三峽水庫蓄水后長江中游嘉魚河段河床演變特性分析

摘要：

嘉魚河段是長江中游典型的礙航河段之一，需重點(diǎn)關(guān)注河床演變特性。根據(jù)1970～2021年實(shí)測水下地形資料，全面分析了該河段的沖淤、岸線、河床形態(tài)、洲灘深槽等變化，研究該河段自2003年三峽水庫蓄水運(yùn)用及2006年實(shí)施航道整治工程以來河床演變特性。結(jié)果表明：自三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，該河段岸線基本穩(wěn)定，河床沖刷部位主要在枯水河槽；近些年斷面形態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定，岸線變化不大；河段內(nèi)洲灘平面位置保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，僅在復(fù)興洲尾部左緣、燕窩鎮(zhèn)對面江中形成了一個(gè)新的江心洲；深槽平面位置較為穩(wěn)定。研究成果可為該河段防洪調(diào)度、河道治理等提供參考。

關(guān)鍵詞：

河床演變； 沖淤變化； 水沙條件； 長江中游； 三峽水庫； 嘉魚河段

中圖法分類號：TV147

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.07.004

文章編號：1006-0081（2024）07-0024-05

0 引 言

長江中下游礙航淺灘分布眾多，嘉魚河段是長江中游典型的礙航河段之一，河床演變過程復(fù)雜，受多種外部條件影響。三峽水庫于2003年6月開始蓄水運(yùn)行以后，河道下游天然的水文過程發(fā)生了變化［1-2］，嘉魚河段洲灘和汊道演變趨勢對航道條件不利，故于2006年開始，河段實(shí)施了航道整治工程［3］。近年來，部分學(xué)者對嘉魚河段河道演變、河勢穩(wěn)定進(jìn)行了分析研究。汪明娜等［4］在三峽水庫蓄水前對陸溪口—嘉魚河段河勢開展分析，認(rèn)為總體河勢處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，但局部地段將有所調(diào)整。王業(yè)祥等［5］2006年在嘉魚河段實(shí)施航道整治工程后對短期內(nèi)河床演變特點(diǎn)開展研究，分析河床邊界與水力輸沙條件的相互作用，揭示影響河床演變的主因。尚倩倩等［6］根據(jù)1950～2012年間的水文河道資料分析認(rèn)為，三峽水庫蓄水改變了嘉魚水道過渡段單雙槽交替的變化規(guī)律，預(yù)計(jì)在三峽工程的長期影響下低灘仍會(huì)有所沖刷，航道條件穩(wěn)定性較差。

目前，三峽水庫圍堰蓄水后，對嘉魚河段河床演變的研究成果資料序列均較短。2006年航道整治工程實(shí)施后，水道內(nèi)關(guān)鍵洲灘得以守護(hù)控制。然而，由于三峽水庫蓄水后水沙條件變化，加之已建工程守護(hù)力度和范圍有限，水道內(nèi)分流區(qū)寬淺、深泓擺動(dòng)、低灘沖退等現(xiàn)象仍然存在，有必要對三峽水庫蓄水前后水道河床演變特點(diǎn)開展進(jìn)一步分析研究。本文采用1970～2021年實(shí)測水沙及河道地形資料，著重分析了三峽水庫蓄水運(yùn)用20余年以來，嘉魚河段水沙條件的改變、河床形態(tài)和沖淤的變化，有助于在三峽水庫清水下泄、航道整治工程實(shí)施后，對新的水沙條件下嘉魚河段河道演變規(guī)律開展探索與研究，以期為該河段防洪調(diào)度、河道治理等提供參考。

1 河道概況

長江中游嘉魚河段上起石磯頭，下至潘家灣，長31.6 km，為彎曲分汊河段。選取石磯頭—姚湖長43 km的河段為工程分析河段，河段流經(jīng)嘉魚縣與洪湖市境內(nèi)，河道呈西南-東北走向。該河段寬淺，沙洲錯(cuò)列，形成3個(gè)大江心洲，從上游到下游依次為護(hù)縣洲、白沙洲、復(fù)興洲。主流分汊前石磯頭段靠右，沿護(hù)縣洲、白沙洲左汊下行，后靠近左岸直至潘家灣擺至河段右岸，下行至河段出口姚湖又回到左岸（圖1）。

該河段兩岸人口稠密，左岸為江漢平原，土地肥沃，人類活動(dòng)頻繁。右岸為海拔高度較低的丘陵階地，地勢變化不大。江中的護(hù)縣洲、復(fù)興洲均已有人定居。河段兩岸建有防洪大堤，左岸為洪湖監(jiān)利長江干堤，其歷史險(xiǎn)工段主要有王家邊、燕窩鎮(zhèn)等；右岸為咸寧長江干堤四邑公堤，其歷史險(xiǎn)工段主要有潘家灣等。河段內(nèi)無其他大型水利工程，但沿岸建有碼頭、取水泵房和一些小型引水排水灌溉渠道涵洞等，隨著邊灘的發(fā)育淤高，有些涵洞口門已被淤死。

2 蓄水前后河段水沙條件對比

嘉魚河段無大的支流入?yún)R，水沙主要來自長江干流及洞庭湖。河段上游約76 km設(shè)有螺山水文站，水沙資料可以反映該河段水沙特性。

資料統(tǒng)計(jì)表明，三峽水庫蓄水以來（2003～2021年）螺山站多年平均水位相比三峽水庫蓄水前（1954～2002年）抬高0.28 m；多年平均流量減小700 m3/s，多年平均徑流量減小210億m3，年最大流量減小18 700 m3/s，最小流量增加1 260" m3/s；多年平均輸沙量減小3.26億t，年最大輸沙量減小4.68億t，年最小輸沙量減小1.81億t，多年平均含沙量減小0.503 kg/m3（表1）?？梢?，三峽水庫的調(diào)蓄作用削減了該河段洪峰流量，增大了枯水期流量，水庫的攔沙作用使該河段輸沙量較蓄水前大幅度減小。此外，年內(nèi)汛期徑流量、輸沙量全年占比也有所減少（表2）。

3 近期河道演變

3.1 河道沖淤變化

為分析該河段的沖淤變化情況，選用1970～2021年實(shí)測水道地形資料，采用斷面切割法，分別計(jì)算該河段枯水河槽（14.50 m）、平均河槽（18.00 m）、平灘河槽（26.00 m）的沖淤量。計(jì)算結(jié)果顯示，1970～2021年間，該河段河床有沖有淤，三峽水庫蓄水后2008～2016年逐年沖刷，2016～2021年為淤積。三峽水庫蓄水前1970～2001年該河段河床總體表現(xiàn)為淤積，枯水、平均、平灘河槽淤積量分別

為2 781萬m3、3 045萬m3、4 763萬m3；三峽水庫蓄水后2008～2021年該河段河床總體表現(xiàn)為沖刷，枯水、平均、平灘河槽沖刷量分別為3 763萬m3、4 090萬m3、4 785萬m3（表3）?？菟硬?、平均河槽、平灘河槽的沖刷量逐級略微增大，三峽水庫蓄水后該河段以沖刷為主，但河段沖刷主要發(fā)生在枯水河槽，占河床沖刷量的79%。

從沖淤縱向分布來看（圖2），三峽水庫蓄水前，受上游水沙作用，河段深泓分、匯流點(diǎn)呈上提下移變化狀態(tài)，局部歷年深泓高程變幅較大。受水流及邊界條件影響，護(hù)縣洲、白沙洲左汊段在洲頭處深泓較為穩(wěn)定，在洲身和洲尾處深泓歷年來沖淤交替。三峽水庫蓄水后，入口段深泓線沖淤變化不大，護(hù)縣洲、白沙洲左汊、復(fù)興洲洲頭深泓呈現(xiàn)沖刷，最大沖刷深度約9 m。復(fù)興洲尾呈淤積態(tài)勢，最大淤積深度約17 m。出口段呈沖刷態(tài)勢，最大沖刷深度12 m。

3.2 岸線變化

根據(jù)1970～2021年9個(gè)測次的20 m等高線分析岸線變化。三峽水庫蓄水前，嘉魚河段河道基本順直，受上下節(jié)點(diǎn)控制，平面外形呈兩端狹、中間寬的藕節(jié)狀。自1934年形成三洲并列的分汊河型以后，平面形態(tài)變化不大。三峽水庫蓄水后，江心洲灘體保持較小規(guī)模，白沙洲洲頭沖刷后退約300 m，嘉魚分叉口河段呈展寬趨勢，谷洲附近左岸20 m等高線向左擺動(dòng)約100 m，其他位置兩岸岸線變幅較小，岸坡較為穩(wěn)定，最大變化在80 m以內(nèi)。

3.3 河床形態(tài)變化

自三峽水庫蓄水運(yùn)用以來，嘉魚河段總體表現(xiàn)為沖刷，根據(jù)1970～2021年9個(gè)測次地形資料，沿程選取7個(gè)典型斷面進(jìn)行分析，見圖3。

（1） 嘉魚河段進(jìn)口斷面CS1主槽居中，兩岸邊坡較為穩(wěn)定，河床呈沖淤交替變化，最深點(diǎn)高程最大變化發(fā)生在2001～2008年，沖刷深度約3 m，三峽水庫蓄水后總體變幅不大（圖3（a））。

（2） 護(hù)縣洲左汊中部斷面CS2主槽靠近左岸，沖淤變化較大，歷年最大變幅達(dá)14 m，右側(cè)護(hù)縣洲一側(cè)變化相對較小。1970～1993年斷面淤積，斷面面積減少8.4％；1993～2021年，斷面逐年沖刷，面

積增加5 722 m2，約占1993年面積的20.9％（圖3（b））。

（3） 白沙洲左汊中部斷面CS3主流居左，三峽水庫蓄水后斷面沖槽淤灘，淤積大于沖刷，最低點(diǎn)高程從-8 m淤積至0 m（圖3（c））。白沙洲右汊斷面CS4左側(cè)是白沙洲右緣，斷面右側(cè)為復(fù)興洲左緣上部。由于白沙洲右汊深泓右擺，導(dǎo)致白沙洲右緣淤長，復(fù)興洲左緣沖刷，深泓右擺，斷面呈左淤右沖變化狀態(tài)，且沖刷幅度大于淤積。三峽水庫蓄水后2008～2016年為沖刷，2016～2021年斷面略有淤積，總體形態(tài)變化不大，最低點(diǎn)高程變化不大，斷面基本保持穩(wěn)定（圖3（d））。

（4） CS5斷面位于燕窩鎮(zhèn)上約2.1 km處，右岸相對較為穩(wěn)定，而左岸以及主河槽則有所沖淤。三峽水庫蓄水后，河床沖淤變化相對較小，左岸沖刷右岸淤積，以沖刷為主，相應(yīng)斷面面積變化不大。2001～2016年最低點(diǎn)高程從7.0 m沖刷至1.0 m。2016～2021年斷面變化為淤積（圖3（e））。

（5） CS6斷面位于潘家灣附近，斷面變化較為劇烈，斷面主槽易位，三峽水庫蓄水前，斷面主槽靠右，而2001～2007年，隨著河道深泓向左擺移，斷面淤槽沖灘，右岸河床有較大幅度的抬高，河底高程最大抬升達(dá)19 m，主槽移至左側(cè)，左側(cè)河岸及河槽均呈小幅沖刷狀態(tài)，2008年以后河床沖淤變化趨緩（圖3（f））。

（6） CS7斷面位于姚湖附近，主槽偏右，歷年斷面沖淤互現(xiàn)，總體呈左淤右沖狀態(tài)，且變幅較大（圖3（g））。三峽水庫蓄水后，斷面淤灘沖槽，以右岸沖刷為主，變化減弱，2011～2021年，斷面變化不大趨于穩(wěn)定。

由上述分析可知，受上游來水來沙影響，河段典型橫斷面歷年呈沖淤交替變化，三峽水庫蓄水后大部分?jǐn)嗝嬉詻_刷為主，近些年斷面形態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定。

3.4 洲灘變化

嘉魚河段護(hù)縣洲、白沙洲兩洲歷年平面位置較為穩(wěn)定，隨著上游來水來沙的不同，兩洲的洲頭與洲尾局部發(fā)生上提下移，多年變化幅度不大，兩洲洲體左、右緣20 m等高線沖淤變化不大，較為穩(wěn)定。三峽水庫蓄水后，2008～2021年護(hù)縣洲面積由6.34 km2增長為6.42 km2，洲體面積增加1.2％；白沙洲面積由9.85 km2退縮為9.59 km2，洲體面積減少2.6％，洲體變化幅度均較小。

復(fù)興洲位于白沙洲下游，其洲頭伸至白沙洲右側(cè)中部，洲體靠近河道右側(cè)，加之復(fù)興洲右汊逐年淤積，近年洲體與河道右岸連為一體，形成邊灘式江心洲。三峽水庫蓄水前后，復(fù)興洲平面位置較為穩(wěn)定，受水沙作用，復(fù)興洲左緣以及洲尾局部有沖淤變化，表現(xiàn)為洲左緣中部淤積展寬，洲左緣尾部沖刷縮窄，沖刷幅度大于淤積幅度，洲頭及洲右緣受邊界條件所限，沖淤變化有限，見表4。

復(fù)興洲尾部左緣、燕窩鎮(zhèn)對面江中有一新洲，1970年新洲最大洲長為2 540 m，寬249 m；1981～1998年測圖上20 m等高線已看不到該新洲。2001年在原來新洲的位置左邊形成一個(gè)小洲，長1 362 m，寬747 m。三峽水庫蓄水后新洲繼續(xù)淤積發(fā)展，2008年洲體最大長度為3 816 m，最大寬度821 m。2008～2021年新洲略有沖刷，長度和寬度有所減少。

3.5 深槽變化

根據(jù)1970～2021年9個(gè)測次地形的-15 m等高線，工程河段有2個(gè)深槽，分別位于石磯頭和肖家洲。石磯頭附近深槽較小，歷年最大長度約600 m，最大寬度約100 m。三峽水庫蓄水后，首尾部變化不大，左右兩側(cè)略有變化，深槽平面位置較為穩(wěn)定。肖家洲附近深槽歷年最大長度約5 800 m，最大寬度約350 m。多年來深槽首尾部呈上提下移變化，而左右兩側(cè)變化相對較小，沖淤交替，總體變化不大，深槽平面位置較為穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

本文對三峽水庫蓄水運(yùn)用后長江中游嘉魚河段的沖淤變化及河勢調(diào)整進(jìn)行分析。結(jié)果表明：三峽水庫蓄水后，嘉魚河段來水來沙條件發(fā)生了較大變化，上游來沙量銳減。河段以沖刷為主，但主要沖刷發(fā)生在枯水河槽，2016年以后河床出現(xiàn)淤積。近些年，斷面形態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定，岸線變化不大。洲灘平面位置保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，洲灘發(fā)育較為緩慢，洲體面積變化較小，僅在復(fù)興洲尾部左緣、燕窩鎮(zhèn)對面江中形成了一個(gè)新的江心洲。深槽平面位置較為穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 尹志，郭含，呂宜衛(wèi)，等.三峽工程運(yùn)行后武漢河段河槽形態(tài)變化特性研究［J］.人民長江，2021，52（7）：1-8，33.

［2］ 王超，王福良，李浩，等.涉河工程影響下長江中游河道演變及水力特性變化研究［J］.水利水電快報(bào)，2023，44（2）：48-54.

［3］ 李冬，袁達(dá)全，耿嘉良.長江中游嘉魚—燕子窩河段航道整治工程效果分析［J］.水運(yùn)工程，2013（9）：89-94.

［4］ 汪明娜，金琨.長江中游陸溪口—嘉魚河段河床演變分析［J］.四川水力發(fā)電，2004（1）：81-83，87.

［5］ 王業(yè)祥，李義天，朱玲玲.長江中游嘉魚—燕子窩河段演變機(jī)理及發(fā)展趨勢研究［J］.泥沙研究，2012（1）：1-6.

［6］ 尚倩倩，許慧，李國斌，等.三峽水庫蓄水前后嘉魚水道河床演變［J］.水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2016（5）：32-38.

（編輯：李 慧）

Analysis of riverbed evolution characteristics of Jiayu Reach in middle reaches of Yangtze River after impoundment of Three Gorges Reservoir

ZHU Ziyuan1，CHEN Jing2，MAO Wurong2

（1.Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China； 2.Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey，Bureau of Hydrology of Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China）

Abstract：

Jiayu Reach is one of the typical navigation obstacles in the middle reaches of Yangtze River，so the riverbed evolution characteristics of it should be focused. In order to study the changes of scouring and silting，shoreline，riverbed morphology and shoal deep groove in the reach since the operation of the Three Gorges Reservoir in 2003 and Channel Regulation Project in 2006，based on data of underwater topography from 1970 to 2021，the characteristics of recent riverbed evolution were comprehensively analyzed. The results showed that since the operation of Three Gorges Reservoir，the shoreline of this reach was basically stable，and the erosion was mainly in dry channels. In recent years，the cross section had gradually became stable，and the shoreline didn’t change much. The horizontal position of the bars in this reach remained stable，and a new sandbar was formed at left edge of the tail of Fuxingzhou sandbar，opposite to Yanwo Town. The plane position of the deep groove was stable. The results can provide a reference for flood control regulation and river regulation of Jiayu reach.

Key words：

riverbed evolution； changes of scouring and silting； flow and sediment condition； middle reaches of Yangtze River； Three Gorges reservoir； Jiayu Reach