王大明，由星莹，2，唐金武，翁朝晖，王　淋



东荆河下游河道防洪治理研究

王大明1，由星莹1，2，唐金武3，翁朝晖1，王淋4

（1．湖北省水利水电规划勘测设计院，武汉430064；2．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉430072；3．长江勘测规划设计研究院，武汉430010；4．湖北省汉江河道管理局，湖北潜江433100）

近年来东荆河下游出现洪水位持续偏高的问题，分析其原因在于：20世纪70年代东荆河治理中仅围挽了联合大垸而并未扩挖深水河槽，后经洲滩民垸持续围垦及淤积，造成杨林尾洪水位偏高。为解决该问题，在深入研究丹江口水库大坝加高后汉江防洪形势以及三峡水库蓄水后长江防洪形势变化情况的基础上，确定了新形势下东荆河下游河道治理标准采用东荆河来流4 250 m3/s，相应汉口水位28．28 m，杨林尾控制水位31．0 m为宜；通过河槽疏挖等工程，有效扩大东荆河下游河道泄洪能力。在拟定的3种治理方案中，采用了二维水流数学模型进行比较，计算成果表明，保持现有堤距，扩挖深水槽的方案1具有投资少、施工易、降低洪水位效果明显的优点，因此将方案1确定为治理推荐方案。

防洪治理；东荆河；防洪形势；联合大垸；河道疏挖

doi：10．11988/ckyyb．20150450

1　东荆河下游洪水位偏高成因分析

东荆河是汉江唯一的自然分流河道，1869年天然溃口形成，流经潜江、仙桃、监利，于洪湖市白斧池村注入长江，全长173 km，汛期分泄汉江干流1/6～1/4的洪峰流量。东荆河下游从中革岭至三合垸，下游腹地是武汉“1+8”城市圈的重要组成部分，在湖北省经济社会发展中占有重要的战略地位。根据以往河道治理及东荆河防洪工程［1-5］中积累的先进思路及经验，东荆河下游河道治理应满足两岸对防洪安全的需求，还要服务于航运、城乡供水、洲滩利用等发展需要。东荆河下游河道形势如图1所示。

“汉江干流综合规划”［6］中规定“东荆河联合大垸扒口条件下行洪4 250 m3/s，在不扒口条件下行洪3 000 m3/s”。然而从2005，2010，2011年防洪实践来看，东荆河分流量分别仅有3 250，2 420，3 010 m3/s，而杨林尾水位分别达到了32．15，31．93，32．39 m。（吴淞冻结高程系统，冻黄差为2．17 m，下同）考虑到2011年水位已接近杨林尾保证水位32．58 m，而联合大垸扒口分洪控制水位31 m时下游泄洪能力在2 200 m3/s以下，与“汉流规”中泄流能力明显不匹配。

图1　东荆河下游河道形势Fig．1　River regime in the downstream of Dongjing river

1．120世纪70年代治理规划实施不到位

东荆河下游最大民垸——联合大垸最早形成于1948年，后曾几度兴废。1974年东荆河泛区围垦灭螺工程中，联合大垸复挽而成，围堤全长46 km，垸内面积56．39 km2，耕地6．5万亩。联合大垸堵塞于东荆河下游之中，把原来5～6 km的堤距缩窄至600 m；而同期规划的深水河槽疏挖工程因挖方量过大，未能实施，致使东荆河下游过洪断面缩减80%，杨林尾水位明显抬高，东荆河下游行洪能力显著降低。

将联合大垸围垦后的1979年实测洪水与围垦前的1968年洪水进行对比（表1），可见，由于联合大院的围垦，同流量下杨林尾水位壅高幅度达0．98 m，水位抬高的影响范围从唐咀上溯至万家坝，长达48 km。

表1　联合大垸围垦前后沿程洪水位变化Table 1　Change of flood water level along river before and after reclamation of united dyke

1．2下游洲滩民垸持续围垦

东荆河下游河道蜿蜒曲折、芦苇丛生、树木密集、民垸众多，行洪条件不佳。1998年后“平垸行洪、退田还湖”规划实施以来，受单退或双退民垸管理限制，东荆河下游民垸维持“大水收、小水丢”粗放种植方式。但因迁出居民长期以农业为生，为耕种方便，近年来返迁居民沿垸堤的高基台建房而居，且在河道洲滩上围垦出多处鱼塘田埂和阻水横堤。敖家洲、熊家洲、晓阳、杨家台、中洲等多处洪障在汛前难以切实刨毁，致使东荆河下游的实际过洪断面严重缩减［5］。

1．3来流冲刷动力减弱，滩地淤积严重

由于近年来天然来流偏小，如汉江干流沙洋站1964—1989年多年平均年径流量为499．5亿m3，而1990—2012年多年平均年径流量仅有417．5亿m3；加之东荆河分流口处拦门沙洲［4］的形成致使枯水期分流比显著下降，水流冲刷动力减弱。从图2可以看出，2013年较2007年联合大垸右支进口宽滩平均淤高2 m以上，直接造成了杨林尾汛期“来流不大，而水位壅高”的局面。进一步分为联合大垸右支、中支、左支、垸尾至长江4段，共布置了65个断面进行冲淤量统计，结果表明2013年较2007年淤积量分别增加为326万，9．3万，538．2万，349．5 万m3；河段平均淤积厚度分别达到0．17，0．15，0．60， 0．06 m。可见，东荆河下游河道近年来呈明显淤积趋势。

图2　东荆河下游横断面变化Fig．2　Change of cross-section in the downstream of Dongjing river

2　东荆河下游河道治理设计标准确定

东荆河是汉江的排洪道，出口又受到长江顶托，因此具有两江洪水特性［7］。由以往规划和研究表明［6，8］，东荆河设计洪水水面线采用以下2种情况的外包线：一是东荆河分流5 000 m3/s，相遇汉口水位28．28 m，相当于上游1964年洪水，出口遭遇长江1931年洪水位；二是东荆河分流3 500 m3/s，相遇汉口水位29．73 m，相当于1954年实际洪水。近年来，随着汉江丹江口水库大坝加高以及长江三峡水库蓄水，东荆河的进、出口处防洪形势随之变化，因此东荆河下游河道的治理标准有必要重新分析。

2．1东荆河现状分流能力

通过分析1983，2003，2005，2010，2011年汉江沙洋站与东荆河潜江站的洪峰流量相应关系（如图3所示），沙洋洪峰流量分别在 5 000，5 000～10 000，10 000～15 000，15 000～20 000 m3/s时，东荆河分流比分别为8．3%～14．8%，14．8%～19．0%，19．0%～21．7%，21．7%～23．3%，可见潜江站与沙洋站各级流量呈正相关关系。同时，1983，2003，2005，2010，2011年5个典型洪水年份的东荆河分流比分别为18．3%～25．4%，14．8%～20．9%，12．6%～22．9%，16．0%～17．8%，14．5%～22．2%。可见，近年来东荆河分流能力未见明显变化，洪水期分流比始终稳定在22%～23%。

图3　沙洋站与潜江站洪峰流量相关图Fig．3　Correlation of peak flows between Shayang station and Qianjiang station

2．2东荆河进口设计分洪流量确定

由于东荆河高水期分流比多年来变化不大，在确定汉江干流设计洪峰流量后，可通过分流比计算东荆河设计分洪流量。

丹江口水库采取补偿调节、分期预留库容及下游杜家台分洪工程、中游民垸分洪配合运用的洪水调度方式。丹江口水库大坝加高后，100 a一遇的洪水时碾盘山泄量可控制在20 000～21 000 m3/s，但由于沙洋河段泄流能力成为瓶颈，仅能下泄18 400～19 400 m3/s时，超额洪量仍需启用中游蓄洪民垸。虽然丹江口水库清水下泄使河道过水面积有所增加，但兴隆水利枢纽的建设又使水位壅高约0．15 m，两者对沙洋控制泄量的影响基本相互抵消。综上所述，按沙洋河段泄洪18 400～19 400 m3/s，东荆河分流比22%～23%计，东荆河设计分洪量为4 250 m3/s。

2．3东荆河出口设计洪水位确定

东荆河下游出口处长江水位与汉口站水位相关关系较好。考虑到东荆河下游民垸现状堤顶高程难以抵御1954年型全流域洪水，兼顾工程的任务和综合效益，本次东荆河整治的出口设计标准以防御长江1931年型洪水为目的。

为保证汉口站水位系列样本的一致性，通过湖泊围垦改正和特大洪水年溃口分洪改正后，得到汉口站年最高水位系列，在调查考证期内的1870，1931，1935，1954年发生过特大洪水，利用P-Ⅲ型曲线计算的不分洪条件下汉口站年最高水位频率成果列于表2。

表2　理想不分洪情况汉口水位频率Table 2　Frequency of water level at Hankou station under ideal condition without diversion

根据对1931年洪水还原结果，汉口站30，60 d总入流量分别为1 922亿，3 302亿m3，相当于汉口站40 a一遇的设计洪量值，因此，1931年时东荆河遭遇了长江约为40 a一遇的洪水。但由于1931年长江中下游沿江堤防普遍漫溃，使得汉口站实测最高水位仅为28．28 m；若按照围垦还原、溃口还原计算，则当年汉口站水位将高达30．14 m，接近不分洪情况下的50 a一遇水位值。考虑分洪运用条件下，汉口站50 a一遇以上洪水的水位均为29．50 m，仅高出1931年实测水位1．22 m。因此，1931年汉口站实测洪水位标准较高。

根据汉江沙洋站、长江螺山站和汉口站1973—2012年40 a实测逐日水位、流量资料，划分夏季（6—8月份）和秋季（9—10月份）统计汉江沙洋以下河段与长江干流洪水遭遇情况，见图4和表3。

图4　沙洋站洪峰流量与汉口站同时水位关系Fig．4　Relationship between peak flow of Shayang sation and simultaneous water level of Hankou station

表3　沙洋洪峰流量与长江洪峰流量、水位遭遇情况Table 3　Situation of peak flow at Shayang station encountered with peak flow and water level of Yangtze River

从以上图4、表3中可以看出，沙洋站中小洪水（＜10 000 m3/s）出现几率较大，共65次，占到总次数的81．3%，同时长江高水（螺山站流量＞50 000 m3/s、汉口站水位超过27．0 m）遭遇的几率较大，在80次统计洪水中出现了 6次；而沙洋站流量＞10 000 m3/s、汉口站同时水位高于27．0 m的次数只有1次；80次统计洪水中，汉口水位超过27．0 m的次数为2次，而同时沙洋站最大洪峰流量仅8 890 m3/s；在沙洋站洪峰流量超过15 000 m3/s的4次洪水中，汉口站同时水位最高仅为24．58 m。

上述实测资料分析表明，针对长江以夏汛为主、汉江以秋汛为主的洪水特点，在近40 a汉江、长江实际洪峰遭遇过程中，原汉口水位设计值28．28 m，并未曾遭遇过汉江大洪峰，偏于安全。以往形成的共识是汉江洪水遭遇长江高水顶托时，对东荆河下游防洪安全最为不利［6］，因此本次沿用以往规划采用的汉口站28．28 m，来推荐东荆河出口设计水位。

2．4杨林尾控制水位确定

杨林尾控制水位不同，则河槽疏挖方量及工程投资也会不同。因此，杨林尾控制水位的确定是关键。近年来通过经验积累和技术手段提升，东荆河下游抗洪能力有所提高，往往抵御了超标准洪水而不扒口联合大垸，使得防洪风险增大。为取得本工程治理效果，扭转联合大垸目前“广种薄收、逢水即丢”的粗放耕种格局，本工程在联合大垸不扒口分洪的前提下，降低杨林尾水位值，即保证东荆河下游防洪安全，又能提高粮食产量。结合东荆河防洪调度方案中的规定，以及联合垸的实际垸顶高程，当杨林尾水位控制在31．0 m以下时，基本能够保证联合大垸安全——既不扒口分洪也不自然漫堤，取31．0 m作为杨林尾控制水位为宜。

3　河道治理工程方案布置

根据东荆河下游河道治理标准及目标，初步拟定以下3种方案供比选。防治方案示意图见图5。

3．1方案1

（1）疏挖联合大垸右支进口至尾部共25 km的河道滩地，新挖联合大垸垸尾至棕树湾附近2 km长的右支尾部河槽，取直汇入中支，累计疏挖总方量6 991．4万m3。进口疏挖控制高程为25．0 m，出口疏挖控制高程为19．5 m，挖槽全长27 km，平均河槽比降为2．0■，平均疏挖深度5．0 m。

（2）彻底刨毁联合大垸左、右支滩地上的阻水小垸，清除行洪障碍；实施天合垸保合子堤卡口退堤工程和四丰垸协心河卡口退堤工程，形成全程450～650 m的河槽宽度，累计扩卡退堤长度2．8 km。

（3）河道疏挖工程实施后，右支河道内保合—肖家湾、协心河、黄家口—朱家台、花溪岭—壕口等处行洪流速都将显著增大，塘林湖、官垱、罗家口、王小垸、鸭儿河等处洪水期弯道水流对凹岸的顶冲能力增强，拟采用雷诺护垫、抛石固脚等方式守护。

（4）河道疏浚后弃土平均堆砌在黄家口以下联合大垸堤内，复耕后归还给农民。

3．2方案2

方案1保持现有堤距，扩挖深水槽，疏挖方量较大；方案2采取右支河道左岸联合垸堤退堤的方式，扩大行洪断面，减少挖方量。在团结村—官垱长13 km范围内退堤250 m，并加固已有子堤；在官垱—联合大垸尾部长8．3 km范围内退堤250 m，并新建垸堤，加固和新建垸堤标准不超过老垸堤标准。右支进口疏挖控制高程28．5 m，平均疏挖深度3．5 m。

3．3方案3

方案2扩大堤距以利于泄洪，但断面宽浅、冲刷动力不足，泥沙易回淤。方案3按窄深型断面设计，全程河槽宽度为300 m，进口疏挖控制高程22．6 m，河槽出口疏挖控制高程为17．1 m，挖槽全长27 km，平均河槽比降为2．0■，平均疏挖深度7．2 m。

4　数学模型计算及结果分析

图5　东荆河下游防洪治理方案示意图Fig．5　Sketch of flood control program in the downstream Dongjing river

4．1计算边界条件

采用丹麦水力研究所（DHI）开发的MIKE 21平面二维水流数学模型。计算边界条件采取上文分析的进口设计分洪流量4 250 m3/s，出口设计洪水位30．0 m（相应于汉口28．28 m），通过河道疏挖，将杨林尾水位控制在31．0 m。

4．2计算河段地形及网格划分

模型计算河段自东荆河中游万家坝至出口白斧池，全长约67 km。采用三角形网格对该区域内2013年实测1∶5 000地形进行概化。其中，万家坝至唐嘴河段，王小垸、天合垸、联合大垸最大三角形面积为 3 000 m2，其他区域最大三角形面积为1 500 m2，唐咀以下河段，深槽区域三角形最大面积为1 500 m2，其他区域三角形最大面积为10 000 m2，全部模拟范围共有86 950个计算单元。

4．3糙率率定及验证

模型率定采用2003年9月实测洪水资料。由于该时段水位、流量变幅较小，且模拟区域河槽很窄，网格较小，为缩短模拟时间，模型进口采用该时段潜江流量平均值2 460 m3/s，出口采用该时段白斧池水位平均值27．00 m。根据表4的水位率定结果，水位计算偏差一般在±0．08 m以内，精度满足要求。经率定，工程河段深槽糙率取值范围为0．012～0．02，滩地糙率为0．02～0．037。

表4　率定及验证水位Table 4　Calibrated water levels and verified water levels

模型验证采用2005年10月7日8时—8日17时实测洪水资料，潜江实测流量平均为3 200 m3/s，白斧池实测平均水位为25．79 m。根据表4的水位验证结果，水位计算偏差一般在±0．06 m以内，精度满足的要求，可用于分析不同工程方案下本河段洪水位的变化情况。

4．4计算结果

水位方案1的右支进口段流场变化如图6（a）所示，方案2右支杨林尾—壕口段流场变化如图6（b）所示。从图6中可以看出，方案1后，杨林尾水位下降幅度较大，使得该段比降增大，流速随之增大；放宽段流速变化不大；放宽段以下由于疏浚以及扩卡，总体上流速呈减小趋势，且明显小于工程前。方案2后，沿程水位比降分布及工程前后水位变化趋势与方案1相似，深槽内流速减小，团结村至垸尾退堤段流速明显增加。方案3图6（c）变化更集中于窄深河槽内部，槽内流速较方案1和方案2明显增加，槽外流速较小。

根据数模计算成果，在工程前后模型边界条件相同的前提下，由于联合大垸右支河道实施降滩扩槽工程，沿程行洪水位显著降低，各方案基本都达到了将杨林尾水位控制在31．0 m的目标，其中方案1、方案2、方案 3分别较工程前降低了2．16，1．82，2．18 m，方案2降低洪水位效果相对较差。

从深泓处流速变化（图7）情况来看，右支进口处因河槽疏挖，流速明显增加；放宽段流速很小，且洪水期主流趋直，大流速区始终位于河中，工程前后流速变化不大；协心河卡口处工程前为不过水区，退堤后方案1、方案2主泓仍位于河心，方案3深槽摆至右岸，因而方案3流速增加更明显；黄家口至壕口一带，左、右滩并存，方案1、方案2后行洪断面明显增加，流速有所减小，方案3疏挖右滩为深槽，因此深泓处流速有所增加；壕口至尾部河槽，各方案工程后流速均明显减小，方案3断面更为窄深，故流速略大于方案1、方案2。从以上水位、流速变化情况来看，模型计算结果较为合理，能够反映工程对河道的影响。

图6　各方案工程前后整体、局部流场变化Fig．6　Changes of global and local flow fields before and after the project in different cases

图7 流速变化Fig．7　Change of flow velocity

4．5工程对中枯水位的影响分析

联合大垸右支河道扩挖后，沿程行洪水位明显降低，为保障东荆河下游中枯水期航运、供水等方面的需求，有必要进一步分析工程对河道中枯水位的影响。选取潜江站多年平均流量130 m3/s，以及灌溉保证率P=85%，对应流量30 m3/s，作为东荆河中、枯流量级代表，工程后地形根据方案1确定，进行恒定流模型计算，结果如图8所示。中水条件下，右支沿程水位降低，最大水位降幅为0．94 m；枯水条件下，受黄家口卡口及河床地形的制约，卡口以上水位基本不变，卡口以下水位最大降低值仅0．19 m。因此，本工程主要对中水期产生影响，建议工程实施后加强观测，并配合梯级橡胶坝等措施壅起中水期的水位。

图8　中枯水水位变化Fig．8　Changes of water levels in dry season and common season

4．6推荐方案

根据数学模型计算结果，方案2中宽浅型河道的降低洪水位效果不及其他方案，方案1和方案3都可将杨林尾水位降低至31．0 m，考虑到方案1、方案3的挖方量分别为6 991．4万m3和5 858．6万m3，因此相同挖方量条件下，方案3降低洪水位效果更加明显。

方案2退堤工程投资及征地、移民补偿费用巨大，经济上不合理，且宽浅型断面流速较缓，泥沙易回淤。方案3的窄深型河道平均挖深达7．2 m以上，施工难度较大，需分级设置挡水围堰和导流明渠，施工期拖长；同时，窄深河槽流速较大，水流淘刷后更容易崩岸，护岸工程量较大；再者，方案1基本保持了联合大垸右支现状河势，而方案3形成的渠化河道对现状河势改变较大，对航运、岸线引水的影响尚需要论证。综合上述分析，本文推荐方案1。

5结论

（1）东荆河下游河道近年来洪水位高涨原因如下：一是20世纪70年代治理中仅围挽了联合大垸而深水河槽疏挖工程不到位；二是近年来洲滩民垸持续围垦，形成洪障汛前难以切实刨毁；三是来流偏小、冲刷动力不足、联合大垸右支进口严重淤积。

（2）丹江口大坝加高后沙洋河段泄流能力仍在18 400～19 400 m3/s左右，东荆河洪水期分流比仍维持在 22%～23%，设计分流量为 4 250 m3/s。1931年汉口实测水位28．28 m，相当于不分洪情况下的50 a一遇的洪水位，可推算东荆河出口设计水位（约为30．0 m）。为降低防洪风险、达到河道治理效果，兼顾东荆河洪水调度规程及联合大垸防洪能力，杨林尾控制水位取31．0 m。

（3）数学模型计算表明，各方案降低杨林尾洪水位效果接近，但方案2存在征地移民困难、河道易回淤等缺点；方案3存在岸坡不稳、施工难度大等缺点，本文推荐方案1作为东荆河下游河道的治理方案。

（4）东荆河下游行洪能力与洪水期过流面积密切相关，工程实施后，河道冲淤变化可能影响其过流能力。本文仅进行了定床水流数学模型计算，建议下阶段需要进一步开展动床模型试验研究，以优化整治方案。

［1］陈肃利．对长江中下游干流河道治理的几点认识［J］．人民长江，2003，34（7）：1-4．

［2］荷小花，翁朝晖，张小峰，等．汉江东荆河民垸防洪调度研究［J］．人民长江，2011，42（13）：23-26．

［3］范北林，万建蓉，黄悦．南水北调中线工程调水后对汉江中下游河势的影响［J］．长江科学院院报，2002，19（增刊）：22-24．

［4］张慧，黎礼刚，谷利华．引江济汉水环境补偿工程取水口河工模型试验研究［J］．长江科学院院报，2010，27（8）：1-5．

［5］ 赵奕，周瑾．东荆河防洪治理方略初探［J］．人民长江，2013，44（23）：29-31．

［6］长江水利委员会．汉江干流综合规划报告［R］．武汉：长江水利委员会，2012．

［7］周建军，林秉南，张仁．关于兴建江汉排洪通道缓解长江和汉江洪水的设想［J］．水利学报，2000，（11）：84-88．

［8］戴明龙，叶莉莉，刘圆圆．长江上游洪水与汉江洪水遭遇规律研究［J］．人民长江，2012，43（1）：48-51．

（编辑：姜小兰）

Study of Flood Control in the Downstream of Dongjing River

WANG Da-ming1，YOU Xing-ying1，2，TANG Jin-wu3，WENG Zhao-hui1，WANG Lin4
（1．Hubei Institute of Survey&Design for Water Resources&Water Power Engineering，Wuhan430064，China；2．State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science，Wuhan University，Wuhan430072，China；3．Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China；4．Hubei Administration Bureau of Hanjiang River，Qianjiang433100，China）

In recent years，high flood level lasts in the downstream of Dongjing river during flood period．Analysis shows that the United Dyke was surrounded in 1970s during the regulation project of Dongjing River，but deep groove dredging was inadequate．Moreover，reclamation and siltation of dyke in the bottomland are continued，which lead to high flood water level at Yanglinwei station in Dongjing river．In view of this，we analyze the flood control situation of Hanjiang river after the Danjiangkou dam's heightening and the situation of Yangtze river after Three Gorges Reservoir's impoundment．Furthermore，we determine suitable standard of flood control in the downstream of Dongjing river（4 250 m3/s as the import flow from Dongjing river，28．28 m as the export water level of Hankou station，31．0 m as the control water level of Yanglinwei station）．Through channel dredging project，the discharge capacity in the downstream of Dongjing river is amplified effectively．We design three schemes for flood control．In scheme 1，current spacing of levee is unchanged and deep groove dredging is needed．Calculated results of two-dimensional mathematical model show that scheme 1 has advantages such as low investment，easy construction，and obvious reduction of flood water level，so we choose it as recommended scheme．

flood control；Dongjing river；flood control situation；United Dyke；channel dredging

TV85

A

1001-5485（2016）07-0039-07

2015-05-28；

2015-07-07

王大明（1961-），男，湖北武汉人，高级工程师，研究方向为防洪减灾，（电话）18062691928（电子信箱）510312052@qq．com。

由星莹（1986-），女，黑龙江鹤岗人，工程师，博士研究生，研究方向为河流动力学，（电话）13607154994（电子信箱）you_tang@foxmail．com。