严 军1 何大伟1 李泮营2 赵文龙1
（1．华北水利水电大学，河南 郑州 450001；2.河南省水土保持监督检测总站，河南 郑州 450011）
【摘 要】荆江航道是整个长江通航条件较差的河段，严重制约着长江航道的整体通航水平，必须进行整治。在工程实施的过程中必须兼顾荆江防洪，既要提高水深，又不能雍高水位影响防洪。本文就荆江航道比较典型的沙市河段出现的碍航问题进行剖析，阐述了三峡工程蓄水运用前后对下游荆江航道造成的影响，并提出了相关的治理对策。
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关键词 荆江航道；三峡；长江；对策
基金项目：郑州市创新型科技领军人才项目（121PLJRC527）。
作者简介：严军（1971—），男，湖北武汉人，教授，主要从事河流动力学及工程泥沙研究。
０ 引言
荆江航道位于长江中游，上起湖北宜昌枝城，下至湖南城陵矶，全长347.2km，以藕池口为界分为上、下荆江其中上荆江全长约171.7km为微弯分汊型河道，下荆江长约175.5km为典型的蜿蜒型河道（见图1）。由于河床性质特殊，航道变化剧烈，存在沙市太平口、马家嘴、周天、碾子弯、窑监等10余处碍航滩段。荆江河段航道蜿蜒曲折，洲滩演变剧烈，航道维护困难。1960年以来，该河段枯水期航道维护水深一直保持在2.9m，大大低于上下游同期航道维护水深，历来是长江航道的“瓶颈”河段。2000年以来，荆江河段实施了一系列规模较大的河道整治工程，使河道水沙等边界条件发生了不同程度的变化；特别是三峡水库运用以来，荆江河段来沙量大幅减少，局部河道河势发生一定程度的调整，对荆江河段的水流运动特性带来较大的影响，也引起了社会的广泛关注。
１ 荆江河段航道治理现状及碍航原因
１.1 荆江河段航道治理现状
2001以来，荆江河段先后实施了12个航道整治项目，其中2001年到2005年期间完成了3个项目，2006年到2010年期间开展了9个工程。经过10多年的航道整治建设，虽然荆江河段的沙市、瓦口子、马家嘴、周天、藕池口、碾子湾、窑监等8处重点河段的航道条件明显改善，航道能力通航提高，中游不畅的问题得以缓解 。但是局部河势的变化仍较为剧烈，其中以沙市河段变化最为剧烈，将在下文重点介绍。
1.2 荆江航道碍航原因
荆江航道上荆江为微弯分汊河道，由三个右向河湾和三个左向河湾以及连接各弯道间的顺直过渡段组成。所以本河段同时具有微弯放宽和分汊的河道特征。水流经过放宽段时,流速减小，水流挟沙能力弱，因此泥沙容易在此淤积从而导致航深不足；在分汊河段由于水流弯曲的汊道口附近产生壅水,使得比降和流速都减小,因此泥沙易在汊道口落淤而形成浅区，影响通航。比较典型的河段是沙市河段，本文选取这个河段进行分析：
沙市河段上起陈家湾,下至玉和坪,全长约22 km,属顺直微弯河型。按河道特性,河段可分为两段:上段(陈家湾至筲箕子)为衔接上游宛市弯道的直线过渡段,河道内分布有太平口心滩及左右槽；下段(筲箕子至玉和坪)为三八滩微弯分汊段,心滩周期冲淤变化。
可以从水沙输移的特性和环流结构这三个个角度分析该河段碍航问题：
（1）从水沙输移的特性来看，由于顺直放宽都是一些宽窄相间的藕节状，水流为适应这些宽窄相间的分布，在汛期和枯期宽段和窄段的比降、流速、挟沙能力等水力要素表现出了截然相反的特征。在汛期放宽段水流漫滩，比降、流速、挟沙力小于束窄段，泥沙易淤积，从而形成浅滩，造成碍航。而枯期放宽段水流归槽，比降、流速、挟沙力大于束窄段，汛期淤积泥沙得以冲走，造成河床冲刷，也在一定的程度上造成碍航。
（2）从河道中的环流结构来看，沙市河段内包含顺直单一、顺直放宽、分汊、弯曲分汊等多种形态的河段，环流和横向输沙强度的差别在于河段的弯曲程度，而流量变化更会造成汛枯期环流结构、泥沙冲淤的显著变化。因此，在不同流量和不同的弯曲程度下环流结构和泥沙冲淤是复杂多变的，这也是造成碍航的一个原因。
由以上分析可知，在荆江航道造成碍航的原因是：水流经过顺直放宽段时流速减小使得泥沙在此落淤形成浅滩，造成碍航；另外，在洪水期，航道内的心滩、边滩的冲淤下移使得浅滩位置不固定和形式多变也是导致荆江航道碍航的原因。
２ 三峡工程蓄水运用对沙市河段的影响
三峡工程于2003年6月已开始蓄水运用，2009年具备按照最终规模（正常蓄水位175米）运行的条件。三峡工程蓄水运用后,改变了整个荆江河段原有的水沙特性，使原本保持平衡的水沙条件被打破。上荆江河段首当其冲地面临清水下泄冲刷的影响,导致上荆江河段河床冲刷幅度增强、崩岸强度加大。根据有关单位[3]提供的资料统计成果,三峡工程蓄水运用以来,上荆江河段共发生崩岸44处,崩长33.85 km,远大于三峡工程蓄水运用前的29处及崩长10.66km。下荆江为典型的蜿蜒型河道，在自然条件下河势就极不稳定，分汊河道重多，加之三峡蓄水运用后对上荆江造成的影响，必将会给下荆江整治造成更加严重的困难。
２.１ 三峡工程蓄水前演变特点
自沙市河段形成双分汊河势格局至三峡水库蓄水前，河段最显著的变化就是新老三八滩的交替兴衰。在老三八滩时期，上段自形成顺直分汊河段以后，北槽分流比始终保持占优，太平口心滩也逐渐淤长成稳定的江心滩。下段微弯分汊段在90年代以前，北汊为主汊，进入90年代后，上游来沙量大幅减少，河床产生冲刷，三八滩明显后退，过渡段河道展宽，主流频繁摆动，该段开始出现两汊争流的局面（见图2）。
２.２ 三峡工程蓄水后演变特点
三峡水库蓄水后，水库的拦沙作用使得下游河道普遍冲刷，沙市河段是最早受到冲刷影响的沙质河段。受两岸护岸工程的作用，河段整体河势格局保持稳定，但局部发生了一些明显变化: 顺直分汊段继分汊格局形成以来，首次发生主支汊易位；微弯分汊段主汊虽然基本稳定在南汊，但北汊在特大水沙条件下呈发展趋势，北汊进口附近淤积形成杨林矶边滩，其他洲滩也发生较大幅度的变形（见图3）。
２.３ 演变机理
2.3.1 顺直分汊段
顺直分汊段洲滩主要包括太平口心滩和腊林州边滩。从演变特点来看，三峡水库蓄水后顺直分汊段河槽虽然年内延续了“洪淤枯冲”的变化规律，但受次饱和水流作用，总体而言太平口心滩及南北槽均处于冲刷状态。其中，北槽年内冲淤幅度较大，南槽较小，但年际累积冲刷幅度南槽则大于北槽。从演变内在机理来看，水动力条件、特殊河床边界及上游来沙改变是造成上述变化的重要原因。三峡水库蓄水前洪、中水流量级下，太平口心滩段的大流速均居于北槽，枯期两汊流速基本相当；三峡水库蓄水后，各个测次水文测验资料表明，仅当流量接近或大于20000m3/s时主流位于北槽，且南北槽最大流速差大幅度减小，中水主流则右摆至南槽。年内南北槽冲淤延续了三峡水库蓄水前“洪淤枯冲”的变化特点，因此中枯水期主流位置对河槽冲刷有决定性的影响。
２.３.２ 微弯分汊段
从本河段的演变机理来看，仍主要受河段水动力条件、来沙情况、滩槽格局及其相互作用的影响。从水动力条件来看，由于沙市河段两分汊段之间的过渡段较短，不同流量下微弯分汊段主流分布延续了上游顺直分汊段的特点，微弯分汊段年内水动力条件也呈现主流大水取走北汊、分流比再次减小造成主支汊发生易位。从滩槽格局变化及其相互作用来看，中小水走南汊的变化特点。由于2005以后连续出现中小水年，有利于南汊发展，北汊分杨林矶边滩的形成原因在于微弯段滩体冲刷后河道展宽及上游北槽分流比的减小，结果导致北汊分流比的再次下降。使得这一河段在枯水期碍航异常严重。
上述分析表明：三峡水库蓄水后，主流分布特点的调整及水沙条件变异是造成河段内滩槽冲淤变形的一个决定性因素。除此之外，北槽局部河床抗冲性也是南北槽主支易位的重要原因。
３ 对策
荆江航道之所以历来是长江航道的“瓶颈”河段是因为该河段上分布了众多的分汊、蜿蜒的河道。而往往发生碍航的河段恰恰都是在这些弯曲分汊、蜿蜒和连接弯曲分汊的顺直过渡的河段。这是因为这些河段往往都是水流条件不好，河段边界条件也不稳定。所以要想使整个长江航道的通航能力得到提升，必须要解决荆江这个“瓶颈”问题。三峡工程蓄水以来顺直放宽和弯曲分汊连接河段大多存在洲头低滩冲刷的不稳定因素。因此，提出如下治理对策：
在顺直过渡河段，由于其演变特点：水流在进入分汊河段前，受下游收束断面，顺直过渡段在涨水过程中比降、流速减小，水流输沙能力降低，泥沙落淤，形成浅滩，造成碍航。例如前面分析的沙市河段上段就属于这类情况，另外天星周、监理、大马洲等河段都是典型的此类情况。整治的原则：首先，最基本的是固定边滩，使其不向下游移动，从而达到顺直过渡段处于稳定状态的目的。其次，对这些浅滩河道实施疏浚工程，实现在枯水期能达到通航水深的要求。
对于蜿蜒型河道，自然状态下的蜿蜒河段大多都是弯道的曲率半径过大或过小，过渡段过长或过短。这样的河段必然会产生不良的水流结构和泥沙运动，需要治理。治理的原则可分为两大类：a）稳定现状，防止其向不利方向发展；b）改变现状，引导其向有利方向发展。对于稳定现状采取的主要措施是保护弯道凹岸，防止弯道继续发生恶化。对于改变现状采取措施时，应该根据水流和泥沙的实际情况对弯道和过渡段进行改善：在弯道内切除凸嘴、调整曲率半径、扩大水面宽度、在过渡段束窄局部河道等。对那些水流和泥沙条件特别差、碍航严重的河段可以进行人工裁弯取直。例如1966年的中洲子裁弯工程、1968年的上车湾裁弯工程（见图4）。在决定进行人工裁弯时，必须是经过的各方面的论证，保证裁弯后能满足国民经济所提出的要求。要对上下游、左右岸、近期和远期产生的有利和不利影响要进行研究。裁弯结束后要对新河、老河、上下游段进行观测，以确定裁弯后水流、泥沙、河床冲淤、河道平面形态等对较远河段的影响。
在分汊型河道，对那些满足通航条件的分汊型河段可以进行稳定，使其不会进一步恶化；对已经碍航的分汊型河段就必须进行改善措施，以达到满足通航要求。a）稳定措施：在分汊型河段上游节点处、汊道入口处、弯曲汊道中局部冲刷段及江心洲首部和尾部修建整治建筑物（见图5）。例如，为了防止崩岸，可以修建护岸工程。 在江心洲首部修建上分水堤，尾部修建下分水堤等。b）改善措施：包括调整水流和调整河床两方面。整治措施包括修建顺坝和丁坝，疏浚和爆破等。在一些分汊河段，为了满足通航需求，可以采取塞支强干的整治措施。在实施堵塞汊道的工程时，应该选择逐渐衰退的汊道加以堵塞。堵塞汊道的措施常常是修建顺坝和丁坝。
４ 结论
４.１ 荆江航道演变剧烈，顺直过渡段和弯曲分汊河段航道是否碍航主要取决于顺直段放宽率及下游汊道进口处河宽、弯曲半径及可发育条件等。
4.2 三峡蓄水运用以来荆江航道碍航的主要原因是连接弯曲分汊段的顺直过渡段主流的变化以及弯曲分汊段主流的走弯，导致这些河段处洲滩不稳，容易造成碍航。汛后洲滩滩形散乱、束水作用弱以及水流分散也是导致荆江航道通航条件差的一个重要原因。
４.３ 荆江航道治理工程的重要依托和基础是稳定河势，根据荆江航道上不同的河段类型：顺直过渡、蜿蜒、分汊型河段。可以采取一系列的控导措施：护岸、固定边滩、疏浚、堵汊、裁弯等工程措施。在实施这些控导工程时必须要统一规划，做好各方面的管理和控制。
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参考文献
［１］郑力.荆江沙市桥区河段航道治理思路及对策[J].人民长江,2012（13）：10-13.
［２］贾瑞敏，陈风云，陆永军.荆江重点河段航道变化及整治措施[J].水道港口，1996（4）：20-30.
［３］张晓红，汪红英.三峡工程建成后上荆江河道演变趋势[J].人民长江，2009（22）:9-10.
［责任编辑：曹明明］
