碾子湾水道河道治理思路及工程方案

    曾庆云　何碧　吕品　李荣彬

    

    

    

    摘 要：本文通过深入分析该水道近期不利变化的特点及原因，结合河道现状及外部条件，提出了相应的治理思路及方案，对类似河段的航道治理具有一定的参考意义。

    关键词：碾子湾 航道整治 崩岸 三峡蓄水

    三峡蓄水以来，虽然下荆江蜿蜒河型大的格局仍保持不变，但局部滩槽已存在一些趋势性变化，如一些通常被认为是优良航道的弯曲段或微弯段正逐渐出现不利变化，主要表现为凸岸边滩冲刷下切、岸线崩退。弯顶段因而存在河道展宽、窜沟发展、甚至形成双槽的不利变化态势。使得原优良河段因分流而有所淤浅，影响航道条件的稳定。长江中游荆江河段碾子湾水道上段就属于比较典型的微弯段，近期也出现了不利航道条件的变化。下面从航道治理角度出发提出了相应的治理思路及初步的方案。

    河道概况

    碾子湾水道位于长江中游下荆江上段，地处湖北省石首市境内，介于石首、金鱼沟两弯道之间，水道上起鱼尾洲，下止毕家台，全长约17km（航道里程381～364km），河道上段微弯，下段顺直，自上而下存在北门口-鱼尾洲、柴码头-寡妇夹两处过渡，有鱼尾洲、上边滩（南碾子湾边滩）、下边滩（柴码头护岸以下边滩）三个主要滩体，河道形势见图1。

    碾子湾水道在上游石首弯道切滩前为一过于长直的顺直段，出浅碍航部位主要位于主流从左岸柴码头向右岸寡妇夹（南堤拐）一带的过渡段内。1994年，石首弯道切滩后，进口段主流顶冲点不断下移，上段趋弯；同时，大量泥沙下泄，航道条件急剧恶化。为了遏制下过渡段航道条件向不利方向转化，航道部门于2000～2003年实施了碾子湾水道航道整治工程（见前图1）。工程实施以来，航道条件得到了明显改善，下过渡段基本保持稳定。

    近期航道不利变化

    碾子湾水道航道整治工程实施后，紧接着迎来了三峡工程蓄水运用，在新的水沙条件下碾子湾水道大的河势保持稳定，不过，局部地形已发生了一些不利于航道条件维持的变化，主要表现为：

    碾子湾水道上段弯顶段河道不断展宽，左侧深槽变窄，而右侧滩体冲刷幅度加大，过流能力增强，凸岸侧窜沟发展明显，航行基面下3m线接近贯通，可以看出，南碾子湾凸岸边滩已存在切滩趋势，并有形成双槽分流而导致上过渡段出浅的可能性。

    此外，随着凸岸边滩切滩形势的发展，北碾子湾一带主流顶冲点下移，柴码头一带深槽下窜发展，下过渡段有从目前的正常浅滩向交错浅滩转化的趋势。

    变化原因分析

    经分析，认为造成上述航道条件发生不利变化的原因主要有以下几点：

    1、南碾子湾边滩上段高滩的大幅崩退

    碾子湾水道在土——沙二元结构的河岸边界条件下，河岸抗冲稳定性不强，河道有迂回曲折摆动的余地。而且，本段床沙主要由粉细砂组成，河道内洲滩稳定性较差。

    碾子湾水道凸岸边滩（亦称为上边滩）上段高滩岸线不断崩退（见图2），自2001年8月至2003年7月，凸岸边滩上段高滩岸线崩退幅度一般100m左右；2003年7月至2012年3月，最大后退幅度近400m。而北碾子湾一带后随着护岸工程的实施，深泓相对稳定，但凸岸侧边滩存在明显下切，宽达700m左右的边滩平均冲刷幅度近4m，即从航行基面上2m冲刷至航行基面下2m左右，弯顶处河道枯水过流断面大幅展宽。

    由上可以看出，随着北碾子湾一带护岸工程的实施，左岸边界相对稳定，但由于凸岸边滩上段高滩岸线的持续崩退，主流右摆，凸岸侧边滩冲淤变化幅度加大，不稳定性增加。

    2、三峡蓄水后来沙减少、中低水位持续时间延长的影响

    三峡水库运行以前，葛洲坝水利枢纽建成、90年代来沙量减少均引起荆江河段冲刷。

    三峡水库运行以来，由于水库拦蓄了全部的推移质泥沙和悬移质中的大部分粗颗粒泥沙，来沙大幅减少。根据长江监利站实测水文资料统计，三峡水库蓄水以来，监利站的来水量变化不大，来沙量大幅减少，1950-2012年多年平均输沙量为3.58×108t，2003-2012年多年平均为0.8463.58×108t，减小幅度达75%以上。由于荆江河段河床主要由中细砂组成，且沙层较厚，因此，在来沙较小的情况下，本河段将以冲刷为主。从目前的实测资料看，荆江河段冲刷明显，2002年10月至2009年10月，荆江河段平滩河槽冲刷量为4.46亿m3，而且总体表现为“滩槽均冲”，洲滩普遍冲刷缩小。而且，三峡水库虽然并不改变荆江河段的年径流量大小，但水库的调蓄作用使10、11月份下泄流量大幅度减少，12月至次年6月份下泄流量增加，使得流量过程的改变也对河床演变产生影响，由于中低水持续时间延长，水流漫滩（指漫过高滩）时间缩短，对低滩冲刷能力增强。因此，来沙减少、中低水位持续时间延长亦导致上边滩中段存在切滩趋势。

    3、上下游联动影响

    由于本河段河床的可动性较强，对水沙条件变化较敏感，上下游河道之间的相互关系也是影响河道演变的主要因素之一，从而下荆江在历史上具有“一弯变、弯弯变”的演变特点，如1994年上游石首弯道切滩撇弯引起柴码头-寡妇矶过渡段超常淤积，导致严重碍航。

    近年来，随着上游河道护岸工程的逐步完善，总体河势比较稳定，但局部岸滩仍在发生变化，长期作用会对下游河道产生比较大的影响，如上游藕池口右岸侧高滩崩退，有可能引起下游碾子湾水道进口过渡段再度上提；而碾子湾水道自身也存在上边滩不断崩退，柴码头-寡妇夹过渡段深泓左摆；甚至还会导致金鱼钩弯道顶冲点下移，进一步影响到调关弯道段深泓的变化。

    由此可见，本河段岸滩的变化相互关联性较强，本河段上游及自身局部岸段的累积性崩退变化将会导致下游河道发生一系列变化。

    治理思路及初步方案

    碾子湾水道受上游藕池口水道变化及三峡工程的影响，南碾子湾凸岸滩体上段冲刷后退的形势严峻。目前，北门口以下张城垸一带有水利部门的拟建工程，但其下游弯顶进口段却没有护岸工程的建设计划，从近期岸线变化图可以看出，此段滩体目前也在不断后退，后退幅度也很大，右岸侧已形成不断下切的沿岸窜沟，从2012年3月测图看，弯顶段已呈切滩态势，3m线深槽接近贯通，一旦形成双槽分流，不仅恶化上过渡段航道条件，还将引起主流摆动，威胁已建碾子湾河段整治工程的稳定，甚至威胁下游河势的稳定。

    因此，针对上述不利变化，碾子湾水道近期航道治理的思路为：通过工程措施稳定弯道进口段岸滩，抑制窜沟进口段的发展，以达到维持上过渡段较好航道条件的目的，防止出现凸岸边滩切滩撇弯，进而造成主流摆动，顶冲点下移的不利局面。

    依前述情况，守护的范围为南碾子湾上段，其中，守护工程的上段与水利部门河势控制工程的无缝衔接，尾端则位于右岸侧窜沟上段，守护长度约为2.3km。见图3。而根据本水道地形、水位、土质土层和河岸动力作用特点，本护岸工程宜采用平顺式护岸结构型式。同时，针对右岸侧窜沟发展趋势已十分明显，为加强其抑制效果，更好的引导水流，在平面上扩大了守护工程下段水下护底范围（外边线按拐点护底外侧与下游侧心滩轴线的连线进行布置）。

    结论

    碾子湾水道位于长江中游下荆江上段，河道上段微弯，下段顺直，分上、下两个过渡段，其中下过渡段于2001-2003年进行了航道整治，航道条件得以改善。上过渡段航道条件目前虽较好，但已存在明显的不利变化，弯顶段有向双槽发展的趋势，并有可能影响到下过渡段已建航道整治工程的稳定。

    分析认为，南碾子湾边滩上段高滩的大幅崩退，主流线右摆，使得弯顶段凸岸边滩切滩的可能性增大，而三峡蓄水运用后，清水下泄、中水位持续时间延长，则导致水流漫滩（指漫过高滩）时间缩短，高滩线内水流持续冲刷时间增长，加剧了凸岸边滩泥沙的冲刷、下移。

    针对碾子湾水道河道变化特点及上过渡段的不利变化趋势，初步提出了治理思路，即在水利部门计划守护的基础上，提出重点守护弯顶进口段高滩岸线的实施方案，并在结构上采取了守护段下段加大护底宽度的方法，研究认为，此方案可以达到防止南碾子湾边滩上段高滩岸线的进一步崩退，抑制窜沟上段的发展，有利于维持河段内目前较好的滩槽格局的目的（注：本项研究由 “长江中游荆江河段航道整治工程”科技专项资助。）