道段、下荊江調關彎道段、熊家洲彎道段主流擺動導致切灘撇彎現象和鎮(zhèn)揚河段世業(yè)洲左汊的加速發(fā)展等。演變最劇烈的荊江河段，枯水流量持續(xù)時間縮短引起彎曲河段凹岸由蓄水前的淤積轉變?yōu)闆_刷，中水流量持續(xù)時間延長，主流對彎頂下游的頂沖作用增大，造成近岸河床沖刷加劇，岸坡變陡[3]。長江下游鎮(zhèn)揚河段，作為江心洲分汊河段，在清水沖刷作用下世業(yè)洲和和暢洲左右汊均發(fā)生沖刷下切，對河勢穩(wěn)定和堤防安全造成威脅。

1.3 近期崩岸情況

長江中下游為沖積平原，河道崩岸是河岸二元結構在水流累積作用下的自然演變過程，并且主要發(fā)生在抗沖性較差的迎流頂沖段。三峽水庫蓄水后，隨著水沙情勢變化及河勢調整加劇，長江中下游出現新的崩岸險情，頻度和強度明顯大于蓄水前。據不完全統(tǒng)計，2003～2015年長江中下游河道共發(fā)生崩岸險情826處，崩岸總長度643.6 km，主要位于蓄水前的崩岸段和險工段范圍內[16]，崩岸類型包括弧形窩崩、條形倒崩、坡面滑挫和枯水平臺塌陷等形式。近期發(fā)生的崩岸將產生諸多危害，有些崩岸位于干堤堤腳附近，威脅防洪安全；有些崩岸位于重點控制節(jié)點，影響河勢穩(wěn)定；還有些崩岸位于岸線洲灘，危及基礎設施的安全[9]。

近60 a來，長江中下游開展了大量崩岸研究和治理工作，尤其對直接危機重要堤防安全和少數河勢變化劇烈的河段進行了治理，取得了一定的社會、經濟和環(huán)境效益。截至2017年，長江中下游仍約有840 km的崩岸險段[9]。

2 揚中市2017年江堤崩岸及應急治理

2.1 崩岸險情與搶護

2017年11月8日05：00左右，揚中河段太平洲左緣(揚中市三茅街道指南村)泰州大橋上游約1.5 km處江岸發(fā)生較大尺度窩崩，崩岸從外灘向長江干堤迅速延伸，11：20長江干堤開始坍失，至18：00崩岸基本趨于穩(wěn)定。崩岸造成江岸線坍失540 m，坍失主江堤440 m，坍江最大進深190 m，坍入主江堤堤后最大距離51 m(見圖2)，坍失房屋9戶、江堤涵洞1座，坍失面積9.733 hm2。

崩岸形成的窩塘呈“Ω”形狀，屬于典型的“口袋型”崩窩(見圖2)。斷面上窩塘近岸邊坡較陡，坡比一般在1∶1.5～1∶2.0，局部陡于1∶1.0，窩塘中間較平緩，底高程一般在-20～-30 m(1985高程系)(見圖3)。

圖2 揚中市2017年江堤崩岸基本情況(單位：m)Fig.2 Information of the Yangzhong bank collapse in 2017

本次崩岸的規(guī)模、強度之大十分罕見。險情發(fā)生后，政府立即組織相關部門實施搶險工程，包括在主江堤后方約150 m處搶筑高1.5 m、總長1.5 km的臨時子堤(圖2)，以及水下拋石和格賓石籠護岸、沉樹頭石促淤等窩塘治理搶險工程。搶險工程有效抑制了險情的進一步發(fā)展，至11月24日窩塘內岸線崩退情況已明顯減緩，崩岸坍勢已得到基本控制，為下一階段干堤復建和岸線守護應急治理工程創(chuàng)造了條件。

圖3 崩窩斷面近期變化Fig.3 Variation of the section at the bank collapse site

2.2 崩岸原因分析

根據崩岸河段近期河道演變分析，結合地質勘探資料，認為本次揚中江堤崩岸的原因主要包括以下兩個方面。

(1) 局部河勢調整、近岸河床持續(xù)沖刷下切和近年大洪水作用是崩岸發(fā)生的主要動力因素。從近年崩岸處的河床沖淤變化看，多年來嘶馬彎道彎頂向下游發(fā)展，受河道整治工程的作用，目前基本穩(wěn)定在其出口段的高港燈標附近，但出口處的左側深槽沖深，并向左擴展，從而使上游左岸嘶馬彎道過渡到太平洲處的主流頂沖位置由二墩港附近下移到目前的三墩港即本次崩岸附近，該處河道深槽近年持續(xù)遭受沖刷(見圖4)。

圖4 崩岸段河床沖淤分布(單位：m)Fig.4 Erosion/deposition patterns of the river segment near the bank collapse site

受航道整治工程鰻魚沙心灘守護工程的影響，崩岸段潛洲分流區(qū)及左右槽過渡段深泓相對穩(wěn)定。在上游來水來沙條件發(fā)生較大變化且水流持續(xù)頂沖的影響下，近年崩岸段近岸-20～-40 m深槽擴大刷深并向岸邊逼近，局部形成了高程近-60 m的沖刷坑。本次崩岸段從河道平面形態(tài)上看處于岸線向外凸出的頂點，也是承受水流頂沖的位置，加之二墩港至泰州大橋江段歷史上從未進行過拋石守護，以上幾個綜合因素的影響是形成成本次崩岸的主要原因。

近年來，特別是2016年，長江下游發(fā)生較大洪水，大通站實測最大流量70 700 m3/s，年徑流量為10 450億m3，為1998年以來的首位，大于45 000 m3/s(河段平灘流量)的時間達到120 d，年輸沙量為1.52億t相對較??；2017年來水也相對偏豐，汛期大通站實測最大流量也達到70 100 m3/s。這2 a來水量均較大，輸沙量仍處于較低水平(見圖5)，大水的造床作用顯著，在一定程度上加快了近期河道沖刷。

圖5 大通站2016～2017年來水來沙過程Fig.5 Flow and sediment discharge during 2016～2017 at Datong Station

(2) 河岸固有的地質組成是窩崩發(fā)生的內在因素。根據地質勘探結果，崩岸處的河岸為二元結構，其上約10 m厚為為黏土(粉質黏土)層，而下部的粉砂或細砂層厚度超過40 m。這種河岸組成抗沖能力相對較強，在一般的水流條件下不易發(fā)生崩岸。但當水流及河床沖刷達到一定強度后下部沙層受到淘刷，而使上層黏土層逐漸懸空，到一定程度后整體倒塌形成崩窩，這是造成本次嚴重崩岸的重要原因。這也是長江中下游常見窩崩發(fā)生的地層結構條件。

2.3 崩岸應急治理與岸線守護

揚中江堤保護著揚中市34萬人口的生命財產安全，而搶險工程修筑的臨時子堤只能滿足2018年4月底以前的擋水要求，搶險子堤在搶險條件下形成，其質量也難以滿足永久堤防要求；搶險期間對崩岸段處理主要著眼于險情控制，難以滿足度汛要求。因此，政府部門立即組織開展崩岸應急治理工程實施方案的編制，工程內容包括干堤復建和岸線守護工程兩個方面，其任務是恢復崩塌的江堤，對崩岸段及鄰近一定范圍的江岸進行除險加固，切實保障揚中34萬人口的生命財產安全。

經過河道演變分析、數模計算和充分的方案比選，最終確定工程規(guī)模及布置方案如下[17]。

(1) 干堤復建工程。擬定復建堤線走向基本與原主江堤平行，相距約200 m，以“S”彎與原主江堤平順銜接，轉彎半徑均為300 m，復建堤防長1 331 m，同時上游銜接處的兩座泵站需要拆除重建。

(2) 岸線守護工程。包括窩塘治理和窩塘上下游河道岸線守護工程，前者采取的工程措施為在搶險工程窩塘口門和窩塘區(qū)域內側沉樹頭石，緩流促淤；后者工程措施為二墩港上游約500 m至窩塘口門上游約590 m及窩塘下肩下游175 m至泰州大橋下約100 m進行散拋塊石護岸，守護長度分別約1 910 m和1 475 m，之間包括窩塘口門的岸坡采用1.1 m厚格賓石籠加強守護，并與上下游平順銜接。工程新建護岸長度共計4 150 m，拋石護岸面積28.49萬m2，陸上護坎拋石3.51萬m3，水下護岸拋石面積28.84萬m3，水下護岸格賓石籠5.09萬m3。

工程已于2018年5月底順利完工，復建堤防為揚中提供了汛期安全保障，窩塘上下游新護岸線抑制了該河段新的崩岸險情發(fā)生。

3 對長江中下游干流岸線保護的啟示

長江集“黃金水道”和“黃金岸線”于一體，岸線資源豐富，但受到經濟社會發(fā)展階段的制約和歷史條件的限制，岸線總體利用率高，利用格局不盡合理，新老問題交織重疊。按照“共抓大保護、不搞大開發(fā)”和“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的總體原則，隨著長江經濟帶發(fā)展重要戰(zhàn)略的深入推進和落實，對長江岸線保護與開發(fā)利用提出了新的要求和管護發(fā)展方向。

岸線的安全穩(wěn)定和綠色生態(tài)是長江沿岸社會經濟高質量發(fā)展的基礎，崩岸治理和生態(tài)岸線恢復是這一基礎的具體體現。江蘇省揚中市本次嚴重崩線險情再次突顯出崩岸治理的迫切性，同時也對長江中下游干流岸線保護給出了以下幾點啟示。

(1) 在持續(xù)低來沙量條件下，長江中下游干流河道灘槽總體上均處于沖刷狀態(tài)，尤其局部河段近岸河床沖刷，如果不加以防護，沖刷一旦累積到一定程度就可能發(fā)生崩岸險情。受氣候變化影響，長江中下游極端洪水時有發(fā)生，而洪水期和汛后落水期往往是崩岸強烈時段[4]，與河道貼岸沖刷疊加是近年來發(fā)生嚴重崩岸的重要原因。崩岸發(fā)生后，由于上游來沙不足，窩塘回淤和促淤還灘難度增大，許多大型窩塘如無工程措施干預往往只能維持崩窩后地形。因此，需要開展崩岸后岸線功能恢復的研究和整治工作。

(2) 護岸工程是河道治理的重要內容，長江中下游在過去60多年實施了大量護岸工程，新水沙情勢對護岸提出新的要求，需根據近期河道演變特征和趨勢分析結果，梳理已建護岸工程的分布和運行情況，對重點河段進行逐一排查，確定岸坡穩(wěn)定性的風險等級，重點關注崩岸高風險岸段，提早采取工程措施加以守護，爭取實現長江中下游干流重點河段崩岸有效控制的全覆蓋。

(3) 崩岸的影響因素涉及面廣且錯綜復雜，各個因素之間互相聯(lián)系、互相制約[4]，因此精確的崩岸預測預警仍存在較大困難。隨著長江中下游河道監(jiān)測、分析研究及崩岸治理工作的深入，積累了豐富、全面、系統(tǒng)的資料，不斷加深了對河道演變規(guī)律和趨勢的認識。通過開展多學科綜合研究，進一步揭示清水沖刷條件下不同河段崩岸機理和發(fā)生條件，同時借助衛(wèi)星遙感影像、無人機航拍監(jiān)測、無人船快速測量等技術手段，加強崩岸發(fā)生地點的預判分析，進而提出合理的崩岸預測方法和指標體系。目前，安徽省已開展長江安徽段崩岸預警工作，向社會公開發(fā)布預警信息，取得了良好的經濟和社會效益[18]，包括荊江河段、南京河段在內的部分河段也開展了崩岸預警方法的探索[19-20]。下階段需持續(xù)開展河道監(jiān)測，加強河道綜合整治，加大崩岸治理投入，建設崩岸預警信息化平臺，形成岸線監(jiān)測、預警和監(jiān)管的全鏈條長效機制。

(4) 隨著我國生態(tài)文明建設的推進和河湖長制全面落地，河湖岸線的精細化管護成為必然趨勢。2018年開展的長江干流岸線保護與利用專項檢查行動形成岸線利用現狀和問題的基礎數據庫和項目臺帳，為下階段清理整改、執(zhí)法監(jiān)管創(chuàng)造條件，同時有助于崩岸段的岸線保護。

(5) 長江干流岸線利用總體呈現生產生活岸線居多、生態(tài)岸線偏少的利用格局，落實河長制工作中嚴格水域岸線生態(tài)空間管控的要求，需要加大生態(tài)岸線和城市景觀岸線建設的投入，研發(fā)環(huán)境友好型護岸工程技術，在崩岸治理中兼顧生態(tài)需求，為實現“美麗長江”及“河暢水清岸綠景美”的目標做出貢獻。

4 結 語

長江中下游干流岸線是沿江防洪安全屏障和經濟發(fā)展的載體，對岸線資源的保護與合理開發(fā)利用是河道綜合整治的重要內容。三峽水庫蓄水運行以來，長江中下游水沙情勢發(fā)生顯著改變，尤其來沙量銳減引起河道長時段、長距離沖刷，河槽下切、洲灘萎縮，崩岸頻度和強度呈增大趨勢，危及岸灘穩(wěn)定和堤防安全。

以2017年11月?lián)P中市指南村江堤(太平洲左緣)崩岸為典型案例，通過分析近期河道演變特征和崩岸點地層結構，認為在上游河勢調整影響下，崩岸段河道持續(xù)沖刷下切，深槽貼岸及河岸典型二元結構是崩岸的主要原因，2016年和2017年連續(xù)2 a的大洪水作用加快了崩岸的發(fā)生。險情發(fā)生后實施了窩塘搶護，以及干堤復建和崩岸上下游岸線守護工程等應急治理工程，工程已在2018年汛前完工并實現成功度汛。此次崩岸險情對長江中下游崩岸治理及岸線保護具有一定啟示作用，來沙不足將增大崩窩促淤還灘難度，下階段應加強崩岸高風險岸段的排查，建立覆蓋重點河段的崩岸預警信息化平臺，探索形成水域岸線保護的長效機制。