长江中游干流河道崩岸特征与机理研究综述

参考：http://ckyyb.crsri.cn/CN/rich_html/10.11988/ckyyb.20240625

1 长江中游河道基本情况

长江干流从湖北宜昌南津关以下,经湖北、湖南至江西鄱阳湖口为中游,长约955 km(图1),流域面积约68万km2,除宜昌—枝城河段(简称宜枝河段)为山体与硬土质岸坡外,长江中游干流河岸主要为上下层二元结构,其中上层为黏性土层,下层为粉细砂或细砂组成的砂土层。宜枝河段长约60.8 km,河道主要为顺直微弯型,其床沙构成以中粗砂占据主导,河床覆盖层薄且多为沙质,河床岸坡则主要由砂砾岩基岩、砂岩或老黏土共同构成。进一步向下,湖北枝城至洞庭湖入汇口城陵矶为荆江河段,长约347.2 km,以其迂回曲折的“九曲回肠”形态著称,上荆江以江口为界,江口以上为卵石夹沙河床,江口以下为中细沙河床;下荆江河床主要由细沙组成[5],该段的堤防岸坡则以土质和沙质为主。城陵矶—武汉河段(简称城汉河段)长约275 km,整体河段较为顺直,以分汊河型为主。床沙成分以细沙为主,岸坡则以土质岸坡占多数。随后,武汉—湖口河段(简称汉湖河段),长约272 km,河道同样保持顺直,河床主要由细沙和中细沙构成,岸坡则主要由亚黏土和亚砂土组成[6-7]。

2 三峡水库运用以来长江中游河道崩岸特征

根据2016—2022年长江中游崩岸记录[9],得出4个河段崩岸发生位置、时间占比(见表1),可以看出,除城汉河段外,崩岸多发生在左岸,同时在宜枝河段与荆江河段,崩岸多发生在汛期,占比高于汛后退水期,在城汉河段与汉湖河段则相反。

表1 2016—2022年各河段崩岸情况

Table 1 Riverbank collapse conditions in different river sections from 2016 to 2022

河段名称	总崩岸数	崩长/ km	左岸占比/%	左岸占比/%	汛期占比/%	汛后退水期占比/%
宜枝河段	7	1.1	71	29	57	29
荆江河段	60	23.4	54	46	64	34
城汉河段	26	19.2	33	67	41	56
汉湖河段	38	19.4	84	16	39	53

3 长江中游干流河道崩岸主要影响因素及作用机理

根据崩岸的平面形态,把崩岸分为洗崩、条崩、窝崩。洗崩是指局部河岸表层或小范围土体受水流、风浪(或船行波)侵蚀淘刷形成的剥落或流失;条崩为长距离河岸土体的大幅度崩解或塌落;窝崩则是河岸大面积土体的崩塌,崩塌长度和宽度相当,少则数十米,多则上百米,平面上成窝状(半圆形或马蹄形)楔入河岸[3]。长期以来,学者们致力于重建模拟崩岸过程,从早期的物理模拟[15-19]为主,发展至如今的物理模拟和数值模拟相互结合,互为印证。数值模拟分为基于经验方法及基于动力学方法的崩岸过程模拟[20-24]。基于经验方法的崩岸模拟往往经验性较强,应用于其他河段崩岸模拟时适用性有待验证;基于动力学方法的崩岸模拟则具有较强的动力学机制,可用于模拟计算崩岸的发展过程[25],其中河岸稳定性及坡脚侵蚀模型(Bank Stability and Toe Erosion Model,BSTEM)应用较为广泛,国内学者运用其对包括长江、黄河在内多个流域河岸崩塌过程进行了模拟[26-27]。与此同时,崩岸往往是多因素相互作用的结果[28],故上述物理模拟与数值模拟从各个影响因素出发进行研究,根据作用机制角度不同,影响因素分为内部因素和外部因素。外部因素主要为水沙条件,涉及水流纵向冲刷、环流冲刷、水位变动等,同时近岸挖沙、突加荷载、边坡开挖以及植被破坏等人类活动在一定程度内影响崩岸发生;内部因素主要为河道形态、河岸土体性质,其中河道形态包括河弯曲率、滩槽高差、岸坡坡度等。基于现有研究,梳理总结了崩岸主要因素指标,如表2所示,各因素对崩岸的影响示意见图2。下面对各因素具体影响机理进行分析。

表2 长江中游干流河道崩岸主要影响因素及作用机理

Table 2 Main influencing factors and mechanisms of riverbank collapse in middle reach of mainstream Yangtze River

主要影响因素	具体指标	作用机理	典型崩岸实例	引起崩岸阈值
水动力	流速/ (m·s-1)	冲刷侵蚀作用	1980—1984年长江南京河段崩岸	0.9~2	文献 [29]
水动力	流量造床值/ (m3·s-1)2·d	造床作用	1980—1984年长江南京河段崩岸	2×1011	文献 [30]
水动力	水位降幅/ (m·d-1)	渗透压力	2017年8月北门口凸咀下游新崩岸	0.15~ 0.3	文献 [29]
河道形态	滩槽高差/ m	主槽冲刷、滩面升降以及岸坡形态变化	2018年长江扬中河段	20~30	文献 [31]
河道形态	曲率半径与河宽比值	水流顶冲	2011—2013年黄河宁蒙河段塌岸	2~4	文献 [29]
河道形态	河岸坡比	滑动力	1998年长江中游荆江段黄水套	0.18~ 0.5	文献 [31]、文献 [32]
河岸土体	下卧砂土层厚度与上覆黏土层厚度之比	抗冲刷能力	1996年长江下游彭泽马湖堤崩岸	0.7	文献 [33]