三峽水庫蓄水後下荊江急彎河道凸沖凹淤成因

朱玲玲, 許全喜, 熊 明

(長江水利委員會水文局，湖北武漢 430010)

摘要：三峽水庫蓄水後沙量驟減使得荊江河段河牀劇烈沖刷調整，下荊江急彎段「凸沖凹淤」，部分彎道凹岸側淤積形成水下潛洲。這種不同於彎曲河道一般性演變規律的異常現象勢必給下荊江的行洪、航運及江湖關係變化等帶來新的影響，其內在成因急需揭示。基於原型觀測資料分析，通過研究灘槽沖淤量及分佈、灘體及河道形態特徵等，全面揭示了近期下荊江急彎段「凸沖凹淤」的演變特徵及河道形態響應。結果表明，流量年內過程重分配、來沙量及組成突變是下荊江急彎段「凸沖凹淤」的決定性因素。

關鍵詞：急彎段；凸沖凹淤；中水歷時；三峽水庫

長江中游下荊江自藕池口至城陵磯，屬於典型彎曲河道，素有「九曲迴腸」之稱。20世紀六七十年代，下荊江經歷了人工裁彎和自然裁彎，河道總長減少約78 km，彎曲係數減小0.9。裁彎之後，河勢持續調整，導致上荊江溯源沖刷、城漢河段泥沙淤積、荊江-洞庭湖關係調整等。20世紀80年代中後期，隨著河勢控制工程與護岸工程的不斷實施，下荊江成為限制性的蜿蜒型河道，河勢趨於穩定，現今主要由石首、北碾子灣、調關、萊家鋪、監利、荊江門、熊家洲、七弓嶺和觀音洲9個彎曲段和連接過渡段組成。

在河道縱向輸沙相對平衡的條件下，受一定的來水來沙長期作用，彎道河段橫向輸沙，一般表現為「凹沖凸淤」的演變特徵。河流修建水庫(尤其是大型調節水庫)使得下遊河道水沙條件出現不平衡狀態，從而引起河道河牀形態的調整[1-2]。三峽水庫蓄水後，下荊江水沙條件明顯改變，擾動了河道的相對平衡狀態，急彎段出現較為顯著的、帶有某種趨向性的沖淤調整。下荊江調關—萊家鋪急彎段和反咀(荊江門)以下至江湖匯流段的急彎段「凸沖凹淤」，與三峽水庫蓄水前彎道「凹沖凸淤」[3-4]的一般規律形成鮮明對比。部分調整劇烈的彎道(如七弓嶺彎道)，凹岸側河心淤積形成水下潛洲，潛洲逐漸發育使得彎道斷面形態改變，河型初步顯現出向分汊型轉化的現象，水動力軸線彎曲係數減小，類似於丹江口建庫後漢江下游彎道「撇灣切灘」[5]。宏觀上，流量過程坦化、輸沙急減，打破了原有的縱向輸沙平衡，凸岸河灘的細顆粒泥沙極易被沖刷，而上遊河槽粗顆粒泥沙下移，在原有凹岸側的深槽落淤，從而造成了急彎段「凸沖凹淤」的現象。已有關於荊江河道河勢調整規律及趨勢的研究多側重於長曆時的沖刷量及發展速度方面[6-7]，對於局部河勢調整的異常現象研究成果鮮見。尤其是下荊江急彎段普遍出現「凸沖凹淤」這種不同於一般現象發展的程度及成因，不僅關係到下荊江河勢的整體穩定，更事關長江中游防洪、航運和江湖關係變化等重大問題。本文依據詳盡的水文泥沙、地形及局部水動力條件原型觀測資料，總結三峽水庫蓄水以來下荊江典型急彎段「凸沖凹淤」演變特徵，採用多項表徵指標明確其平面形態、橫斷面形態的響應，初步探討「凸沖凹淤」成因，以期加深對強沖刷條件下急彎段河勢演變規律的認識，對下荊江河勢規劃、保障防洪安全和維持航運尺度等具有指導意義。

1 研究區域及數據源

下荊江除藕池口河段和監利河段為彎曲分汊河型外，其他河段主要由彎道和順直過渡段組成。本文以下荊江的調關—萊家鋪、反咀—城陵磯2個連續急彎段為研究對象。其中，調關—萊家鋪急彎段由2個反向彎道組成，長約22.5 km(石5斷面至荊133斷面)；反咀—城陵磯急彎段由4個反向彎道組成，長約45.1 km荊171斷面至荊183斷面)，出口處有洞庭湖入匯，屬於洞庭湖入匯頂託段(圖1)。

下荊江水沙主要來自於宜昌以上的長江干支流，宜都附近有清江入匯，徑流量佔比較小，再經荊江南岸松滋口、太平口、藕池口分走部分水沙。監利水文站可作為水沙分析代表站，多年平均徑流量為3 660億m3、多年平均輸沙量為2.94億t(1956—2014年均值)，其中年內主汛期6—9月輸送全年55.8%的水量和76.9%的沙量。荊江三口河段又稱「三口洪道」，由特大洪水潰口沖積形成，且自形成以來汛期分流比顯著大於中低水期，經三口分流後，下荊江年內流量的變化幅度小於上荊江。

本文引用了研究區域內1987年以來的1∶10 000河道地形資料(4個測次)、1987年以來的1∶5 000固定斷面資料(7個測次)、控制站長系列水文泥沙資料，均來源於長江水利委員會水文局。三峽水庫蓄水前起始時段選擇1987年的原因在於自此下荊江河道平面形態相對穩定，河道沖淤主要表現為灘、槽等微地貌形態調整；研究還用到局部河段典型斷面流速資料，分析彎道的水流橫向分佈特徵，來源於長江航道規劃勘測設計研究院。平灘河槽、基本河槽和枯水河槽為宜昌站30 000 m3/s、10 000 m3/s和5 000 m3/s流量水麵線以下的河牀。

圖1 下荊江和急彎段河道形勢Fig.1 Regime of sharp bend channel in Lower Jingjiang Reach (LJR)

2 下荊江急彎段「凸沖凹淤」現象

丹江口水庫建成後，漢江下游皇莊至澤口過渡型河段最突出的變化是流量調平後，在非限制性彎道中，原有河道的曲率半徑不能適應新水沙條件，主流脫離凹岸，切割凸岸邊灘，並向下遊移動，全河段18個河灣中11個發生「撇彎切灘」；而在限制性彎曲河道中，這種現象則不甚明顯。三峽水庫下游下荊江河段為典型彎曲河道，河岸抗沖性較弱，兩岸多有護岸工程，尤其是彎頂頂沖段，相比較丹江口水庫下游彎道，三峽水庫下游下荊江彎曲段多為「半限制性」彎道，其應對水沙條件變異的沖淤調整具有自身的特徵。

「七五」和「八五」期間對三峽建成下遊河道長期沖刷後下荊江河型是否變化以及如何變化累積了一定的研究成果，韓其為和楊克誠[8]認為主要結論可分為3種類型：第一類認為下荊江將來在沖刷後會繼續蜿蜒，曲折率會加大；第二類認為沖刷後，下荊江可能向微彎分汊河型發展，水庫下泄泥沙減少，凸岸淤積得不到相應發展；第三類認為河型基本維持現狀，三峽水庫主要攔截d>0.025 mm的泥沙，且削峯機會很少，故高漫灘淤積的泥沙並不減少，凸岸還灘並不會很難。觀測資料顯示，三峽水庫蓄水後，下荊江急彎段頂沖點岸線崩退並不突出，河道進一步蜿蜒發展的現象未出現，其次，凸岸還灘的程度並不高，累積呈沖刷狀態，以至於彎道段普遍「凸沖凹淤」，個別段斷面形態向「W」型轉化，總體特徵與第二類相似。

2.1 急彎段灘槽沖淤及分佈特徵

下荊江急彎段屬於邊灘發育型的蜿蜒河道，具有偏「V」型斷面形態，河道凸岸一般分佈有大規模的灘體，深槽貼靠凹岸側，灘、槽分明。彎道的取直多是通過灘體沖刷、切割，同時深槽向凸岸擺動來實現，監利河灣多次出現過這種現象，在灘、槽沖淤分佈方面表現為「凸沖凹淤」，是一種異常現象，顯著區別於彎道一般性的「凹沖凸淤」。三峽水庫蓄水前，下荊江彎道撇彎切灘一般只出現在特殊的水文條件下，如特大水年水動力軸線取直，切割凸岸灘體，長期中小水年作用後凸岸邊灘基本能夠淤積恢復。此外，下荊江裁彎期比降顯著變化，也出現了撇彎切灘的現象。三峽水庫蓄水後，壩下游除遭遇2006年極枯水文年以外，整體以平水年居多，大洪水被三峽工程削減。然而，下荊江急彎段「凸沖凹淤」現象較為普遍，雖尚未發展為撇彎切灘，但局部調整劇烈的河段灘槽格局、斷面形態變化明顯。

「凸沖凹淤」首先體現在不同流量級下灘、槽沖淤量的差異上。三峽水庫蓄水前，下荊江急彎段沖淤沿斷面的橫向分佈符合彎道的一般規律，凸岸灘體淤積的現象客觀存在。1987—2002年間，調關—萊家鋪彎道枯水河槽沖刷泥沙594.0萬m3，基本河槽沖刷泥沙320.0萬m3，而平灘河槽則淤積495.0萬m3，定義基本河槽至平灘河槽之間為灘體，則灘體淤積泥沙量約815.0萬m3；類似地，反咀—觀音洲河段灘體淤積泥沙約1 500萬m3；三峽水庫蓄水後，進入壩下遊河道的水沙總量及過程都發生變異，河牀需進行沖淤調整來適應新的水沙條件，下荊江急彎段灘、槽一致沖刷，凸岸灘體的沖淤普遍發生了性質上的變化，尤其是蓄水初期，2003—2006年調關—萊家鋪彎道灘、槽分別沖刷438.0萬m3、982.0萬m3，反咀—觀音洲彎道灘、槽分別沖刷720.0萬m3、1 960萬m3(表1)，相較於三峽水庫蓄水前，凸岸灘體由淤積轉變為沖刷。

表1 下荊江急彎段沖淤量統計

Table 1Amount of erosion and deposition in sharp bend

河段名稱起止斷面河長/km時段沖淤量/(萬m3)平灘河槽基本河槽枯水河槽調關—萊家鋪(荊119-3—荊133)石5—荊133(22.2)22.51987-10/2002-10495.0-320.0-594.02003-10/2006-10-1420-982.0-793.02006-10/2008-10-537.0-551.0-498.02008-10/2013-10-1310-1240-13402003-10/2013-10-3260-2780-2630反咀—觀音洲荊171—荊18345.11987-10/2002-108790729053602003-10/2006-10-2680-1960-17502006-10/2008-101290714.0490.02008-10/2013-10-1560-1930-16302003-10/2013-10-2950-3180-2890

依據河道水下地形觀測資料，計算出下荊江急彎段的河牀沖淤厚度平面分佈(圖2)，三峽水庫蓄水後，下荊江急彎段灘槽整體沖刷，彎頂附近凸岸沖刷、凹岸淤積，調關、萊家鋪、荊江門、熊家洲、七弓嶺及觀音洲6處彎道均不同程度地出現「凸沖凹淤」現象，進一步說明，三峽水庫蓄水後下荊江急彎段「凸沖凹淤」的現象普遍，部分彎道附近主泓偏離凹岸側，向凸岸擺動，主流流路取直。

圖2 下荊江急彎段2002—2013年沖淤厚度分佈Fig.2 Scouring and silting thickness distribution of sharp bend channel in LJR

2.2 急彎段「凸沖凹淤」的河牀形態響應

凡是彎道必然存在凹、凸兩岸，「凸沖凹淤」本質是一種沖淤部位的特定描述，河牀沖淤帶來的形態響應往往是多方面的。主要有灘、槽平面形態，河道斷面形態，深泓縱剖面形態等，其中灘、槽平面形態和河道斷面形態都能夠反應凹、凸兩岸的變化，而深泓縱剖面形態僅侷限於主河槽，為此，本文主要對平面形態和斷面形態響應開展系統研究，以期進一步深入認識下荊江急彎段近期「凸沖凹淤」的具體特徵。

2.2.1 平面形態響應

三峽水庫蓄水後，下荊江急彎段「凸沖凹淤」平面形態的響應特徵突出地表現為：凸岸邊灘的沖退和近凹岸側河槽內淤積形成(或切割出)水下潛洲，這一現象在下荊江的調關彎道、萊家鋪彎道、七弓嶺彎道和觀音洲彎道都較為明顯，其中調關彎道段的凹岸側水下潛洲是由凸岸邊灘切割形成，其餘彎道的凹岸側水下潛洲基本都是在原河槽的基礎上淤積形成(圖3)。

圖3 下荊江急彎段20 m等高線年際變化Fig.3 20 m contour of sharp bend channel in LJR

(1)「凸沖凹淤」發展期間，凸岸邊灘的變化以灘脣後退和麪積萎縮為主。寬大的凸岸邊灘是下荊江急彎段平面形態的典型特徵之一。三峽水庫蓄水前，彎道的「凸淤凹沖」累積作用下，至2002年下荊江急彎段凸岸邊灘規模均較大；三峽水庫蓄水後，下荊江河道急彎段的凸岸邊灘不斷沖刷，灘脣沖刷(切割)後退，灘體面積萎縮明顯(圖3、表2)。2002—2013年，調關彎道和萊家鋪彎道凸岸邊灘的20 m等高線面積萎縮率分別為28.1%和4.6%，25 m等高線面積萎縮率分別為31.7%和11.6%；反咀彎道、七弓嶺彎道和觀音洲彎道20 m等高線面積萎縮率分別為4.0%、41.1%和90.7%。

表2 下荊江急彎段灘體形態特徵變化統計

Table 2Beach morphology characteristics of sharp bend channel in LJR

彎道名稱年份平灘河寬/m枯水河寬/m灘、槽寬度比凸岸邊灘(調關—萊家鋪彎道20m、25m等高線;反咀—觀音洲20m等高線)凹岸水下潛洲(20m等高線)最大灘寬/m面積/km2灘頂高程/m面積/km2200218308641.1165014504.813.46/0調關彎道2008159014400.1011909563.502.5022.90.2442013161013000.2413609853.692.5227.40.8512002125010500.19124011204.373.52/0萊家鋪彎道2008125011800.0611909424.123.1224.40.1242013126010800.1712809364.173.1127.10.158200215308910.7219604.4530.6/反咀彎道2008141010400.3618804.3129.6/2013138010400.3317404.2730.7/200220006032.33400.90/0七弓嶺彎道200820809351.22100.5722.70.397201315308380.832700.5324.30.579200214309640.484501.18/0觀音洲彎道2008158011700.352800.6322.60.1052013164014100.16300.1122.10.229

(2)「凸沖凹淤」發展期間，凹岸側水下潛洲形態上的變化以面積持續增大為主。1987—2002年期間，下荊江彎道凸岸邊灘規模較大，有效地控制了主河槽的寬度(圖3)，主河槽呈窄深形態；2002—2008年期間，調關彎道、萊家鋪彎道、七弓嶺彎道和觀音洲彎道4處彎道附近的凹岸側水下潛洲均淤積(切割)形成，調關彎道邊灘切割為心灘的現象最為明顯，七弓嶺彎道段水下潛洲的面積最大，2008年其20 m等高線面積為0.397 km2，灘體頂部高程達22.7 m；2008—2013年，4處彎道段的水下潛洲均持續淤積，灘體面積不同幅度的增加，灘頂高程以淤積抬高為主，其中20 m等高線面積增幅以調關彎道水下潛洲為最大，達到249%，觀音洲彎道次之，增幅約118%，七弓嶺彎道段的水下潛洲面積增至0.579 km2(表2)。

2.2.2 橫斷面形態響應

為表徵急彎段灘、槽沖淤變化對橫斷面形態影響的區別，採用常規的寬深比來體現斷面形態對「凸沖凹淤」現象沿水深方向的響應特徵，同時，提出灘、槽寬度比(α)的概念，旨在表達橫斷面形態對「凸沖凹淤」現象沿河寬方向的響應特徵，其中灘寬採用平灘河槽寬度(Bp)與枯水河槽寬度(Bk)的差值來表示，槽寬度直接採用枯水河槽對應的河寬，具體計算公式如下：

(1)

(1)「凸沖凹淤」發展期間，彎道斷面灘、槽寬度比明顯減小。「凸沖凹淤」在橫斷面形態的反映是二維的，沿河寬方向主要表現為灘、槽的寬度變化有所區別。三峽水庫蓄水前，彎道段平灘河寬均較大，枯水河槽河寬相對較小，至2002年調關彎道、萊家鋪彎道、反咀彎道、七弓嶺彎道和觀音洲彎道的灘、槽寬度比分別為1.1、0.19、0.72、2.3和0.48(表2)；三峽水庫蓄水後，彎道段灘體除面積沖刷減少外，對主河槽河寬的控制作用也顯著減弱，2002—2013年枯水河槽河寬普遍增大，使得上述5處彎道的灘、槽寬度比均不同幅度地減小，至2013年分別減小至0.24、0.17、0.33、0.83和0.16，變幅偏大的調關彎道、七弓嶺彎道和觀音洲彎道斷面形態出現了趨勢性的調整，均由2002年的偏「V」型發展為2013年的「W」型(圖4)。

圖4 下荊江急彎段典型斷面年際變化(Zp為平灘水位，Zk為枯水位)Fig.4 Cross-section of sharp bend channel in LJR

(2)「凸沖凹淤」發展期間，典型斷面寬深比平灘河槽減小、枯水河槽增大。沿水深方向「凸沖凹淤」形態響應主要表現灘、槽高程的變化差異，2002—2013年期間，彎道段枯水河槽大幅度展寬的同時，河牀平均高程抬升或下切幅度偏小，綜合表現為寬深比的增大(圖5)，平灘河槽寬深比變化的規律恰好相反，一方面，其河寬減小(表2)，另一方面，其河牀平均高程變化較小，使得寬深比有所減小。可見，「凸沖凹淤」使得急彎段枯水河槽寬淺化發展與荊江河段河道總體窄深化的規律不一致。

圖5 下荊江急彎段典型斷面寬深比變化Fig.5 Ratio of width to depth of sharp bend channel in LJR

3 下荊江急彎段「凸沖凹淤」成因研究

3.1 下荊江河曲成因

下荊江河曲是在特定的河牀、河岸邊界條件下，經歷特殊的水沙過程而逐漸形成。下荊江彎曲河道「凸沖凹淤」現象的成因分析仍要從其基本形成條件出發，此類研究成果較多，且多集中在下荊江裁彎工程前後：首先，廣闊而深厚的二元結構邊界條件是基本前提[9-11]，二元結構的河岸在水流作用下表現為較弱的抗沖性，以至於河曲能夠發展，同時河道又不會過度展寬至分汊；其次，下荊江流量變幅小和造牀流量作用時間長是有利於河曲形成的關鍵水動力條件[9,11]，1852年藕池口決口，進一步分走了荊江幹流的流量，對下荊江較小的流量變幅有決定性的作用[12-13]，下荊江河道河牀質泥沙輸移基本平衡[9]，凸岸邊灘的淤積與凹岸沖刷後退相應，在彎道斷面上凹岸沖刷的泥沙量與凸岸淤積的泥沙量基本相等，保持河寬不增大，水流與河牀均不產生分汊，河寬也不縮窄，河型不向河漫灘蜿蜒型轉化[12]；最後，下荊江位於江湖匯流段，城陵磯附近洞庭湖出口的頂託作用，洪水期比降小於枯水期比降[9-10]，有利於汛期淤灘，枯水期水流歸槽[14]。

3.2 下荊江急彎段「凸沖凹淤」成因

下荊江急彎段經過幾十年的自然、人工的演替過程後，河道整體平面形態在堤防限制作用下基本穩定，但由於彎道段水流素有「大水取直，低水傍岸」的屬性，河道內部灘槽格局始終處於沖淤調整狀態。水文泥沙週期性變化下，彎道段河道能維持相對平衡的狀態，一旦水文泥沙條件出現趨勢性的調整，河牀為了響應這種變化，不可避免的出現不同於週期性沖淤的趨勢性變化，這種關聯性基於河牀演變基本原理，在已有研究中達成共識。因此，近期下荊江水沙條件的異常變化是急彎段「凸沖凹淤」的決定性因素。

(1)流量年內過程的重分配使得水動力軸線作用歷時在凸岸、凹岸的不均勻性增強。「大水趨直，小水走彎」是彎道水流動力軸線隨來流變化而發生平面擺動的基本屬性。下荊江急彎段典型斷面流速分佈規律表現為，隨著來流量的增大，主流區向凸岸邊灘移動，2009年9月調關—萊家鋪、反咀彎道流量超15 000 m3/s時，主流區向凸岸邊灘靠近的現象明顯，當流量降至6 000 m3/s左右時，主流開始回歸主河槽，主流區向凹岸側深槽擺動(圖6)，與該段枯水河槽主要塑造流量(也稱第二造牀流量)相當。以監利水文站為代表，其附近河段的平灘流量約為25 000 m3/s(在宜昌站平灘流量30 000 m3/s的基礎上考慮清江入匯和荊江三口分流，也稱第一造牀流量)，從枯水河槽到平灘河槽的流量區間為6 000～25 000m3/s，可以作為下荊江灘體集中沖刷的流量級。綜合上述分析，來流為6 000 m3/s以下流量，水流回歸和沖刷主河槽，而位於枯水河槽至平灘河槽的下荊江急彎段凸岸邊灘的沖刷則主要受6 000～25 000 m3/s流量區間水流作用，流量超過25 000 m3/s之後，水流滿槽，對全斷面有強塑造作用。三峽水庫蓄水前1991—2002年，中水出現頻率為62.1%，低水為29.5%，這兩級流量累積持續時間的比例為2.1，三峽水庫蓄水後2003—2014年(與蓄水前1991—2002年總歷時相同)，中水出現頻率增至78.1%，低水降為16.7%，這兩級流量累積持續時間的比例增大至4.7，徑流在這兩級流量上的重分配現象明顯(表3)。高水對全斷面形態的作用較強，三峽水庫蓄水後下荊江高水作用時間縮短，但其與低水作用時間的比例基本穩定。因此，受水庫調度影響，下荊江流量年內過程重分配使得水動力軸線作用歷時在凸岸、凹岸不均勻性增強，具體表現為凸岸邊灘位於主流區的持續時間相對於凹岸側深槽大大延長，從而加大邊灘沖刷動力條件。流量過程變化對於彎道沖淤作用機理與漢江丹江口水庫下游極為類似。

圖6 下荊江急彎段典型斷面流速分佈Fig.6 Flow velocity distribution of sharp bend channel in LJR

表3 下荊江監利站特徵流量總歷時和頻率變化統計

Table 3Total duration and frequency of characteristic flow in Jianli station

時段<6000m3 6000～25000m3/s="">25000m3/s總歷時/d頻率/%總歷時/d頻率/%總歷時/d頻率/%歷時比例(中水/低水)歷時比例(高水/低水)1991—2002年129529.5272462.13598.192.10.282003—2014年73216.7342378.12134.864.70.29

(2)泥沙來源及組成的差異改變了凸岸、凹岸恢復程度。彎道段高水主河槽落淤、低水灘體落淤，累積作用下，邊灘的泥沙組成比主河槽細，據長江航道規劃設計研究院2009年在調關彎道凸岸邊灘的鑽孔取樣成果，凸岸邊灘局部淤泥質粉質黏土的厚度達到4 m，而主河槽主要為粒徑較粗的細沙，2012年長江委員會水文局在該彎道的斷面牀沙取樣結果顯示，凸岸低灘<0.125>d<0.125>d>0.125 mm輸移量年均值為0.264億t，與蓄水前的0.299億t基本相當(表4)。細顆粒泥沙的大幅度減少，直接影響到凸岸灘體恢復性淤積的泥沙來源，粗顆粒泥沙的恢復則給凹岸側淤積，乃至形成水下潛洲提供了物質基礎。

可見，水沙條件變化是三峽水庫蓄水後下荊江急彎段「凸沖凹淤」的決定性因素。水庫調蓄作用影響下，對應於下荊江急彎段的形成條件，某些發生突變，某些基本穩定或延續三峽水庫蓄水前的變化。其中水動力條件、泥沙來源的變化具有突變性：一方面流量年內分配規律發生變化，三峽水庫汛期削峯調度、汛後蓄水和枯期補水調度綜合作用下，流量過程坦化現象明顯，年內主流線在凸岸、凹岸的作用歷時分配不均勻化；另一方面，來沙量大幅度減少，尤其是細顆粒泥沙上遊河牀的補給作用弱，凸岸邊灘年內淤積期的沙量來源遠遠不足，邊灘恢復程度極低，同時，牀沙質的補給效應強，相對恢復情況較好，主河槽內的淤積物來源在量上的滿足程度相對較好。兩方面綜合作用下，下荊江急彎段的「凸沖凹淤」普遍出現。

表4 不同粒徑組泥沙輸移量統計

Table 4Delivery amount of different particle size groups of sediment

時段宜昌站監利站沙重百分數/%輸沙量/億t沙重百分數/%輸沙量/億td<0.125d>0.125d<0.125d>0.125全沙d<0.125d>0.125d<0.125d>0.125全沙1986—2002年91.09.03.560.3523.9190.59.52.850.2993.152003—2014年94.35.70.4090.0250.43466.533.50.5230.2640.787注:泥沙粒徑d,mm。

其他因素，諸如邊界條件、江湖關係在三峽水庫運行之前的10來年和之後基本無變化或呈現延續性的變化，兩岸邊界條件基本無大的變化，集中體現江湖關係的三口分流分沙量總體仍呈小幅減小趨勢[15]，但同流量下的分流關係基本無變化[16]；城陵磯與監利站流量比減小導致長江對洞庭湖的頂託加劇，抬高了城陵磯同流量相應水位，但另一方面在以長江來水為主的情況下，荊江三口分流減少導致城陵磯流量減小，降低了水位，兩者可以部分甚至全部抵消[17]。可以認為延續性的變化對於下荊江急彎段的「凸沖凹淤」的促發作用相對較弱。

基於三峽水庫蓄水後下荊江「凸沖凹淤」基本原因的綜合研究，結合水庫調度影響下的下荊江水沙總量及過程變化趨勢來看，一方面，三峽水庫汛期削峯調度、汛後提前蓄水及枯水期補償調度綜合作用下，中洪水持續時間的年內佔比將長期保持較高的水平，有效保證了彎道凸岸邊灘的主流作用歷時；另一方面，上游宜昌至藕池口段河牀沖刷不斷粗化，河牀衝起的泥沙對於下荊江細顆粒泥沙的補給作用會保持當前狀態或進一步減弱，凸岸邊灘恢復性淤積的物質來源仍然有限，下荊江凸岸邊灘的回淤幅度不會很大。類似地，關於當前河道內形成的低矮淺灘，伴隨著河牀沖刷強度的逐漸下移，可能沖刷消失。初步推斷，下荊江急彎河道的「凸沖凹淤」更可能是全斷面沖刷的一個中間過程，下荊江沖刷發展為穩定分汊河型的可能性較小。

4 結 論

(1)三峽水庫蓄水前，下荊江急彎段凸岸灘體淤積的現象客觀存在，1987—2002年間調關—萊家鋪彎道灘體淤積泥沙量約815.0萬m3，反咀—觀音洲灘體淤積泥沙約1 500萬m3；三峽水庫蓄水後，急彎段凸岸灘體沖刷，2003—2006年調關—萊家鋪彎道灘體沖刷438.0萬m3，反咀—觀音洲彎道灘體沖刷720.0萬m3。尤其是彎頂段，「凸沖凹淤」的現象普遍，部分彎道附近主泓偏離凹岸，向凸岸擺動，主流流路取直。

(2)下荊江急彎段「凸沖凹淤」平面形態的響應特徵突出地表現為凸岸邊灘的沖退和近凹岸側河槽內淤積形成(或切割出)水下潛洲，其橫斷面形態方面的響應沿河寬方向主要表現為灘、槽的寬度比明顯減小，沿水深方向主要表現灘、槽高程的變化差異，斷面寬深比平灘河槽減小、枯水河槽增大。「凸沖凹淤」使得急彎段枯水河槽寬淺化發展與荊江河段總體窄深化的規律不一致。

(3)三峽水庫蓄水後，流量年內過程重分配、來沙量及組成突變是下荊江急彎段「凸沖凹淤」的決定性因素。一方面流量年內過程分配規律發生變化，中水(6 000～25 000 m3/s)、枯水(<6 000="">3/s)兩級流量持續時間的比例由2.1增大至4.7，使得凸岸、凹岸位於主流區的歷時不均勻性增強，凸岸邊灘沖刷動力條件顯著增大；另一方面，凸岸、凹岸恢復性淤積物來源發生變化，細顆粒泥沙大幅度減少，凸岸邊灘淤積恢復程度極低，粗顆粒基本恢復滿足了主河槽內的淤積物來源。

回顧筆者此前關於三峽水庫蓄水後，上荊江河段以及城陵磯以下廣泛分佈的分汊河道演變機理及趨勢的研究，發現荊江河段沖刷劇烈，上荊江分汊段普遍出現支汊沖刷發展的現象，不同於原多家研究機構預測的汊道「塞支強幹」，下荊江急彎段明顯地「凸沖凹淤」，顯著區別於彎道一般性的沖淤規律。這些突變性現象產生一系列連鎖效應，如上荊江汊道段不得不實施多個(期)分汊段的航道整治工程，限制支汊的過度發展，維持主汊通航條件的穩定；下荊江「凸沖凹淤」會帶來彎道頂沖點的下移，崩岸範圍下延，影響防洪安全，同時原主河槽的淤積也會對通航造成不利影響，需儘快開展急彎段河勢控制工程的相關研究。

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*The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China(No.51579186).

Fluvial processes of meandering channels in the Lower Jingjiang River reach after the impoundment of Three Gorges Reservior*

ZHU Lingling, XU Quanxi, XIONG Ming

(Bureau of Hydrology, Changjiang Water Resources Commission, Wuhan 430010, China)

Abstract：The sediment discharge has been reduced sharply since the operation of Three Gorges Project in 2003, leading to the severe erosion of Lower Jingjiang Reach (LJR), a representative meandering channel located in the middle of Yangtze River. Some sharp bends in LJR are unusually undergoing convex bank erosion and concave bank deposition resulting in submerged shoal, which are contrary to the basic fundamentals of curved riverbed evolution. These abnormal riverbed deformations induce changes in flood control, waterway condition and the relationship between Yangtze River and Dongting Lake, and indeed the corresponding mechanism needs to be investigated. In the paper, based on a number of field data, the characteristics of riverbed evolution and channel morphology adjustments are fully demonstrated by quantitative statistics of erosion-deposition distribution and channel morphology for selected curved reaches. The results indicate that the annual redistribution of flow, the reduction of sediment discharge and mutation of sediment gradation are the dominant causes.

Key words：meandering channel; convex bank erosion & concave bank deposition; intermediate flow duration; the Three Gorges Reservoir

DOI：10.14042/j.cnki.32.1309.2017.02.004

收稿日期：2016-03-29;

網路出版：時間：2017-02-21

網路出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1309.P.20170221.1127.008.html

基金項目：水利部公益性行業科研專項經費資助項目(201401021);國家自然科學基金資助項目(51579186)

作者簡介：朱玲玲(1984—),女,江西鄱陽人,高級工程師,博士,主要從事河道演變及數值模擬方面研究。 E-mail:[email protected]

中圖分類號：TV143

文獻標誌碼：A

文章編號：1001-6791(2017)02-0193-10

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