三峽工程對長江中下游影響處理湖南段河道演變分析

黃麗紅

（岳陽市長江修防中心，湖南 岳陽 414000）

0 引言

三峽工程是集防洪、發電、航運等綜合效益為一體的惠民工程，在治理、開發和保護長江流域具有控制性作用。它的建設對長江流域乃至全國的國民經濟和社會發展將產生重大而深遠的影響。三峽工程建成后提高了長江中下游防洪能力，有效保護了中下游防洪保護區人民生命財產安全，增加枯水期流量，總體改善中下游航運條件。然而，三峽工程蓄水以后也明顯改變了長江中下游河道的水沙條件，水庫清水下泄致使河道沖刷[1]，對中游局部河段的河勢調整、岸坡穩定、部分城鎮居民飲水和農業灌溉、河段航運以及中下游的生態環境等也會產生了一定的不利影響。為此，國務院三峽工程建設委員會辦公室組織有關部門編制“三峽工程后續工作規劃”[2～3]，重點對三峽工程蓄水運用后壩下游水流對河床沖刷而導致局部河段河道演變規律，以及河道演變的強度和速度發生變化進行研究。

1 長江湖南段存在的主要問題

長江湖南段地處長江中游，沿江區域為岳陽市，是洞庭湖生態經濟區的重要組成部分，土地肥沃，物產豐富，人口稠密，農業發達，是湖南省的精華地區，也是我國重要的糧棉油生產基地。

長江湖南護岸河段，總體河勢和河型目前雖然得到控制，但在不同來水來沙條件和特定的河道邊界條件下，部分河段河勢調整變化仍比較劇烈，致使部分地段的護岸工程失效損毀，進而產生新的崩岸。長江湖南段分為下荊江河段和岳陽河段，本文主要研究岳陽河段河床演變分析情況，根據現場調查、實測水下地形資料對比分析，以及考慮三峽工程初期蓄水運用后的影響，岳陽河段主要存在以下問題[4]：

（1）上游三峽水利樞紐的建設完成后來沙量減少，使長江中下游（湖南段）護岸河段河床發生大范圍、長時間、大幅度的沖刷；

（2）近岸河床迎流頂沖段沖深幅度大，岸坡普遍變陡，對現有護岸穩定造成極大威脅；

（3）崩岸頻度和崩岸強度有所增加，新增崩岸較多；

據不完全統計，2003年以來，岳陽河段崩岸長度也較三峽蓄水運用前明顯增加。據岳陽市長江修防處提供的監測數據，2003年～2009年，岳陽河段年均發生崩岸長度約25 km，最大崩寬為17 m，近期岸線崩退較為嚴重，原有護岸范圍較短、較薄弱，若不能及時進行控制，將對上下游河勢造成極不利影響：改變水流頂沖點及范圍，產生新的崩岸，引起大的河勢變化。

2 河道演變分析

2.1 河道基本情況

湖南省岳陽長江護岸工程河道上起五馬口，下至鐵山咀，總長達163 km，岳陽河段上起城陵磯，下至赤壁，全長約77.0 km，沿江兩岸分布有城陵磯、白螺磯～道人磯、楊林山～龍頭山、螺山～鴨欄、赤壁等天然節點，分為上、中、下三段，分別為城螺河段(城陵磯～螺山)、界牌河段(螺山～石碼頭)、石碼頭～赤壁段。河道內自上而下沿程分布有仙峰洲、南陽洲、新淤洲、南門洲等江心洲。根據2011年7月實測資料，南陽洲右汊分流比為71.1%。河段左岸為監利縣、洪湖市，右岸為岳陽樓區、云溪區、臨湘市、赤壁市。

2.2 近期河道演變

2.2.1 河床沖淤變化

（1）城陵磯至漢口河段河床沖淤變化根據水利部長江水利委員會2016年7月編制的《長江中下游河道治理規劃》報告分析表明[5]：三峽工程蓄水運用前，城陵磯至武漢河段河床沖淤大致可以分兩個大的階段：第一階段為1975年～1996年，河床持續淤積，累計淤積泥沙2.738億m3，年均淤積量為0.13億m3；第二階段為1996年～2001年，河床則表現為持續沖刷，累計沖刷泥沙1.665億m3，年均沖刷量為0.333億m3。三峽工程蓄水運用后，城漢河段河床有沖有淤，總體表現為沖刷，2001年～2012年平灘河槽沖刷量為1.256億m3。三峽工程運用后城漢河段河床形態均未發生明顯變化，河床深泓剖面以下沖刷下切為主，深泓最大沖深為10.7 m（赤壁附近）。

（2）長江湖南段近岸河岸邊灘與河槽近年的沖淤變化根據2006年～2016年長江湖南段50個固定河道斷面測量成果分析，近年來，近岸邊灘除新沙洲樁號15+650等少數沙洲淤積外，大部分河岸呈現沖刷，近岸的河槽整體呈現沖刷狀態。2016年～2006年長江湖南段近岸河道部分河段沖淤情況表見表1。

表1 2016年～2006年長江湖南段近岸河道部分河段沖淤情況表（部分）

2.2.2 岳陽河段近期河道演變

岳陽河段近期河道演變主要表現在：

（1）城螺河段河勢相對穩定，一直維持左支右主的順直型雙分汊形態。多年以來，南陽洲平面形態穩定，其右汊多數年份為主汊，左右汊道興衰直接影響下游界牌河段。進口段主流的走向。

（2）界牌河段在綜合整治工程及岳陽河段隱蔽工程實施前河勢極不穩定，灘槽消長頻繁。界牌河段上段（楊林山至皇堤宮）河道順直單一，主流多數年份偏靠左岸下行，主流在螺山以上擺幅較小，螺山以下擺幅加大，右岸有大片邊灘存在。皇堤宮至蔡家莊為過渡段，過渡段的演變主要表現在螺山邊灘的上提下移，呈周期性變化。

受過渡段上提下移的影響，南門洲汊道總體雖然維持左支右主的河勢，但左汊新堤夾大幅沖淤，分流比變化較大。目前，螺山邊灘下移至新堤夾口門處，上邊灘中下段沖刷縮窄，過渡段形成2條深泓匯合于新淤洲前沿，魚咀遭受主流強烈頂沖，新淤洲及南門洲之間的鎖壩有所損毀。新淤洲左右汊分流點逐步上移，過渡段左深泓上復糧洲至葉家墩段沖深拓寬，已成為主航道。

（3）石碼頭～赤壁山段為連接左岸石碼頭深槽與右岸赤壁深槽過渡段，多年來該段主流平面位置較為穩定。

2.3 三峽工程蓄水后近期河道演變預估

2.3.1 河床沖淤計算

按三峽水庫的調度運行規劃方案，長江科學院采用1991年～2000年系列年進庫水沙條件和三峽水庫泥沙淤積后出庫水沙過程，進行了宜昌至大通長河段長時段泥沙淤積數學模型計算[6]。根據長江科學院的數學模型計算成果：水庫運用10年時，本河段沖刷量相對較小，占該河段最大沖刷量的33%；水庫運用20年內，該河段沖刷發展較快，沖刷量較多，占該河段最大沖刷量的73%；水庫運用30年內，該段河床發生劇烈沖刷，是沖刷量及沖刷強度最大的河段。

2.3.2 河道演變趨勢

（1）河型變化

三峽工程建成后，改變了壩下游河道的來水來沙條件，導致岳陽河段將經歷較長時期的沖淤過程。三峽工程建壩前后岳陽河段兩岸邊界條件基本相同，特別在1998年特大洪水后，長江中下游堤防控制工程的建設，使河道形態和河床演變規律總體上不會有重大改變，仍會保持原河型不變。

（2）河道演變趨勢

預計在今后較長一段時期內，岳陽河段河道演變趨勢為：

①岳陽河段河道形態和河道演變規律受來水來沙條件、江湖關系變化以及三峽水庫調蓄及岸線開發利用等人為因素的影響，局部河段河勢仍會發生一定程度的調整[8]。

②在保證整治建筑物穩定的前提下，界牌河段河勢將保持相對穩定，同時局部變化、調整亦將持續。龍頭山至鴨欄段主流近期仍以先中后左平面形態過渡至螺山，儒溪邊灘將在較長時期依附右岸儒溪一帶，并緩慢下移。

③螺山～石碼頭由于過渡段較長，河道較寬，主流的變動空間仍然較大。目前，螺山至界牌段左岸主流貼岸，應進行守護。

④石碼頭～赤壁山段為連接左岸石碼頭深槽與右岸赤壁深槽過渡段，多年來該段主流平面位置較為穩定，仍將保持相對穩定的河勢。

2003年6月三峽水庫蓄水運用以來，壩下游河道的來沙量大幅度減少，位于近壩下游河道出現了較長時期和較長距離的河床沖刷調整，沖刷的部位主要在枯水河槽，尤其是彎道凹岸和主流貼岸下行的順直段的近岸河床沖淤變化幅度較大，已引起新沙洲、鋪子灣、天字一號、天星閣、洪水港、團結閘、荊江門、姜介子、熊家洲、七弓嶺、觀音洲等已護岸工程段和荊江門下段、七弓嶺和儒溪等未護段的局部位置出現了不同程度的岸坡滑挫現象或崩岸險情。隨著河道沖刷調整的持續，更多的岸坡穩定風險將不斷積累，危及局部河段河勢穩定及堤防安全。

3 河床演變沖刷處理措施

根據三峽工程蓄水后下游河道的演變分析成果表明，該河道的調整仍未結束，故本次根據河道實際演變現狀，并綜合考慮三峽工程運用后，該河段還有可能出現的不良趨勢，進行本次需防護河段（二期）整治工程的處理措施，主要有護坡工程、護腳工程、枯水位下陡坡處還坡處理等護岸加固措施[9]。

3.1 護坡工程

根據長江兩岸歷年來已實施的護坡工程來看，比較常用的結構型式主要有干砌塊石、漿砌塊石、預制砼六角塊、現澆砼塊、雷諾、生態砼磚等護坡型式，綜合比較選擇聯鎖植草磚護坡，砌護容易，且磚中孔洞種植的植物生長根系可直接深入河岸土體中，穩固性較好，平衡生態環境，但造價相對也較高。聯鎖植草磚護坡設計圖見圖1。

圖1 聯鎖植草磚護坡設計圖

3.2 護腳工程

長江護岸工程型式目前使用的主要有：拋石、土工布壓載軟體排、鋼絲網（石）籠等。由于以上各種護腳型式在適用范圍、防護對象、施工工藝和工程造價等方面均存在優缺點，故需綜合考慮水流邊界條件，岸坡地層受水流沖刷的強弱以及當地護腳型式實施的可能性，對各岸線護岸段有針對性的選擇適用而經濟合理的防護方案。護腳大樣設計圖見圖2。

圖2 護腳大樣設計圖

3.3 枯水位下陡坡處還坡設計

本工程區內岸坡在枯水位以下均有塌岸現象，局部區域較為嚴重，根據現場調查資料可知，塌岸高度深度7 m～18 m不等，塌岸坡度陡于1∶2.0，形成不穩定坡比。為防止岸坡繼續垮塌，需對不穩定岸坡進行防護設計。

枯水位以下岸坡防護設計一般采用填坡或削坡處理，填坡設計可采用水下拋石型式或填土碾壓密實型式。水下拋石護岸為直接投拋塊石進行岸坡保護，防止水流繼續淘岸。

3.4 裹頭設計

受河勢沖刷調整的影響，護岸工程所在地段的主流線平面位置年內變動范圍可能會發生變化，彎道頂沖點或過渡段主流靠岸貼流點可能會上下游浮動變化，而已經護岸的工程段往往會抑制河勢的變化，若護岸工程兩端是自然岸坡，其抗沖刷能力遠弱于護岸工程段，成為一個弱勢體，故容易被淘刷、形成崩窩，對護岸端部的坡面穩定不利，因此，在護岸工程設計中，新護岸工程上下游兩端一般需作裹頭處理。裹頭縱向長度可根據崩岸強度來確定，取15 m左右；沿橫斷面的守護范圍可較工程段適當縮短，裹頭工程護腳一般采用散拋塊石，拋石厚度0.6 m左右，水上護坡部分上下游末端則采用端部齒槽進行鎖口，端部齒槽尺寸0.5 m×0.8 m。裹頭范圍內的水上、水下護坡應同時實施。

4 結語

多年來，長江湖南段(下荊江河段和岳陽河段)雖對嚴重崩岸段和重點險工段實施了控制，但由于投資的原因，有些項目尚未完成，有些地段守護工程量相對較小，在長期水流的作用下，河勢仍在調整，崩岸仍時有發生，并已對兩岸經濟造成了不利影響。通過對長江湖南段進行河道護岸加固措施，盡可能減小三峽工程對壩下游河道可能帶來的不利影響，基本保障2020年長江干流湖南段河道堤防工程和護岸工程安全，避免出現重大崩岸險情和較大的河勢變化。