三峡建成后对下游河床演变的影响

4.2.1 冲刷量影响岸壁稳定

下荆江河段无论是冲刷量还是冲刷强度都是最大的河段(见表1)。该河段的平均冲刷深度为5.3m,预计局部最大冲刷深度定比上荆江的13m大,而下荆江新生洲滩上层土厚为3~12m,因此,局部冲刷将达到抗冲性差的沙层,如果局部冲刷坑靠近河岸 ,将使岸壁必然失稳而崩塌。下荆江中石首、监利枯季水位下降分别为3.29m、3.03m(见表2),是枯水位下降最大的河段,可见该河段是冲刷最强的区域。如果冲刷深度与水位降低值按2∶1粗算,该河段平均冲刷深度大约为6.1~6.6m,局部冲刷深度应远大13m,这将对河岸 稳定具有很大威胁,因此本河段为河岸最不稳定的河段。

下荆江裁弯全河段发生剧烈反馈调整。1984年开始实施河势控制工程,金鱼沟至荆江门已得到初步控制,但石首、监利以及熊家洲至城陵矶河段,河势仍未稳定。石首河段岸线崩塌尚未得到控制,监利河段右汊深泓逼近乌龟洲右缘,岸线仍有崩塌。三峡蓄水运用后水位下降幅度较大,下荆江冲刷过程中 的河势调整、岸壁崩塌剧烈,更须高度重视。

4.2.2 对下荆江河型变化的预测

下荆江输入能量的增加,除了含沙量减小使有效能量增加外,因三口分流量减少,使下荆江流量增大,由于河床易冲,因此下荆江河段无论是冲刷总量或是冲刷深度,均为冲刷最强的河段。对于因三口分流量减少而使下荆江流量加大,对河段的横向变形的影响,是人们十分关注的问题。1967年至1972年,由于下荆江先后裁了三个弯道,使河道发生冲刷而降低了上游水位,从而减少三口的分流量。继而因分流量减少又使分流口门后面的分流水道萎缩,而使分流量进一步减少。表3为三口分流分沙变化趋势,由表可见,自1967年下荆江开始裁弯至90年代末,三口的分流量由1352亿m降到699亿m,分沙量减少了一半左右,水量占枝城的百分比由29.7%降到15.7%,沙量也由35.9%降到19%。其中藕池口减少最多,松滋口影响最小。表3中藕池口的水沙量裁弯前分别为652亿m和1.22亿t,居三口之首,占枝城份额较大。目前水沙量已减少到189亿m和0.324亿t,为原水沙量的2/7,占枝城份额亦甚少。由此可见:①下荆江系统裁弯后三口分流分沙量仅存一半,三峡运行后三口汛期水位下降仅0.7~1.5m,分流分沙量仅部分减少,因此从总量而言,三峡运行后下荆江水沙增加的量比裁弯小;②由一维数学模型成果可见,三峡运行后上荆江的比降增大,占三口分流份额小的藕池口水位下降最多、受影响最大,而水沙量最大的松滋口,冲刷后口门水位下降最少、影响最小。由此可见,冲刷对三口分流总量的

3

3

3

3

影响不大,因而下荆江增加的流量较少。同时因水库调度,流量过程趋均匀,大流量出现的几率甚少,即对河床变形影响大、引起河道剧烈变化的大流量出现次数甚少,因此河型不致发生大的变化。

表3 三口分流分沙变化表

Table 3 Variation of flow_sand diversion in the three inlets

分流口

1955~1966年 1967~1972年 1973~1980年

1981~1998年

3

沙量/万

333

水量/亿m 水量/亿m 沙量/万t 水量/亿m 沙量/万t 水量/亿m 沙量 /万t

t

松滋口

491

5430 9.8 2 420 4.3 12 200 21.8

446 10.2 186 4.3 391

4850 9.6 2110 4.2 7 250 14.4

428 9.6 160 3.6 247 5.6

4710 9.2 1 940 3.8 4 430 8.6

377 8.5 133 3.0 189 4.2

4 440 9.0 1 640 3.4 3 240 6.6

占枝城/% 10.8 太平口

210

占枝城/% 4.6 藕池口

652

占枝城/% 14.3

三口合计 1 353 占枝城/% 29.7

20 050 35.9

1 023 23.6

14210 28.2

835 18.8

11 080 21.6

699 15.7

9 320 19

注:引自长江水利委员会水文局“长江中游典型河段河床演变趋势及机理研究”

从能量的观点分析,在相同流量下冲刷后的比降比天然状态减小,由于河床粗化,糙率系数n增大,则流速V减小,挟沙能力相应降低,而近坝段的清水下泄状态因长距离的恢复含沙量有所增加,水流的有效能量增加。随着上游来沙量逐年接近于天然状态,使下荆江河道趋于稳定。同时下荆江在冲刷调整过程中,已因进口段冲刷大于出口段,使比降减缓甚多,由原来的0.32减小到0.267,接近武汉河段的比降。这一要素已对能量耗散做出贡献,不致再继续减小比降,

可见下荆江不会“更加蜿蜒”。总之,下荆江在冲刷下切时,横向扩展、岸壁崩塌不可避免,冲刷达到平衡后因比降大幅度 调缓,河型不致发生大的变化,总体河势将趋稳定。

4.3 堤防的稳定性

荆江两岸的大堤是千余年逐渐形成的,堤基、堤身隐患甚多,时有崩岸发生。最高洪水位较堤内地面高出10m以上,对大堤内的保护区构成很大威胁。尤其沙市、郝穴两河段大堤临江,堤外滩窄或无滩,从堤顶到江底达40余米之高,形势十分严峻。由于荆江大堤的重要性和险要形势,近50年来,特别是1998年大洪水以后,国家耗费大量人力物力,控制荆江河势、加固堤防,使之得到很大改善,但河段险要态势并未根本改变。但是护岸工程并不是铜墙铁壁,更不会一劳永逸,护岸工程是由散粒体组成,在大流速作用下,岸坡上有些石块被冲走或滚向深槽,使之变陡而崩岸,时有已护岸壁发生崩岸的情况。因此,在坝下游强冲刷期,河床平均冲深3.5~5.3m,局部冲刷最 大达13m以上的情况下,河岸的稳定性受到很大威胁,已护岸段也难以确保安全,崩岸将是不可避免的。特别是沙市、郝穴两险段均在沙市至石首比降增大的河段内,该两河段大堤临江,堤外滩窄或无滩,十分险要,务须认真做好抢险措施。总之,荆江河段在三峡枢纽运行后,具有横向变化的条件,岸壁受到影响,须严加监测以求防范。

综上所述,三峡枢纽运行后,坝下游将发生剧烈的冲刷,荆江河段首当其冲。除河床冲深外,横向摆动、岸壁失稳是不可避免的,特别是沙市至监利,将是多事之段,须制定抢险措施并做好有关准备,其中沙市~石首因比降增大,有效能量增加,潜在危险较下荆江大,同时沙市、郝穴两大险段又居其中,应予以高度关注。下荆江河段因比降减少较多,不致更加蜿蜒。鉴于三峡运行后,荆江河段冲淤变化剧烈,特别是有些河段险要态势并未根本改变,因此必须加强科学研究,注重原型观测,制订科学的综合治理规划,并在规划的指导下进行治理,以实现标本兼治。

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基金项目:国家自然科学基金会与长江水利委员会联合资助的重大项目(50 099620) 作者简介:殷瑞兰(1939-),女,教授级高工,主要从事河流泥沙及防洪减灾研究。

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