(长江委水文局荆江水文水资源勘测局,湖北荆州 434020)
摘要: 荆江为长江天堑,历来水患频繁,河道治理工程不断。在各历史时期,河道治理工程及防洪工程起到了应有的作用。利用已有的历史资料及研究成果,对长江荆江段河道治理工程进行了分类整理,并分析了河道治理工程的作用与影响。
关键词: 荆江河道;治理工程;影响
第一作者简介: 彭玉明,男,湖北荆州人,高级工程师,主要从事河道勘测及河道演变等方面的研究。E-mail: 373045327@qq.com
荆江上起枝城、下迄洞庭湖出口城陵矶,是长江中游距三峡出口处 60 余km以下的一段冲积性河段。全长 347.2km,如图 1 所示,以藕池口为界,分为上、下荆江。上荆江长171.7km,上荆江为微弯分汊河型;下荆江长约 175.5km,为典型弯曲蜿蜒性河道。
图1 荆江河道平面图
荆江河段左岸有沮漳河汇入,右岸有松滋、太平、藕池、调弦四口分流入洞庭湖;洞庭湖纳湘、资、沅、澧四水和松滋、太平、藕池三口分流入汇,经调蓄后于城陵矶吐入长江。
荆江贯穿于江汉平原与洞庭湖平原之间,广袤的平原主要依靠堤防保护:荆江北岸是荆江大堤和洪湖监利长江干堤的一段;南岸是松滋江堤、荆南长江干堤和华容县堤。荆江大堤对岸为荆南长江干堤,即公安县荆江分蓄洪区江堤和石首市江堤。
“万里长江,险在荆江”。荆江上游来水峰高量大与河道安全泄量不足矛盾非常尖锐,历代水患频繁,防洪问题十分突出,是长江中下游重点防洪地区。荆江大堤堤高势险,其关系到江汉平原和武汉市安全,为确保荆江大堤等防洪安全,建国以后,在荆江上游正在兴建世界著名三峡水库、下游建有洪湖分蓄洪区,南侧建有荆江分蓄洪区、北侧建有人民大垸分蓄洪区等防洪工程。
2000 多年来,长江中下游广修堤防抗洪,荆江两岸筑有堤防,北岸有荆江大堤和荆北干堤,南岸有荆南干堤和分洪区围堤,其中上荆江右岸有松滋江堤与荆南长江干堤,左岸为荆江大堤,其临江的沙市河弯和郝穴河弯堤外无滩或滩窄,深泓逼岸,防洪形势十分严竣;下荆江左岸有荆江大堤与监利长江干堤,右岸有荆南长江干堤和岳阳长江干堤,其中荆江大堤属一级堤防,其他江堤均属二级堤防。
荆江大堤上起荆州区枣林岗,下至监利县城南,全长 182.35km;松滋江堤位于上荆江河段南岸松滋县境内,西起松滋老城,东至涴市隔堤,全长 51.2km;荆南长江干堤上起涴市隔堤,下至石首五马口,全长 189.32km;监利江堤上起监利县城南,下至与洪湖市分界点螺山(桩号 623+886~531+550),全长 92.336km;岳阳长江干堤,上起岳阳市华容县塔市驿,下至黄盖湖农场铁山咀,全长 163km,其中城陵矶以上的岳阳长江干堤长 95km。荆江大堤是江汉平原的重要防洪屏障,为国家确保堤段。荆江大堤因堤外有多处围垸,在一般年份,并不全部直接挡水,其中,直接挡水堤段 71.23km,不挡水堤段 111.17km。
长江河道护岸工程是长江防洪体系的重要组成部分,护岸工程主要分布在弯曲河道或分汊河道的凹岸和主流线贴岸或顶冲段,位于堤防工程迎水坡面的前方,是保证堤防工程安全运行的基本条件之一 [2] 。
20 世纪中叶以来,随着科技水平的提高和对水沙运动规律认识的逐步加深,护岸工程遵循因势利导、平顺水流的整治原则,采用水下抛石(抛笼、抛枕、沉排)固脚、水上砌石护坡、削除不利水流顺畅的石矶,控制河势,抑制大幅度崩岸发生。
自 20 世纪 90 年代以来,随着护岸工程不断加固,崩岸险情甚少。截至 1996 年,下荆江已治理长度约 100km,占岸线长的 30.8%,抛石量 1100 万m 3 ,柴(塑)枕 108 万个。1950—1996 年荆江总计抛石量 7346 万m 3 。
1998 年大洪水后,实施了长江重要堤防隐蔽工程。经初步统计,荆江河段实施新护和加固的岸线长约 110km,完成抛石量 624.41 万m 3 。
长江中下游受洪水威胁严重,主要是长江干流和中下游支流的洪水来量远远超过河道的安全泄量。据历史记录,自 1153 年以来,宜昌流量超过 60000m 3 /s有 27 次,超过 80000m 3 /s有 8 次,其中超过 90000m 3 /s有 5 次,最大 1870 年达 105000m 3 /s。目前长江中下游各河段为安全泄量,多年来虽经过对堤防加高加固及进行河道整治,堤防较以往有了扩大,但上荆江仍只能安全下泄 60000~68000m 3 /s,洪水来量大与河道泄洪能力不足的矛盾非常突出,只能采取分蓄洪措施,以保证重点区和重要城市的安全,尽量减少淹没损失。
在三峡工程建成发挥作用前,荆江河段遇特大洪水时还没有可靠对策,可能发生毁灭性灾害。如遇 1860 年或 1870 年洪水,荆江河段运用现有荆江分洪工程后,尚有 30000~35000m 3 /s的超额洪峰流量无法安全下泄,不论南溃或北溃,均将淹没大片农田和村镇,造成大量人口伤亡,特别是北溃还将严重威胁武汉市的安全。特大洪水对这一河段的严重威胁,仍是心腹之患。荆江河段长江堤防仍是防洪安全的重要保障。
护岸工程的修建改变了河床的边界条件,河岸抗冲能力大大增强,限制了河床的横向变形,护岸河段的河势得到控制。因此,护岸河段的近岸河床变形主要表现为护岸工程修建后,近岸河床发生不同程度的纵向刷深。自然状态下,由于弯道环流的作用,水流不断侧蚀岸坡,深泓不断内移,岸线相应不断崩退,但断面形态变化不大,只向凹岸作平行移动而已,并不发生纵向的单向冲刷或淤积,这种演变是由于纵横向输沙基本平衡的结果。护岸工程的修建对河道的基本稳定起到良好作用 [3] 。
下荆江河道蜿蜒曲折,为典型的蜿蜒性河段。河道抗冲能力差,年崩岸率一般为数十米至百余米,最大达 600 余m,历史上自然裁弯频繁。河道横向摆幅大,河曲带宽达 20~30 km。弯道凹岸崩坍,凸岸淤积,弯曲半径变小,在一定的水流和河床边界条件下,则发生自然裁弯。近百年来发生了古长堤(1887 年)、尺八口(1909 年)、河口(1910 年)、碾子湾(1949 年)等处的自然裁弯。这些自然裁弯的发生,给河道河势变化带来了重大影响。
为了扩大泄量,减轻荆江河段的防洪压力,原长江流域规划办公室经过详细的规划、研究和设计,于 1960 年提出了下荆江系统裁弯规划,选定由沙滩子、中洲子和上车湾 3处主要裁弯工程组成的南线系统裁弯方案(图 2),并于 1966 年和 1968 年分别实施了中洲子和上车湾两处人工裁弯,沙滩子裁弯工程由于种种原因而未能按计划实施,于 1972 年 7月发生自然裁弯。3 处裁弯共缩短下荆江河道长度 78km,取得了显著的防洪、航运等方面的效益,同时,裁弯工程也使上下荆江经历了较长时间的河床调整过程。
图2 下荆江裁弯工程布置示意图
裁弯结束后,经历了不同水文年,特别是较大洪水年的考验,收效良好。在防洪方面,降低了上游洪水位,不同程度地减轻了洪水对上荆江两岸的威胁;在航运方面,缩短航程约74km,裁掉碍航浅滩 3 个;在农业方面,监利以上河段裁弯以后经过护岸,初步稳定了河势,抑制了过去堤岸崩退和农田坍失严重的局面,为发展农业生产创造了有利条件 [4-5] 。
长江自宜昌九码头到湖口段称为中游航道,航道里程约 900km,多流经平原地区,两岸地势平坦,河形弯曲,河道摆动幅度较大。这一段航道主要特点是河床演变剧烈,特别是下荆江,河道蜿蜒曲折,洲滩变迁频繁,航槽极不稳定,枯水期浅水道维护十分困难。荆江河段的重点碍航浅水道有芦家河、太平口、马家咀、周天、碾子湾、窑监等,是目前长江干线航道维护最为困难的河段,如图 3 所示。
图3 长江中下游干线航道示意图
荆江河段是长江中下游主要碍航河段,碍航原因可归纳为:①洪枯水流流路不一致,航槽不稳定,航道维护困难;②深泓频繁摆动,造成过渡段航槽的上提下移及摆动,航槽不稳定;③河道放宽段内槽口众多,枯水期水流难以集中冲槽,航道容易出浅碍航,严重时甚至出现阻航现象;④心滩不稳定,易形成多槽争流,航道水深不足。部分河段,常规的维护已不能从根本上解决河道碍航问题,需进行系统整治。
近期,荆江河段已经完成的航道重点整治工程有太平口水道、瓦口子水道、马家咀水道、周天水道、碾子湾水道、监利水道等,分别如图 4~图 8 所示。荆江段航道整治工程采用的主要手段有如下 3 方面。
(1)巩固洲滩。根据航道所在河段河床演变规律,充分利用水道目前对航进有利的滩槽形态,依托稳定的河道岸线,采用整治建筑物(如护滩带等)加以稳定,防止河道出现不利的变化。
(2)稳定主流。根据长江干线航道发展规划,根据水道所在河段的船舶运输要求和浅滩碍航特性,采用低水整治建筑物如潜丁坝等稳定枯水航槽,保证枯水期浅滩满足规划的通航尺度。
(3)分期实施。先采用护滩(底)等措施,对现有洲滩关键部位进行守护,避免三峡建库后不利局面的出现,再根据今后河道观测结果,视情况对总体方案进行优化调整,并实施后续工程,从根本上解决本水道的碍航问题,使之达到规划确定的维护尺度。
图4 太平口水道示意图
图5 瓦口子水道示意图
图6 马家咀水道示意图
图7 碾子湾水道示意图
图8 监利水道示意图
荆江河段位于长江中游地区,左岸属湖北省,右岸分属湖北、湖南两省。在其上游是我国的西南地区和湖北省的宜昌市及江汉平原,在其下游是我们经济较为发达的长江中下游地区。航道整治工程对荆江河段上、中、下游区域航运的发展均会产生重大的影响。
长江中游荆江河段航道整治工程能够很大程度上改善长江的航运条件。在行业影响方面,航道的整治对区域内航运业的发展、港口结构的调整和市场竞争格局都会产生极大地积极效益;而从区域来看,能很大程度促进沿江腹地尤其是湖北省区域经济的快速发展;从宏观角度看,能够有效促进国家产业结构和重大产业布局的调整,提升重大产业的国际竞争力,促进区域间的协调发展 [6] 。
长江荆江段河网复杂,历史上水患频繁,为了让河道往有利的方向发展,不同历史时期对河道进行了分析研究及治理,并配合相关的水利工程对河道进行治理。三峡工程修建后,荆江地区的防洪形势及江湖关系已经或即将发生一定调整,荆江三口洪道的水资源分配随之发生调整。随着社会的发展,国民经济的发展对长江的依存度越来越高,荆江河段的河道变化研究及治理将永无止境。
[1] 荆州市长江河道管理局. 荆江堤防志[M]. 北京:中国水利水电出版社,2012.
[2] 欧阳履泰,王强,陈敏. 长江中下游干流河道崩岸治理[J]. 人民长江,2000,31(8):1-3,6.
[3] 赵坤云,廖鸿志. 长江中下游堤防及护岸工程[J]. 水利水电快报,2001,22(10):8-10.
[4] 胡向阳. 长江中游裁弯工程的效果[J]. 长江科学院院报,2004,21(6):14-18.
[5] 潘庆燊. 下荆江裁弯 30 年[J]. 人民长江,2001,32(5):27-29.
[6] 黄成涛,刘林. 长江中游马家咀水道航道整治一期工程工程可行性研究[R]//“十五”期长江航道基本建设项目前期工作成果汇编(航道整治分册). 武汉:长江航道局,2006.
[1] 基金项目: 国家科技支撑计划“荆江河段河道冲刷下切模拟技术研究”(编号:2013BAB12B01)和水利部公益性行业科研专项经费项目“三峡水库运用后荆江河道再造过程及影响研究”(编号:201401011)。