河段整治——探讨汊河段优化方案

6.4.4.1 荆江弯曲分汊河段整治总结——以瓦马河段和窑监河段为例

荆江河段以弯曲分汊河型居多，在前述浅滩演变分析的基础上，以窑监河段、瓦口子—马家咀河段为例，开展了已建整治工程效果分析和航道提升方案计算，总结弯曲分汊河段的整治经验，提出三峡工程运行后新水沙条件下的治理思路和措施。

1.瓦口子—马家咀河段

瓦口子—马家咀河段（瓦马河段）处于上荆江中段，上起沙市下至青龙庙，全长30km，如图6.4-8（彩图23）所示。根据2002年10月—2014年2月实测河床冲淤分布来看，整治工程2006—2012年才陆续建成，该时段主要还是自然的演变，反映三峡水库清水下泄引起的河床演变情况。三峡工程运行以来新水沙条件下瓦马河段航道变化的主要原因在于，该河段普遍冲刷，瓦口子金城洲左右汊均发生冲刷，洲头及洲体也发生冲刷，若不控制金城洲洲头和右汊冲刷，可能会造成两槽同时发展的态势，对左汊主航槽不利；马家咀南星洲左右汊也同时发生较大冲刷，对右汊主航道的维护不利；同时伴随枯水位下降，对航道水深也可能产生不利影响。瓦马河段的航道整治工程已实施，如图6.4-8所示，且效果良好，本节主要分析总结航道整治经验。整治思路为防止支汊的进一步发展，守护洲滩，维护良好的滩槽形态。主要工程措施包括：马家咀水道航道整治一期工程（2006年10月—2008年10月），左汊口门附近建两道护滩带及一道护底带；瓦口子水道航道整治控导工程（2007年12月—2009年12月），在右岸野鸭洲边滩及金城洲头部低滩上建三道护滩带；瓦马河段航道整治工程（2010年10月—2012年10月）在金城洲中下段新建两道护滩带；南星洲右缘布置一条护滩带，南星洲左汊中下段布置一道护底带，并对已建护底带进行加固。

图6.4-8　长江中游瓦口子—马家咀河段航深图及整治工程示意图

根据2002年10月和2014年2月航道测图，2002年马家咀河段2.9m航深还不能贯通，瓦口子河段航深虽可以满足，但支汊有发展态势，对主汊航道产生不利影响。至2014年2月，瓦口子河段主汊（左汊）水深和航宽明显增加，金城洲洲头和支汊（右汊）在护滩带作用下冲刷幅度受到限制；马家咀右汊4.5m航槽贯通，支汊（左汊）的发展受到护滩等工程措施的限制。整治工程限制了支汊冲刷的发展态势，避免了两槽争流态势，增加了主汊航道水深，整治工程是成功的。瓦马河段航道整治成功的经验在于，针对主汊航道不利发展态势，对洲滩和支汊进行守护，控制洲头冲刷和支汊发展，保持和稳定良好的滩槽形态。

2.窑监河段

三峡工程运行后，荆江河段持续冲刷，弯曲分汊河段的演变规律表现为凸岸边滩或凸岸侧支汊冲刷，曲率有减小态势；弯曲分汊河段主汊面临航道向不利方向发展的态势，主要包括心、边滩萎缩，洲头冲刷后退，窜沟发展，主支汊或主支槽均冲刷导致多汊争流等，对河势未来发展带来不确定性影响；枯水位降低进一步加剧航道条件恶化。这些都可能造成碍航浅滩航道条件进一步恶化，或良好航道条件向不利方向发展。针对航道出现的不利发展趋势开展航道治理研究。

左利钦等于2008—2010年开展了窑监河段一期航道整治工程计算[16]，该工程于2010年实施。对比实测效果与当年预测结果，检验整治工程的有效性。一期航道整治原则为：顺应总体河势发展，选择南汊为主航道，以守护为主，稳固洲滩，守护岸线，限制边滩和心滩的冲刷和窜沟的形成，引导水流归槽冲刷浅区，减小主流摆动范围。此外，荆江河段崩岸时有发生，需加强岸线守护。航道整治工程包括：洲头心滩鱼骨坝及护滩带、乌龟洲洲头及右缘上段护岸等，如图6.4-9（彩图24）所示。洲头心滩工程主要作用是稳定和巩固洲头心滩的高滩部分，封堵窜沟，并与乌龟洲相接，使洲头心滩与乌龟洲联成一体，在乌龟夹进口形成高大完整的凹岸岸线，适当减小主流的摆动范围，集中水流冲刷进口段浅区航槽，改善并稳定乌龟夹进流条件。

图6.4-9给出了预测的整治工程冲淤分布。整治方案实施后在心滩整治线前沿形成航槽，经过3年的作用，心滩右侧整治线前沿深槽逐步形成主槽，可满足2.9m航深要求，新河口下深槽也有所发展。窑监一期航道整治工程于2010年竣工。根据2014年2月测图（图6.4-10，彩图25），原乌龟夹进口浅段形成凹岸深槽，水深超过3.5m，航道条件良好，与预测的深槽位置一致。

图6.4-9　长江中游窑监河段预测的航道整治工程方案实施后冲淤分布

图6.4-10　长江中游窑监河段2014年2月航深

图6.4-11（彩图26）为实测2010年1月—2014年2月实测冲淤分布，图6.4-9为预测值，比较两图可知，实测冲淤分布与计算非常接近，航道浅段乌龟夹进口冲刷，乌龟洲右汊中上段边滩有所淤积，新河口边滩上游侧发生一定冲刷，下游侧淤积，这些冲淤部位都与预测计算的类似。由于水沙系列和作用年份不一致，冲淤幅度不具有可比性，但仍能看到，若换算到同一时期，实测和计算幅度处于同一量级。说明所建平台航道治理效果的预测研究与后期实测结果很接近，得到了工程实践的检验，整治工程是成功的，可以用来总结航道整治经验。

根据上荆江瓦马河段和下荆江窑监河段的整治效果，总结分析荆江弯曲分汊河段的整治经验。瓦马河段和窑监河段滩群或滩段整治成功的经验表明：

（1）在分析河床演变和趋势预测的基础上，顺应河势发展趋势，选择通航主汊。

（2）守护洲头冲刷后退，控制窜沟发展，守护心边滩，保持良好的洲滩形态。

图6.4-11　长江中游窑监河段

2010年1月—2014年2月实测冲淤图

（3）控制分流，限制支汊，维护主汊地位；对于航道浅段，适当采取工程措施引导水流冲刷浅区。

（4）加强岸线守护。

（5）统筹兼顾，考虑防洪影响和对周边敏感点的影响等。

由于三峡工程引起的河床调整远未达到平衡，因此，现阶段整治应以守护为主，避免大规模的工程，可概括成二十四字整治原则：“顺应河势，加固洲滩，稳定主流，控制分流，守护岸线，统筹兼顾”。鉴于长江水流泥沙运动的复杂性，在解决具体河段问题时，还需具体问题具体分析，结合所研究河段的特点进行分析。

6.4.4.2 顺直微弯分汊河段整治——以嘉鱼—燕子窝河段为例

基于长江已实施的航道整治工程，结合三峡水库坝下游河床调整规律和机理的认识，以嘉鱼—燕子窝浅滩河段为例，系统研究航道整治具体措施和方案。在前述对浅滩演变规律认识的基础上，采用物理模型试验，综合探索性方案、典型年试验结果，重点开展系列年试验研究，提出适应新水沙条件下航道整治措施，并为长江中游航道整治工程提供技术支撑。

综合已有研究取值及物理模型试验等综合确定整治参数取值，设计水位取航基面上1m，整治水位取设计水位上3m，整治线宽度1100m。航道目标尺度为3.7m×150m×1000m。整治工程建筑物的高程采用经验和模型试验结果综合论证，不同部位不同功能的建筑物高程取值不同。

在嘉鱼—燕子窝河段中，燕子窝水道的航道问题较为突出，故优先考虑对燕子窝水道开展航道整治。在单项工程探索性试验及趋势分析的基础上，依据守护型和进攻型两种整治思路形成方案，开展了燕子窝水道的动床模型试验研究。

虽然燕子窝心滩滩头在护滩带及防冲墙的作用下较为稳定，但燕子窝水道呈现出右槽冲刷发展、心滩前沿低滩及左右缘冲刷萎缩、左槽宽浅主流摆动空间较大的演变特点，导致燕子窝左槽进口上河口一带航槽条件不稳定，航道条件趋于变差。因此，在工程部位方面，主要考虑加强心滩前沿低滩守护，适当恢复低滩滩型，并采用工程措施进一步限制右槽冲刷发展。基于不同的工程力度，分别提出守护型和进攻调整型两类工程措施开展试验研究，工程布置见表6.4-2。

表6.4-2　长江中游嘉鱼燕子窝河段整治工程方案一览表

现状条件下趋势性预测结果表明，经过系列年作用，由于燕子窝心滩低滩冲退，右槽冲刷发展，左槽水流动力减弱，上河口一带淤积的边滩向左槽内延伸，挤压航槽，航宽缩窄，左槽航道条件恶化，系列年末3.7m航槽宽度减小为80m左右，不满足航宽要求。虽然典型年末各工程措施都能保证3.7m航道条件，但在三峡水库蓄水运用后的长系列年作用下的效果需通过系列年试验，分析对比守护型和进攻型两种整治措施在保证河道航道条件的效果和影响。（水沙系列采用2009—2013年水沙过程+1998年减沙2/3水沙过程+2010—2013年水沙过程。）

1.守护型方案效果

整治方案实施后，左右槽分流比基本稳定，至系列年末，燕子窝左槽分流比微增了0.6%，工程有效抑制了燕子窝心滩的冲刷后退，稳定了心滩位置，部分阻止了进入右槽的主流，右槽加固的两道护底带上游泥沙淤积，护底带之间仍有所冲刷，护底带下游左侧河床淤积、右侧冲刷。其中，燕子窝心滩头部滩体基本保持稳定，实施后10年末，心滩前沿低滩淤积幅度达到2～3m左右；左槽进口段受到来水来沙条件影响较大，上河口一带泥沙有所淤积，航宽较小。实施后10年末，左槽3.7m航槽最小航宽约为260m，如图6.4-12所示。方案实施后，局部近岸流速有所增大，但增幅较小。左岸上河口至七家村一带近岸流速均有不同程度的增加，增幅为0.04～0.07m/s；右岸护底带附近护岸段近岸流速有所增加，增幅为0.05m/s左右。

图6.4-12　长江中游嘉鱼—燕子窝河段物理模型试验整治措施实施后航道情况

2.进攻型方案效果

整治方案实施后，燕子窝右槽冲刷发展得到一定程度的控制，左右槽分流比基本稳定，系列年末左槽分流比略有增加，增幅为1.9%，工程有效守护了燕子窝心滩头部前沿低滩和心滩左缘，福屯垸护底带和梳齿坝相配合，抑制了右槽的冲刷发展，增强了左槽浅滩的枯季冲刷能力。其中，心滩头部低滩基本保持稳定，有冲有淤，变幅在1m以内，梳齿坝下游心滩左缘淤积、右缘冲刷，福屯垸潜丁坝坝田间及丁坝下游淤积，工程的实施阻止了部分进入右槽的水流，右槽进口有冲有淤，幅度较小，右槽第一道护底带下游冲刷，最大冲深约3.8m，第二道护底带下游河床有所淤积，右槽中段则有冲有淤；左槽左岸红卫闸附近边滩仍向河心淤积，但范围和淤积厚度均比无工程时小，上河口—草场头附近冲刷幅度较大，冲幅为5m左右。实施后10年末，左槽3.7m航槽最小航宽约为400m，如图6.4-12所示。

从冲刷航槽保障航道尺度的角度，进攻型的工程措施虽然更能够集中水流增强浅区的冲刷能力，航道尺度优于守护型方案；但进攻型方案工程力度较大，引起工程局部及近岸流速的变化也较大，进攻型措施引起近岸流速增幅明显大于守护型措施，易引起岸线淘刷崩退，需要同时开展较长范围的护岸守护；同时工程力度较大的方案，引起工程局部水流紊动强度也较大，建筑物局部冲刷深度较大。

综合来看，通过优化工程布局，守护型措施和进攻型措施均能够起到有效地稳定滩槽格局、抑制燕子窝右槽的冲刷发展的效果，在两种类型的工程措施均能够满足航道条件的前提下，守护型措施相对更优。

6.4.4.3 藕节状分汊河段整治总结——以马当河段为例

城陵矶—湖口河段长约547km，河道平面形态呈宽窄相间的藕节状，河道窄段一般有节点控制，如陆溪口、天兴洲、罗湖洲、戴家洲、张家洲和马当等河段。本研究选择历史上著名的碍航水道——马当河段为例，开展藕节状分汊河段治理措施研究。该河段虽然已在湖口以下，但河道性质与长江中游一致。

马当河段2007—2014年航深图如图6.4-13所示。在马当南水道，虽然目前6m航深基本满足，但其宽度逐渐缩窄，棉外洲头逐渐刷深，右槽航道进口条件呈恶化态势，2012年8月6m线一度断开，主要可能是涨水期淤积所致，随后的枯水测次水深条件又有所好转。从航道条件来看，棉外洲挤压右槽的趋势比较明显。因此，该河段的主要问题是，马当南水道棉外洲左槽发展，原主航道右槽受到挤压，虽然马当南航道整治工程实施后左槽发展的势头得到遏制，但左右槽双槽争流对航道远期发展和维护不利；同时，棉外洲的南移压缩了现行主航道，使其航槽流路更加弯曲，马当矶上游附近的扫弯水更加强烈，对航道流态与通航安全均产生不利影响。

图6.4-13　长江中游马当河段2007—2014年航深图

马当河段的整治原则是顺应河势发展，加强洲头守护，减少洲头冲刷，限制支汊或副槽发展（护底或潜坝），稳定主流。根据一期整治工程经验及分项工程探讨，马当南水道的整治思路为：稳定棉外洲两槽分流比或使得右槽分流比有所增加；稳定并加高棉外洲头及洲头低滩，防止棉外洲分汊口门向宽浅方向发展，改善右槽进口条件；稳定棉外洲洲体中下部，防止滩体冲刷或下移。具体工程措施如图6.4-14所示，主要是对棉外洲心滩进行守护和洲头上延，在棉外洲左槽布置护滩带等。

采用泥沙数学模型，根据2008—2012年实测水沙条件开展泥沙冲淤效果计算，如图6.4-14（彩图27）和图6.4-15（彩图28）所示。计算结果表明，整治方案实施后，棉外洲左槽微淤，1～3年整体淤积厚度在1m以内，5～10年淤积厚度在2m以内，深槽内以微冲微淤为主，10年冲淤厚度在1m以内。棉外洲右槽普遍冲刷，3年后冲刷厚度1～4m，5～10年冲刷幅度中上段冲刷2～4m。整体而言，工程起到了促使棉外洲左槽淤积萎缩、右槽冲刷发展的作用，且进口浅区冲刷明显。方案实施后均可满足预期6.0m航深的目标。

图6.4-14　长江中游马当河段航道提升方案实施10年后冲淤变化

图6.4-15　长江中游马当河段航道提升方案实施后的航深图