(長江科學(xué)院 水利部江湖治理與防洪重點實驗室，湖北 武漢 430010)

長江中下游崩岸治理與河道整治技術(shù)

盧金友朱勇輝岳紅艷黃莉劉亞楊光榮

(長江科學(xué)院水利部江湖治理與防洪重點實驗室，湖北武漢430010)

長江中下游干流河道河岸抗沖性較差，水流沖刷力強，河床沖淤變化頻繁，崩岸險情時有發(fā)生，河道治理對促進沿江地區(qū)經(jīng)濟社會的快速、健康、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。簡要分析了近年來特別是三峽水庫蓄水以來長江中下游水沙變化與河道演變特性，分析了中下游河道崩岸與護岸工程現(xiàn)狀、現(xiàn)有護岸工程存在的主要問題，闡釋了河道崩岸的影響因素與發(fā)生機理，揭示了不同類型護岸工程的破壞機理，簡要介紹了河道岸坡穩(wěn)定性評估方法及其應(yīng)用，總結(jié)了長江中下游的崩岸治理與河道整治技術(shù)，最后通過典型實例介紹了崩岸治理與河道整治技術(shù)在長江中下游的應(yīng)用與實踐。

崩岸；河勢控制；河道整治；護岸工程；長江中下游

1 水沙變化與河道演變

1.1 近期水沙變化

三峽水庫于2003年6月開始蓄水，至2009年全部建成，并自2010年起連續(xù)7 a成功蓄水至175 m，實現(xiàn)防洪、發(fā)電、航運及補水等綜合目標(biāo)。由于水庫的調(diào)蓄作用，三峽工程運用至今壩下游水沙條件及河道已發(fā)生了一系列變化。統(tǒng)計三峽水庫運用前后宜昌站多年月均來流過程(圖1(a))，7～8月為水庫攔峰階段，9～11月為水庫蓄水階段，下泄流量均減少，其中10月份減少幅度最大；1～3月為水庫對下游河道的主要補水期，下游河道枯期來流得到較明顯補給，宜昌站年內(nèi)最枯流量多年持續(xù)增加。就各特征流量級而言，蓄水后宜昌站大于20 000 m3/s的中大水和小于5 000 m3/s的枯水出現(xiàn)頻率均減小，5 000～20 000 m3/s的中水出現(xiàn)頻率增加(圖1(b))。水庫削峰增枯的直接結(jié)果是使蓄水后壩下游的流量過程變幅減小、趨于平緩。

圖1 三峽水庫運用前后宜昌站流量過程變化

三峽水庫蓄水后，大部分粗顆粒泥沙被攔截在庫內(nèi)，出庫泥沙(宜昌站)粒徑明顯偏細；而下游沙市至大通站懸沙中值粒徑顯著增大，其中尤以監(jiān)利站最為明顯，2003～2014年中值粒徑由蓄水前的0.009 mm變粗為 0.035 mm，至2014年其中值粒徑進一步變粗為 0.097 mm，該現(xiàn)象表明粗顆粒泥沙得到了沿程恢復(fù)(表1)。

表1 三峽水庫壩下游主要控制站中值粒徑變化對比 mm

1.2 河道演變特性

長江中下游干流河道上起宜昌，下迄長江河口，全長1 893 km，流經(jīng)廣闊的沖積平原，河岸抗沖性較差，加之水流沖刷力強，河床沖淤變化劇烈頻繁，崩岸險情時有發(fā)生[1]。

經(jīng)多年岸線守護及河道治理，目前長江中下游整體河勢基本穩(wěn)定。三峽工程運用以來，長江中下游河道沿程因邊界條件及河型各異，表現(xiàn)出不同的演變特點：①宜昌至楊家腦段岸坡穩(wěn)定，河床演變主要表現(xiàn)為河床沖刷、洲灘萎縮和水位下降；②楊家腦至城陵磯段部分展寬段主流擺動幅度增大，未守護洲灘沖蝕、崩退，曲率較大彎道段多發(fā)生主流撇彎現(xiàn)象(如下荊江調(diào)關(guān)彎道、七弓嶺彎道、觀音洲彎道等)；③城陵磯至武漢段沿江節(jié)點眾多，長順直放寬段主流不穩(wěn)、汊道段江心洲頭部低灘沖刷萎縮是其近期主要演變特點；④武漢至安慶河段多處受一岸或兩岸山體控制，整體河勢基本穩(wěn)定，在多汊且汊道內(nèi)存在穩(wěn)定性較差江心灘的河段內(nèi)，江心灘沖淤變化頻繁，汊道格局隨之發(fā)生劇烈變化。安慶以下河道總體趨于沖刷，灘體穩(wěn)定性總體較差，局部河勢仍處于調(diào)整之中。

長江中下游各河段中，荊江河段由于緊鄰三峽工程，目前受水庫蓄水影響最為明顯、河床沖淤調(diào)整最為劇烈[2]。荊江河段為典型的彎曲河型，河床沖淤分布特征與河道主流走向息息相關(guān)。通常主流貼岸的地方崩岸多發(fā)。三峽水庫蓄水后，枯水流量持續(xù)時間縮短，使得主流緊貼彎道凹岸的機會大為減少，從而造成了彎道凹岸淤積的現(xiàn)象；同時，中水流量持續(xù)時間延長、主流頂沖彎頂下游的機會增加，使得彎頂下游近岸河床沖刷加劇，部分河段岸坡變陡，崩岸頻度增加與強度增大。

1.3 河道演變趨勢

隨著長江上游溪洛渡、向家壩等干支流控制性水庫的陸續(xù)建成和投入運用，三峽水庫入、出庫泥沙均大幅減少，出庫泥沙級配變細，導(dǎo)致壩下游河床發(fā)生劇烈沖刷。數(shù)學(xué)模型計算結(jié)果表明，上游水庫聯(lián)合運用40 a末，長江干流宜昌至大通河段懸移質(zhì)累計總沖刷量為 38.35億m3，其中宜昌至城陵磯河段沖刷量為 20.41億m3，城陵磯至大通段為17.94億m3。由于宜昌至大通段跨越不同地貌單元，河床組成各異，各分河段在水庫聯(lián)合運用后出現(xiàn)不同程度的沖淤變化。

根據(jù)數(shù)學(xué)模型計算和實體模型試驗成果，水庫聯(lián)合運用后長江中下游仍將發(fā)生長時期、長距離的沖刷。上游水庫聯(lián)合運用10 a末，荊江河段總體河勢與近期基本一致，隨著工程運行年限的延長，河床沿程呈逐步整體沖刷下切的趨勢，深槽有所沖刷拓寬，河勢調(diào)整主要表現(xiàn)為過渡段主流平面擺動較大，局部段江心洲灘及汊道段變化較為劇烈，彎道頂沖點有所調(diào)整，部分彎道撇彎切灘現(xiàn)象有所放緩。上游水庫聯(lián)合運用40 a末，城陵磯至武漢河段，單一段將繼續(xù)保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，分汊段主流隨著來水來沙條件的變化而左右擺動，深槽上提下移，洲灘分割合并，灘槽沖淤交替；武漢至湖口河段，團風(fēng)段為多汊河道，洲灘沖淤變化較大，如不加以控制，右汊有可能進一步發(fā)展，龍坪河段江心洲左汊繼續(xù)衰退，九江河段人民洲左汊也處于緩慢淤積趨勢；湖口以下河段沖刷歷時更長，近期河勢不會發(fā)生重大調(diào)整，多分汊型河段受上游河勢及來水來沙變化影響，將繼續(xù)呈主流易于擺動、主支汊呈周期性易位、灘槽移動頻繁的演變特點。

2 崩岸與護岸工程現(xiàn)狀

2.1 崩岸情況

長江中下游干流河道為沖積平原河流，河岸抗沖性較差，加之水流沖刷力強，河床沖淤變化劇烈頻繁，崩岸險情時有發(fā)生[3]。由于河道自然調(diào)整和三峽及其上游干支流水庫運用對來水來沙條件的改變，長江中下游河道將經(jīng)受長時間、長距離的沖淤變化。近年來局部河段的河勢調(diào)整有所加劇，新的崩岸險情頻繁發(fā)生，特別在中游沙市河段、公安河段、石首河段、監(jiān)利河段、七弓嶺彎道段、下游九江河段、官洲河段、嘶馬河段等都出現(xiàn)過十分嚴(yán)重的崩岸險情。部分已治理守護岸段又發(fā)生新的崩岸險情。這些險情不僅威脅著長江中下游防洪、航運、供水安全和河勢穩(wěn)定，也給沿江基礎(chǔ)設(shè)施布局特別是長江經(jīng)濟帶建設(shè)帶來嚴(yán)重影響。

據(jù)不完全統(tǒng)計，2003～2015年長江中下游干流河道共發(fā)生崩岸825處，累計崩岸長度約643.6 km[4]。受河道水位變化、岸坡形態(tài)與河岸組成、近岸河床沖刷、護岸工程等因素的影響，河道崩岸特征主要表現(xiàn)為弧形窩崩、條形倒崩、坡面滑挫和枯水平臺塌陷等形式。

2.2 護岸工程現(xiàn)狀及存在的主要問題

2.2.1 護岸工程現(xiàn)狀

新中國成立后，國家高度重視長江中下游干流的河道治理工作。20世紀(jì)50、60年代主要是圍繞重點堤防和重要城市的防洪要求而開展護岸工程建設(shè)；60年代后期至70年代，逐步進行了重點河段的河勢控制工程，例如在下荊江河道實施了系統(tǒng)裁彎工程，在下游分汊河道實施了部分堵汊工程；80年代以后主要進行了部分重點河段(如界牌、馬鞍山、南京、鎮(zhèn)揚等河段)的治理；據(jù)不完全統(tǒng)計，至1998年前，長江中下游累計完成護岸長度1 189 km。1998年大洪水后，中央政府投巨資進行防洪工程建設(shè)，長江水利委員會組織實施了長江重要堤防隱蔽工程，在全面加高加固中下游干流堤防的同時，對直接危及干流重要堤防安全的崩岸段和少數(shù)河勢變化劇烈的河段進行了治理，累計護岸總長436 km。2003年三峽水庫蓄水運用后，為保障防洪安全，維護河勢穩(wěn)定，2003～2013年中下游干流河道完成治理長度約594 km。此外，為充分發(fā)揮長江中下游“黃金水道”的航運功能，自20世紀(jì)90年代以來，交通運輸部持續(xù)開展了中下游航道整治工作，重點對礙航水道崩岸段及洲灘進行了守護。這些治理工程的實施，使長江中下游干流河道得到一定程度的控制，總體上河勢向穩(wěn)定方向發(fā)展，但河勢穩(wěn)定程度仍不能完全適應(yīng)沿江經(jīng)濟快速發(fā)展的需求，有些河段的河勢變化仍然較為劇烈[5]。

2.2.2 存在的主要問題

河道護岸工程實施后，并非一勞永逸。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查與資料分析可知，長江中下游河道護岸工程存在的主要問題表現(xiàn)在4個方面：① 護岸工程的耐久性；② 較大沖刷幅度條件下現(xiàn)有護岸工程的穩(wěn)定性；③ 部分地段護岸工程本身質(zhì)量；④ 護岸段崩岸風(fēng)險的控制。

3 崩岸機理及防治措施

3.1 崩岸的影響因素分析

從宏觀來說，影響河道崩岸的因素包括自然因素和人為因素。長江中下游干流河道為沖積平原河流，是水流與河床相互作用的產(chǎn)物，在河道平面變形的崩岸區(qū)內(nèi)，水流的動力作用使近岸河床和河岸泥沙發(fā)生起動、揚動、輸移，而河床邊界條件決定了近岸河床抗沖性及約束水流的固有特性[3]。

3.1.1 水流動力條件

(1) 縱向水流作用。河道的縱向水流決定著河流的縱向輸沙和河道整體變形的強度。根據(jù)長江中下游河道不同河段表面或垂線平均流速分布資料可知，河道平灘以下河槽岸坡的流速一般在高洪水期大于中低水期，主流貼岸段及分汊河道的匯流區(qū)主流側(cè)岸段流速大于主流遠離的岸段及分汊河道放寬段，沖刷能力與水流輸沙能力均較強，由此造成的崩岸強度與規(guī)模也較大。

(2) 環(huán)流作用。環(huán)流對河道崩岸的影響也是一個重要因素?！熬徘啬c”的下荊江是長江中下游河道中崩岸最為嚴(yán)重的河段之一。環(huán)流與縱向水流一起形成的螺旋流，使彎道凹岸河床發(fā)生沖刷，螺旋流底部旋度較大，有利于底部泥沙的橫向輸移，同時，環(huán)流改變懸移質(zhì)泥沙的輸移規(guī)律，導(dǎo)致橫向輸沙不平衡，有利于將凹岸的泥沙更多輸送到斜對岸，進而影響河彎發(fā)育及演變，所以彎道環(huán)流對下荊江蜿蜒型河道演變及崩岸具有顯著作用。在城陵磯以下的中下游分汊河道，除了彎曲過度的鵝頭形支汊以外，環(huán)流對河道崩岸的直接影響相對較小，但環(huán)流在泥沙輸移與局部河床地貌形態(tài)塑造中的作用不可忽視，而且縱向水流與環(huán)流共同作用下的河道床面形態(tài)的演變會影響河岸穩(wěn)定。

(3) 回流作用?；亓魇窃谝欢ㄟ吔鐥l件下產(chǎn)生的一種次生流。通?；亓鞯淖饔镁哂卸匦?，當(dāng)縱向水流達到一定強度時，回流能使近岸床面泥沙起動、懸浮，通過與縱向水流的摻混交換，對江岸產(chǎn)生一定的淘刷作用，造成崩岸，從而使已形成的崩窩尺度增大；相反，當(dāng)縱向水流較弱時，就可能在邊界突出的下游近岸部位形成淤積，也可能在已形成的崩窩內(nèi)產(chǎn)生淤積。

(4) 波浪作用。波浪對岸坡的沖擊作用常發(fā)生在風(fēng)吹程較大的岸段或岸灘，其作用是間歇性的，在汛期流量大河面寬遇臺風(fēng)時可能對崩岸產(chǎn)生一定的影響；在枯水期船行波也可能會有一定影響。波浪作用僅在水體表面對岸灘沖擊作用較大，一般只引發(fā)洗崩。

3.1.2 河床邊界條件

(1) 河彎曲率。河彎曲率是河道平面形態(tài)的重要指標(biāo)。對河道崩岸來說，河彎曲率約束縱向水流作用的方向，曲率越大，水流對河岸的頂沖角也越大，水流近岸貼流的岸線越長，相應(yīng)環(huán)流也較強，因而在河床邊界條件中河彎曲率對崩岸的影響是非常顯著的。

(2) 河床組成。 河床泥沙指枯水位以下河槽部分的床沙。河床泥沙組成包括少部分推移質(zhì)，而主要由懸移質(zhì)中床沙質(zhì)堆積組成，集中體現(xiàn)了在水流作用下泥沙運動的特性，是直接反映泥沙運動狀態(tài)的因素。河道平面變形的強度很大程度上取決于泥沙輸移和河床沖淤的強度。

(3) 河岸組成。 在二元結(jié)構(gòu)組成的河岸中，上層河漫灘相沉積的細顆粒泥沙，是在懸移質(zhì)床沙質(zhì)堆積的基礎(chǔ)上屬于沖瀉質(zhì)部分的堆積。河漫灘黏性土層的厚薄表達河岸抗沖性的程度。一般來說，黏性土層厚度愈大，河岸抗沖性愈強，崩坍后的土體對原河床掩護并隔開水流沖刷的時間愈長，崩岸速率會相對較弱。下層沙質(zhì)(或粉沙質(zhì))河岸屬懸移質(zhì)中床沙質(zhì)堆積，是河岸泥沙發(fā)生沖淤的主體，實際上與上述河床泥沙密不可分。只有在這部分河床受到?jīng)_刷、岸坡變陡后上部河岸才會坍塌，其厚度相對于上層黏性土愈厚，則愈易引發(fā)崩岸。

(4) 灘槽高差。 這一因素既是在水流動力作用下河道平面變形過程中形成的反映岸坡特征的橫斷面形態(tài)，同時又是影響岸坡穩(wěn)定性并產(chǎn)生崩岸的因素。顯然，灘槽高差愈大，岸坡愈不穩(wěn)定，愈易引發(fā)崩岸。

(5) 河岸地下水活動。 包括河岸地下水的來源和河道內(nèi)水位降落幅度和速率的影響。它是通過岸坡土體力學(xué)作用反映對岸坡穩(wěn)定的影響。這類崩岸有時也與水流前期沖刷有關(guān)，表現(xiàn)為汛期沖刷坡腳后，在汛后至枯水期較易引發(fā)岸坡失去穩(wěn)定而產(chǎn)生崩岸。

3.1.3 人為因素

對長江中下游河道崩岸有直接影響的人為因素主要包括上游建庫后清水下泄引起河道沖刷加劇、近岸河床采砂、已建和正在興建的突出建筑物對水流產(chǎn)生復(fù)雜流態(tài)，以及在近岸江灘上附加荷載等。通常上游建庫后，受水庫蓄水?dāng)r沙的影響，進入壩下游河道的泥沙會明顯減少，河床特別是近岸河床沖刷加劇，容易引發(fā)崩岸險情。河床近岸受到水流沖刷而產(chǎn)生崩岸，如在這一部位采砂將更易誘發(fā)崩岸的發(fā)生；由于近岸部位泥沙顆粒較粗，受經(jīng)濟利益驅(qū)使，常發(fā)生非法采砂現(xiàn)象，經(jīng)常造成嚴(yán)重崩岸。已建的丁壩、磯頭和突出的碼頭等產(chǎn)生的局部水流結(jié)構(gòu)，不僅可能對建筑物本身構(gòu)成損壞甚至破壞，而且可能造成上、下游崩岸。在涉水工程施工過程中或工程運行中，近岸江灘突加荷載，包括岸灘附近臨時倉庫堆積貨物，以及臨時采集的江砂、臨時堆放的棄土等荷載，加之岸邊、岸上打樁震動，也容易引發(fā)滑坡崩岸。

3.2 崩岸發(fā)生機理

崩岸是在重力與水流切應(yīng)力雙重作用下發(fā)生的。長江中下游河道的河岸組成基本上為二元結(jié)構(gòu)。上層黏性土層是懸移質(zhì)中的細顆粒泥沙(大多數(shù)情況屬于粉質(zhì)壤土)，具有一定的抗沖性，下層是沉積物中由松散顆粒中細沙組成的河床相，抗沖性較弱。黏性土層在長江水流條件下很難被沖動，而下層粉細砂則非常容易達到起動狀態(tài)，并隨水流發(fā)生輸移。因此上層黏性土層在崩岸過程中一般不是直接受水流沖刷變形，而是由于下層河床相中的細沙受沖刷后，岸坡變陡失去穩(wěn)定而滑入水中。崩坍土體在滑動中形成剪切面，往往使黏性土層分裂成大小不等的塊體，與滑動體的其他部分一起滑至崩窩的坡腳處。

3.3 不同類型護岸工程的破壞機理

多年來，長江科學(xué)院通過水槽試驗與理論研究，并結(jié)合護岸工程實踐經(jīng)驗，研究了不同類型護岸工程的破壞機理。以下以近年針對不同類型水下護腳工程破壞機理開展的研究為例簡單介紹[5-6]。

3.3.1 研究內(nèi)容和試驗條件

(1) 研究內(nèi)容。針對比較有代表性的6種護岸型式(粗顆粒拋石、細顆粒拋石、四面六邊體、混凝土鉸鏈排、網(wǎng)模卵石排和鋼筋混凝土網(wǎng)架促淤沉箱)，利用概化水槽試驗，通過比較有、無護岸工程條件下近岸水流結(jié)構(gòu)特點和河岸變形情況，在相同漲、落水條件下對上述6種護岸工程的調(diào)整變化過程與易遭受破壞的部位進行研究，分析不同護岸工程可能出險的內(nèi)在病理。

試驗條件：流量分別為 0.112，0.31 m3/s和 0.45 m3/s，模型水深設(shè)計為 0.3～0.45 m (相當(dāng)于原型12～18 m)，模型斷面平均流速不大于 0.395 m/s(相當(dāng)于原型 2.5 m/s)。試驗工況詳見表2。

3.3.2 主要試驗成果

(1) 不同典型護岸工程在漲、落水過程中的崩塌過程主要表現(xiàn)為：水下坡腳附近局部河床沖刷→局部河岸變陡→坡面護岸工程隨河岸變形發(fā)生調(diào)整變化→漲水期局部滑塌→落水期坡面和護岸工程崩塌加劇。除混凝土鉸鏈排外，其它護岸工程的調(diào)整和破壞方式相似，先是坡腳沖刷破壞，其次是坡面中上部單元體下滑，出現(xiàn)空白段后引發(fā)沖刷調(diào)整，岸坡變陡后出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象(圖2)。混凝土鉸鏈排的破壞主要表現(xiàn)為排體頭部、尾部和前沿受水流沖刷后引起排體懸空或被掀起，從而導(dǎo)致混凝土塊之間的鉸鏈斷裂或混凝土塊被擠碎，最后排體護岸失效(圖3)。

表2 試驗工況匯總

圖2 粗顆粒雙層拋石均勻護岸試驗照片

圖3 混凝土鉸鏈排護岸試驗照片

(2) 無論有無護岸工程，流量越大，垂線平均流速越大，各向相應(yīng)的垂線平均紊動強度越大。護岸工程實施后，坡腳附近垂線平均流速較護岸前都有不同程度地增大。相同各級流量條件下，護岸后近岸最大垂線平均紊動強度各向都較護岸前有所增大。

(3) 護岸工程實施后河岸阻力發(fā)生調(diào)整，斷面流速沿垂線分布形態(tài)也略有變化；河岸邊界附近水流摻混作用隨護岸工程的實施或流量的增大而加強；工程實施后近岸處橫斷面的紊動動能分布更為密集，整體來看較工程前有所增大。

(4) 各護岸工程的坡腳前沿需加壓塊石護腳以適應(yīng)近岸河床的沖深調(diào)整，對混凝土鉸鏈排排體的加固工程，在護岸工程上下游兩側(cè)需以裹頭加以防護，以保持護岸工程的整體穩(wěn)定。

(5) 總體來看，拋石護岸適應(yīng)河床變形的能力最強，整體性較弱，鋼筋混凝土鉸鏈排整體性較強，但在適應(yīng)河床變形方面存在不足，鋼筋混凝土網(wǎng)架促淤沉箱、網(wǎng)模卵石排和透水四面體的整體性與抗沖性依次介于鋼筋混凝土鉸鏈排和拋石之間。

3.4 河道岸坡穩(wěn)定性評估

自2006年開始，長江科學(xué)院與荊州長江河道管理局合作開展荊江河道年度監(jiān)測與分析研究，初步提出了河道岸坡穩(wěn)定性評估方法，并應(yīng)用于荊江河段的河勢監(jiān)測分析和河道安全管理，為中下游崩岸防治和河道治理規(guī)劃提供了技術(shù)支持[7]。

3.4.1 評估分類技術(shù)指標(biāo)

基于長江中下游河道特點、崩岸機理與岸坡穩(wěn)定性影響分析，河道岸坡穩(wěn)定性評估考慮的主要因素包括：近岸河床的沖淤變化，有無護岸工程及工程質(zhì)量、守護范圍和運行年限，近岸河床的水下坡度變化，岸坡的地質(zhì)條件，來水來沙條件等。具體先按各因素對河道岸坡穩(wěn)定的影響程度賦分，再按加權(quán)平均法計算河岸線穩(wěn)定性綜合評估分值，最后按綜合評估分值的區(qū)間范圍劃分岸坡穩(wěn)定風(fēng)險等級。參考河道行洪安全管理慣例和氣象預(yù)報提示慣例，將岸坡穩(wěn)定風(fēng)險評估分為4個等級：一般、二級設(shè)防、一級設(shè)防和警戒，對應(yīng)提示分別為：綠色、藍色、橙色預(yù)警和紅色預(yù)警岸段。

3.4.2 應(yīng)用案例

利用荊江監(jiān)測岸段的地形觀測資料及其他有關(guān)資料開展分析，以2015年12月31日為評估時點，針對分類等級特征條款賦分標(biāo)準(zhǔn)，計算其綜合評估分值，獲得2015年度荊江監(jiān)測岸段的穩(wěn)定等級。

上荊江72 km監(jiān)測岸段中，一般岸段(綠色)、二級設(shè)防岸段(藍色)、一級設(shè)防岸段(橙色預(yù)警)和警戒岸段(紅色預(yù)警)分別長 28.39，33.32，8.39 km和 1.9 km，分別占總長的 39.4%，46.3%，11.7%和2.6%。下荊江82 km監(jiān)測岸段中，一般岸段(綠色)、二級設(shè)防岸段(藍色)、一級設(shè)防岸段(橙色預(yù)警)和警戒岸段(紅色預(yù)警)分別長29.2，31.805，14.295 km和 6.7 km，分別占總長的 35.6%，38.8%，17.4%和 8.2%。

總之，在荊江154 km的監(jiān)測岸線中，一般岸段(綠色)長57.59 km、二級設(shè)防岸段(藍色)長65.125 km、一級設(shè)防岸段(橙色預(yù)警)長22.685 km、警戒岸段(紅色預(yù)警)長 8.6 km，分別占監(jiān)測岸線總長的37.4%，42.3%，14.7%和5.6%。從分析結(jié)果來看，上荊江的河岸穩(wěn)定性相對好于下荊江。

4 崩岸治理技術(shù)與河道整治

4.1 崩岸治理技術(shù)與實踐

長江中下游河道兩岸邊界條件大多為沖積平原二元結(jié)構(gòu)，在承接上游巨大來水量的情況下，水流與河床相互作用，河道演變十分復(fù)雜，河道崩岸頻繁。崩岸治理是中下游河道治理的一項基本任務(wù)。近60多年來，經(jīng)過不斷探索與發(fā)展，中下游護岸工程技術(shù)在實踐中積累了較豐富的經(jīng)驗[8]，也取得了一些技術(shù)性突破。在工程型式上，由傳統(tǒng)的守點工程，包括磯頭、丁壩，改進為平順型護岸，并形成規(guī)范性文件《長江中下游平順護岸工程設(shè)計技術(shù)要求(試行)》(2000年)和《長江中下游護岸工程技術(shù)要求(試行)》(2003年)，逐步在工程實踐中廣泛采用。在護岸材料上，20世紀(jì)50年代至70年代，采用拋石、沉柴排、柴枕；到80年代至90年代開始采用混凝土鉸鏈排、塑護軟體排、枕和模袋混凝土等新材料，如1984～1985年，在武漢河段天興洲右緣實施了鉸鏈混凝土沉排護岸工程；模袋混凝土護岸較早應(yīng)用于江西九江彭澤縣馬湖堤段，隨后在九江縣永安堤、江新洲堤，上荊江文村夾等先后實施；1996年，在九江長江益公堤東升段采用了四面六邊透水框架；20世紀(jì)90年代末，在下荊江湖南段的迎流頂沖段實施了混凝土異形塊和鋼絲石籠護岸；20世紀(jì)90年代初開始，系接壓載軟體排在長江中下游航道整治工程中有所應(yīng)用；2011年寬縫加筋生態(tài)混凝土護坡技術(shù)應(yīng)用于湖北省監(jiān)利縣楊嶺子和觀音洲段(圖4)[9]；2015年網(wǎng)模卵石排護腳工程技術(shù)應(yīng)用于湖南七弓嶺彎道段(圖5)。[8]同時，對護岸工程的破壞機理護岸效果和施工方法進行了大量的試驗研究，揭示了不同類型護岸的破壞機理。

圖4 寬縫加鋼筋生態(tài)混凝土護坡楊嶺子工程段

圖5 網(wǎng)模卵石排水下護腳工程水下攝像截圖

通過60余年長江中下游干流河道崩岸治理的實踐，無論是護岸工程的規(guī)劃、研究、設(shè)計及施工，還是運行管理等方面均取得了豐碩成果，積累了豐富經(jīng)驗。

4.2 河道整治技術(shù)

4.2.1 河道綜合整治技術(shù)的歸類與概述

(1) 不同河型河道的河勢控制技術(shù)。長江中下游河道主要有順直、蜿蜒和分汊等不同河型，并呈現(xiàn)出不同的演變規(guī)律，因此河勢控制也有所不同。

順直型河道主要通過工程措施控制適宜河寬與灘槽格局，達到穩(wěn)定或調(diào)整河勢的目的。蜿蜒型河道要通過治導(dǎo)線的布置及工程措施控制適宜河寬、河長及彎曲半徑，并控制河長與彎曲半徑的比值在合理范圍內(nèi)。分汊型河道要通過治導(dǎo)線的布置及節(jié)點、江心洲與岸線控制等工程措施控制適宜河寬、河長、弦長及彎曲半徑，使其朝有利河勢方向發(fā)展。

總體而言，工程的布置應(yīng)以防洪規(guī)劃、河道治理規(guī)劃等流域或河道規(guī)劃為依據(jù)，處理好上下游、左右岸的關(guān)系，首先考慮抑制河勢惡化和保護堤防工程安全，先重點后一般，遠近結(jié)合，分期實施。

三峽水庫蓄水運用以后，受水庫攔蓄影響，壩下游來水來沙條件發(fā)生明顯變化，不同類型河道河床演變隨之發(fā)生相應(yīng)調(diào)整，河勢控制工程要綜合考慮防洪安全、河勢穩(wěn)定、航道安全等因素確定。

(2) 重點河段河道綜合整治技術(shù)。隨著國家社會經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，河道整治越來越追求綜合利用，已經(jīng)從單一的整治轉(zhuǎn)向包括防洪、河勢控制、航道、水資源、水環(huán)境、邊灘及岸線利用等多目標(biāo)在內(nèi)的綜合整治。根據(jù)整治的目標(biāo)和任務(wù)，長江中下游河道綜合整治主要分為以防洪和航道為主的綜合整治、以防洪和邊灘環(huán)境綜合治理為主的綜合整治以及以河勢控制、航道和岸線利用為主的綜合整治等不同類型。

圖6 下荊江河段2003年以來已實施和已審批工程總平面布置

4.2.2 河勢控制工程應(yīng)用與實踐

長江自20世紀(jì)50年代以來就開始實施河勢控制工程，但由于資金等問題，工程進展緩慢。1998年大洪水后，國家加強了對長江中下游堤防的建設(shè)，如1999～2002年實施了馬鞍山一期整治工程，1998年以來實施了南京新濟洲河段第二階段整治工程、下荊江重要堤防隱蔽工程等，特別是三峽水庫蓄水運用以后，河勢控制工程的實施進度進一步加快，如2005年以來實施了一系列下荊江河勢控制應(yīng)急工程，發(fā)揮了巨大的社會和經(jīng)濟效益。以下荊江為例，在自1983年以來的30余年間，下荊江河勢控制工程完成護岸長度140余km(2003年以來的工程布置見圖6)，完成了3處拓卡與削磯，主動調(diào)整了兩處彎道河勢，維持了有利河勢、抑制了不利河勢，保障了堤防與防洪安全，并為航道穩(wěn)定與整治創(chuàng)造了有利條件[10-11]。

4.2.3 河道綜合整治技術(shù)應(yīng)用與實踐

長江中下游于20世紀(jì)80年代開始了較全面的重點河段治理，實施了以中游界牌河段、武漢河段龍王廟險段、武漢河段漢口江灘，下游南京河段、澄通河段和鎮(zhèn)揚河段等為代表的一系列重點河段綜合整治工程，達到了預(yù)期的工程效果。下面以界牌、武漢龍王廟和鎮(zhèn)揚河段為例作簡要介紹。

圖7 界牌河段實施的枯水雙槽河道整治方案

(1) 界牌河段防洪與航運綜合治理工程。進入20世紀(jì)80年代后，界牌河段防洪、航運隱患日趨突出，水利與航道部門聯(lián)合實施了枯水雙槽的河道整治方案(兩岸平面控制+右邊灘的丁壩群守護束窄過渡段的枯水河槽+洲頭守護和封堵洲體串溝控制左、右汊分流)，見圖7。工程實施后，過渡段深泓擺動范圍減小，河勢、岸線得以基本控制；航道條件明顯改善，基本靠自然水深達到設(shè)計航道尺度；新堤夾進流條件不斷改善，其分流比逐步增大(1998年37%，2001年56%)，解決了洪湖市工業(yè)和居民生活用水的清潔水源問題[12]。

圖9 鎮(zhèn)揚河段二期整治工程方案

(2) 武漢龍王廟綜合整治工程。武漢龍王廟位于長江、漢江交匯處的漢口岸，有“武漢防汛第一險段”之稱，歷年都是武漢汛期防守的重中之重。長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司、長江科學(xué)院遵循“擴展口門、改善河勢、出險加固、綜合整治”的整治原則，研究并提出了龍王廟綜合整治方案(圖8)。2000年工程實施后，解決了兩江交匯口防洪安全的問題，解決了迎流頂沖引起的岸腳淘刷問題，穩(wěn)定了兩江交匯段河勢，改善了航運條件，提高了通航標(biāo)準(zhǔn)[13]。

圖8 武漢龍王廟險段綜合整治方案

總體而言，龍王廟綜合整治工程既是一項“御洪工程”，大大地提高了城市堤防的御洪能力；也是一項“社會工程”，工程的實施把防汛險點變成了景點。

(3) 鎮(zhèn)揚河段整治工程。鎮(zhèn)揚河段是長江下游變化最劇烈的河段之一。河段存在河勢不穩(wěn)，岸、灘崩塌現(xiàn)象頻發(fā)，分汊段左、右汊交替發(fā)展，嚴(yán)重影響兩岸經(jīng)濟發(fā)展及航道穩(wěn)定，港池淤積等問題。

自20世紀(jì)70，80年代開始，陸續(xù)對鎮(zhèn)揚河段實施了不同階段的整治工程。特別是鎮(zhèn)揚河段一期、二期整治工程實施后(見圖9)，有效遏制了龍門口、和暢洲洲頭等江岸的劇烈崩坍和六圩彎道等主流的大幅擺動，河勢得以基本控制；改善了防洪、航運條件。和暢洲左汊口門潛壩工程實施后，有效抑制左汊分流比增加的趨勢，分流比由工程前2002年的75.8%減小至2011年的 73.8%?？傮w來看，長江鎮(zhèn)揚河段經(jīng)過多年的護岸和整治工程的實施，其劇烈變化的河勢已得到有效控制，對促進地方經(jīng)濟的發(fā)展起到了積極作用[14]。

5 結(jié) 語

長江中下游河道是沿江社會經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)，但河道流經(jīng)廣闊的沖積平原，河岸抗沖性較差，加之水流沖刷力強，河床沖淤變化劇烈頻繁，崩岸險情時有發(fā)生，嚴(yán)重影響防洪安全、航道暢通以及兩岸涉水工程的正常運行等。而沿江持續(xù)發(fā)展的社會經(jīng)濟及生態(tài)文明建設(shè)對長江中下游河道治理不斷提出新的更高要求，加之人類活動的干擾對河道的水沙運動與演變帶來新的影響，新形勢下的河道治理難度將更大[15]。因此，有必要在總結(jié)長江中下游崩岸治理與河道整治研究、工程應(yīng)用與效果及經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，圍繞國家治水治江新理念、新要求，通過多學(xué)科交叉、多種方法與技術(shù)手段聯(lián)合，研究新時期長江中下游河道治理中的關(guān)鍵技術(shù)問題，充分發(fā)揮科學(xué)技術(shù)在河道治理中的支撐作用。具體如下。

(1) 天然河道斷面形態(tài)、邊界條件及河床河岸組成非常復(fù)雜，崩岸的發(fā)生是多種因素綜合作用的結(jié)果，目前對崩岸進行精確預(yù)測仍存在較大困難，需進一步加強崩岸機理研究及高新技術(shù)在崩岸預(yù)測預(yù)報中的應(yīng)用，逐步建立并完善河道崩岸預(yù)警系統(tǒng)。

(2) 隨著三峽及上游控制性水庫的陸續(xù)運用與水土保持工程的不斷實施，進入長江中下游河道的水沙條件發(fā)生較大改變，中下游河道將遭受長時段、大范圍沖刷，局部河勢會持續(xù)調(diào)整，部分已實施的護岸工程將可能難以適應(yīng)近岸河床的累積性沖刷而威脅到工程安全[16]。因此，一方面需加強河道河勢監(jiān)測，完善河岸穩(wěn)定性評估研究，并對高風(fēng)險岸段及時采取治理措施；另一方面，未來中下游河道整治必須在充分認識并掌握河道特性和演變趨勢的基礎(chǔ)上進行，合理選擇實施時機，更好地達到預(yù)期目標(biāo)[17]。

(3) 生態(tài)文明建設(shè)已上升到國家發(fā)展戰(zhàn)略高度，成為河道整治中重要的考量指標(biāo)，未來長江中下游河道整治需與河流生態(tài)發(fā)展與保護相結(jié)合，進行河道的生態(tài)整治工程實踐。

(4) 河道整治技術(shù)作為較為傳統(tǒng)的工程技術(shù)，還應(yīng)與時俱進，充分吸收飛速發(fā)展的各類先進科技，融合多種思維和創(chuàng)新手段，積極開發(fā)河道治理的新材料、新技術(shù)和新方法，發(fā)揮科學(xué)技術(shù)在新時期長江中下游河道治理中的關(guān)鍵支撐作用。

[1] 余文疇, 盧金友. 長江河道演變與治理[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2005.

[2] 盧金友, 黃悅, 王軍. 三峽工程蓄水運用后水庫泥沙淤積及壩下游河道沖刷分析[J]. 中國工程科學(xué), 2011, 13(7): 129-136.

[3] 余文疇, 盧金友. 長江河道崩岸與護岸[M]. 北京: 中國水利水電出版社, 2008.

[4] 長江水利委員會水文局. 長江中下游河道監(jiān)測頂層設(shè)計[R]. 武漢: 長江水利委員會水文局, 2016.

[5] 姚仕明, 岳紅艷, 何廣水, 等. 長江中游河道崩岸機理與綜合治理技術(shù)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2016.

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[8] 長江科學(xué)院, 長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司, 武漢大學(xué). 長江中下游河道整治研究與實踐[R]. 武漢：長江科學(xué)院, 2016.

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[10] 長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司. 三峽后續(xù)工作長江中下游影響處理河道整治工程2011年度實施項目初步設(shè)計報告(湖南段)[R]. 武漢：長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司,2014.

[11] 長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司. 三峽后續(xù)工作長江中下游影響處理河道整治工程2011年度實施項目初步設(shè)計報告(湖北荊州段)[R]. 武漢：長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司, 2014.

[12] 長江水利委員會, 長江航務(wù)管理局, 湖南省水利水電廳, 湖北省水利廳.長江中游界牌河段防洪護堤、航運綜合治理工程可行性研究報告[R]. 武漢：長江水利委員會,1989.

[13] 長江科學(xué)院. 武漢市龍王廟險段綜合整治河工模型試驗報告[R]. 武漢：長江科學(xué)院,1998.

[14] 長江科學(xué)院, 江蘇省鎮(zhèn)江市水利局, 江蘇省揚州市水利局. 長江鎮(zhèn)揚河段二期整治工程可行性研究報告[R].武漢：長江科學(xué)院, 1998.

[15] 盧金友, 朱勇輝. 三峽水庫下游江湖演變與治理若干問題探討[J]. 長江科學(xué)院院報, 2014,31(2):98-107.

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(編輯：李慧)

2017-09-15

國家重點研發(fā)計劃資助(2016YFC0402305，2017YFC0405306,2016YFC0402309，2016YFC0402310)，國家自然科學(xué)基金重點項目(51339001)，中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費資助項目(CKSF2017041/HL,CKSF2017053/HL)

盧金友，男，長江科學(xué)院院長，教授級高級工程師.

1006-0081(2017)11-0006-09

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