冲积河流冲淤量计算模式研究
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2.2 荆江河段

2.2.1 河道概况

荆江是长江中游距三峡出口处60km以下的一段冲积性河段,上起枝城,下迄洞庭湖出口的城陵矶,贯穿于江汉平原与洞庭湖平原之间,流经湖北省的宜都、枝江、松滋、荆州、沙市、公安、江陵、石首、监利及湖南省的华容、岳阳等县市(区)。两岸河网纵横,湖泊密布,是我国主要的粮棉产区。

按河型不同,以藕池口为界,又分为上荆江、下荆江。下荆江系统裁弯前,上荆江长约164km,下荆江长约240km。三处裁弯后(上车湾、中洲子和沙滩子)缩短河长约74km。目前,按枯水几何中心线量测,荆江全长347km,其中上荆江长约171km,为微弯分汊河型,主要汊道有关洲、芦家河浅滩、董市、柳条洲、江口洲、火箭洲、马羊洲、太平口心滩、三八滩、金城洲和突起洲等,下荆江长约176km,为典型蜿蜒性河道,洲滩以边滩为主,江心洲主要有乌龟洲,见图2-5。

图2-5 荆江河段河势图

荆江径流主要来自宜昌以上长江干流。枝城以上约19km处的宜都有支流清江入汇,沙市上游15km临江坪有小支流沮漳河入汇。南宋时期两岸有九穴十三口分汇江流,现仅存南岸的松滋口、太平口、藕池口和调弦口(调弦口于1959年建闸控制)分汇水沙入洞庭湖。四口分流对于调节荆江水沙、减轻荆江防洪负担具有重大作用。洞庭湖接纳四口和湘、资、沅、澧四水后于城陵矶入汇长江,因此出流顶托又对下荆江河道演变产生影响。

荆江两岸主要堤防有北岸下百里洲江堤、荆江大堤和洪湖监利长江干堤,南岸上百里洲围堤、松滋江堤、荆南长江干堤和岳阳长江干堤。

上荆江枝城—江口段为卵石挟沙河床,河床中分布卵砾石洲滩,主流线平面摆幅较小;江口—藕池口段为沙质河床,具有二元结构特征,大部分河岸边界由厚层黏土组成,主流线平面摆幅较大。下荆江均为沙质河床,大部分河岸由疏松沉积物组成,并且常常呈层状,局部河段主流线摆动的同时,伴随着基本河槽的平面位移。主流线的摆动主要受节点、岸线的稳定性、裁弯、撇弯切滩等因素的影响。20世纪90年代以来,由于受水沙条件变化的影响,荆江河床普遍发生了冲刷。尽管荆江总体河势没有改变,但局部河势出现了一定程度的调整,部分河段如三八滩汊道、石首河弯和乌龟洲汊道等变化剧烈,主要表现在长顺过渡段主流线摆动频繁、河床冲深、洲滩有冲有淤、汊道易位、水流顶冲点上提或下移、崩岸频繁发生等。随着护岸工程的逐步实施,抑制了近岸河床的横向发展。

2.2.2 水沙变化

荆江河段径流主要来自长江上游,河段上游有支流清江入汇,其多年平均径流量约为宜昌来水的3%,荆州学堂洲上游左岸有沮漳河入汇,其多年平均年径流量约为宜昌来水的0.6%。河段右岸有松滋口、太平口、藕池口分流入洞庭湖。

三峡水库蓄水后,2003年、2004年、2005年荆江各站年径流量与多年均值(1955—2002年)比较相差较小,2006年为特殊水文年,荆江各站年径流量是实测流量资料系列的最小值,枝城、沙市、监利较多年平均值分别减少34%、29.1%、24%。三峡水库蓄水后的前6年(2003—2008年),监利站的年径流量分别占枝城径流量的86.5%、88.6%、88.8%、92.9%、87.3%和88.8%。

与多年均值比较,2003—2008年的年输沙量和年含沙量明显减小,减小幅度沿程递减。其中2003年枝城、沙市、监利站年含沙量减少幅度分别为73%、69%、65%,2004年3站减幅为83%、78%、72%,2005年减幅则分别为77%、71%、66%,2006年减幅分别为96%、92%、86%,2007年减幅分别为86%、82%、75%。

荆江三口多年平均分流分沙比(占枝城来量百分比)分别为20.0%和24.7%,分沙比略大于分流比,2003—2008年荆江三口分流分沙比分别为13.5%、12.4%、14.2%、6.2%、13.0%、12.4%和15.6%、18.0%、20.5%、13.5%、19.6%、18.7%。

2.2.3 重点河段平面变化

1.沙市河湾

沙市河湾由太平口长顺直过渡段和三八滩、金城洲微湾分汊段组成。近期变化主要表现在:①1996—2001年太平口边滩下半部展宽、下延;三八滩主体冲刷萎缩;河湾中段右汊主泓线左移;金城洲右汊淤积;②2002—2004年太平口边滩滩尾冲刷;三八滩小幅淤高;河弯中段右汊主泓线右移;③金城洲左汊冲刷,右汊继续淤积。

近期沙市河湾变化给堤防稳定产生了一定的影响。1998年大水后左汊萎缩导致了荆江大堤沙市城区段险工近岸河床淤积。汊道主泓线的摆动导致了2000—2001年汊道下游右岸荆南长江大堤陈家台至新四弓段崩塌。金城洲左汊发育,盐观段护岸近岸河床冲刷,滩槽高差加大。

2.公安河湾

近期公安河湾水流主泓摆动频繁。1996年9月主流线从观音寺逐渐过渡到突起洲右汊;1998年9月主泓偏北顶冲突起洲洲头;2000年4月从观音寺迅速过渡到马家嘴,随后贴近突起洲洲头,1998年9月—2000年4月主泓摆幅最大达1100m。2001年、2002年汛后,主泓线走向偏右,但2002年9月仍比1996年9月左移300m。主流线的大幅摆动,导致了突起洲洲头大幅崩退、左汊冲深及分流比增大,左汊近岸河床冲深危及文村夹护岸段和左汊围堤的岸坡稳定。由于主泓线左移贴近荆江大堤文村夹护岸段,近岸河床冲刷,2002年3月、2005年1月文村夹段和2005年12月初青安二圣洲围堤崩岸。

3.石首河湾

石首河湾是近期下荆江河势变化最为剧烈的河段。1994年6月11日撇湾后,弯顶上、下游的河势调整显著,主流线摆动很大。撇湾后,弯道上段进口主泓线仍然摆动极大,贴左、居中、靠右不定,多数年份靠左而行,一般大水年份居中。由于中部五虎朝阳心滩的淤长,河势变为相对稳定的分汊型河道,1994年、1995年、1996年主泓走右汊,1998年后至今主流一直走左汊。至弯顶附近主泓集中偏左岸,并从新河直向北门口附近,并沿北门口以下右岸逐渐向左岸过渡。

石首湾顶河势调整对石首人民大垸围堤和荆南长江干堤围堤安全产生了不利的影响,十多年来,崩岸频繁发生。上段茅林口至向家洲岸线持续后退。由于弯顶以下主流线顶冲点位置随着时间的推移不断下移,导致崩塌部位也不断下移。左岸崩塌位置自1994年鱼尾洲下移至2005年的北碾子湾下游,同期右岸崩塌位置也自北门口下移至北门口下游约3km处。

4.监利河湾

近期监利河湾的变化主要表现在乌龟洲汊道主流,1996年由左汊转到右汊后,左泓大幅淤积束窄,右汊冲深展宽,汊道下游主流顶冲点上提,乌龟洲汊道主流走右泓,右汊冲刷,左汊淤积。近年来深泓线逐渐向乌龟洲右边缘摆动,洲体南侧大幅度崩塌,主流线逐步向北移动。主流出乌龟洲后顶冲新洲垸围堤铺子湾下段,崩岸发展。

受上游河势调整影响,右岸岳阳长江干堤天字一号段水流顶冲点下移,天星阁至洪水港河势基本稳定,但主流贴岸段下移、河床冲深导致了2004—2005年洪水港护岸段小范围崩塌。水流过洪水港后,进入盐船套顺直段。1991—1998年主流顶冲点在龙家门附近移动,龙家门至盐船套中段主流逐渐离岸,至团结闸重新回到左岸,三洲联垸围堤团结闸段岸线崩退严重。熊家洲弯道基本稳定,熊家洲至七弓岭深泓右移,七弓岭主流贴岸段范围增加,七弓岭下段崩岸频繁发生。

2.2.4 河道纵剖面变化

三峡水库蓄水后,荆江河段发生了普遍冲刷,冲刷主要发生在枯水河床,因此,河段的深泓纵剖面与冲淤变化基本一致,河床总体表现为冲深。上、下荆江比较,上荆江下切更为明显。上荆江公安以上,深泓普遍冲深,尤其是沙市—文村夹段冲刷幅度大;下荆江深泓冲淤相间,石首弯道有所淤积,调关以下冲刷明显。荆江河道深泓沿程纵剖面变化见图2-6。

图2-6 荆江河道深泓沿程纵剖面变化图

2.2.5 河道冲淤变化

荆江冲淤量采用断面法计算,沿用1979年水面线(依据计算控制水位,河段下尾部作了相应的调整),分枯水河槽、平均河槽、平滩河槽和洪水河槽,相应宜昌流量为5000m3/s、10000m3/s、30000m3/s、50000m3/s水面线下河槽。断面利用2002年10月与2008年10月地形资料。河道冲淤变化见图2-7和图2-8。

图2-7 2002年10月—2008年10月荆江河段冲淤量变化

图2-8 2002年10月—2008年10月荆江河段河床沿程冲淤量变化

荆江河段2002年10月—2008年10月期间高水河床下河床冲刷量为4.18亿m3。其中上荆江冲刷1.56亿m3,下荆江冲刷2.62亿m3。冲刷主要集中在枯水河槽,整个荆江枯水河槽冲刷量为2.92亿m3,占平滩河槽冲刷量的70%。

枝江河段高水河槽冲刷量约为0.404亿m3,基本河槽冲刷量约为0.351亿m3,冲刷主要集中在枯水河槽,平滩以上河床冲淤变化很小。

沙市河段高水河槽冲刷量约为0.584亿m3,枯水河槽冲刷量约为0.565亿m3,基本河槽冲刷量约为0.581亿m3,冲刷主要集中在枯水河槽,基本河槽以上河床冲淤变化很小。

公安河段平滩河槽河床冲刷量约为0.572亿m3,基本河槽下河床冲刷量约为0.478亿m3,枯水河槽冲刷量约为0.511亿m3,说明冲刷主要集中在枯水河槽,基本河槽至平滩间的低滩部位也发生了冲刷,平滩河槽以上河床冲淤变化很小。

石首河段高水河槽冲刷量约为1.362亿m3,基本河槽冲刷量约为1.001亿m3,冲刷主要集中在主河槽,冲刷形式表现为“滩槽均冲”。

监利河段高水河槽冲刷量约为1.261亿m3,基本河槽下河床冲刷量约为0.734亿m3,滩槽均表现为冲刷,河段在江湖汇流段发生淤积。