| 韩其为1，杨克诚2 |
| （1.中国水利水电科学研究院；2.长江水利委员会汉江勘测局） |
关键词：河弯；河型；蜿蜒性河型；变化；河床演变
作者简介：韩其为(1933-)，男，中国水利水电科学研究院教授级高工。
1 关于下荆江蜿蜒河型是否变化的已有研究
在“七五”和“八五”期间对三峡建成下游河道长期冲刷后，下荆江河型是否变化，以及如何变化，共有三种看法。第一种认为[1]下荆江将来在冲刷后会继续蜿蜒，曲折率会加大。理由是，冲刷时深切和展宽虽同时发展，但是由于深切会减少三口分流比，加大下荆江流量，从而加大挟沙能力。在三峡水库下泄低含沙量水流条件下，深切较之侧蚀有助于减小三口流量，加大下荆江流量，从而较难制约冲刷的发展。因此，如果认为河流自动调整是以较快速度取得平衡，则在自动调整过程中侧蚀将有相当的发展，曲折系数不应该减小，而应该是加大，或者至少具有加大的趋势。按照这种概念和河型判别的经验关系，文献[1]中的论文还认为当曲折率大于1.5时即为蜿蜒型，小于1.25为游荡型，而在1.25～1.5之间为过渡型。而按此经验关系，求得下荆江目前的曲折率为2.16，将来长期冲刷后(约50年)为2.41。需要说明的是，此处曲折率不是由实际资料得到的，而是由河型判别指标按经验关系间接推出的。第二种看法[2]认为冲刷后，下荆江可能向微弯分汊河型发展。这种看法的理由为，在冲刷过程中，深蚀与侧蚀虽然同时进行，但是由于在凹岸冲刷的同时，水库下泄泥沙减少，凸岸淤积得不到相应发展，河道将展宽，水流逐渐分散，到一定程度，主流易摆动，难以形成单一弯道。甚至向微弯分汊河型发展，其次，从坡降调整看，将来是通过床沙粗化，河床拓宽，发展分汊以加大阻力来进行，不一定要增加河长。第三种看法[3，4]认为河型基本维持现状。具体说既不进一步蜿蜒(曲折率加大)；也不可能转为分汊河型。其理由是，一方面下荆江径流扩大，水流动力轴线曲率半径不会减小，曲折率难以加大；另一方面，三峡水库主要拦截d>0.025 mm的泥沙，且削峰机会很少，故高漫滩淤积的泥沙并不减少，凸岸还滩并不会很难，发展微弯分汊河型并不可能。至于将来冲刷过程中坡降的富余不是靠河长增加，主要是靠藕池口与城陵矶之间的落差减小，当然床沙变粗等加大阻力也有一定作用。
由于河型在相当程度上决定了河势、河床演变,对防洪、航运等有相当影响，值得重视，应予专门研究。有一种看法认为下荆江将来有可能通过护岸，强行控制河势及河型，故河型变化的趋势研究与否似乎无关紧要。这种看法其实是不对的。只有顺应河型变化的大格局，整治工程量才会小，维持才容易。事实上，如果将来河型是继续蜿蜒，在河势规划中必须留有河长增加的余地，否则只有如密西西比河格林维尔段那样[5]，依靠强固的护岸工程,才能维持连续裁去三个弯道后的外形，但河底深槽浅滩数目仍然未变，以消耗多余的能量（河长缩短59%）。反之，如果将来河型是拓宽而成顺直分汊，则不急于护岸，甚至要留有一定堤距让其拓宽，再进行治理。
本文将根据丹江口水库下游弯曲(蜿蜒)河型变化趋势，和下荆江人工裁弯后河型是否变化等资料，通过理论分析，进行讨论。
2 丹江口水库下游汉江冲刷过程中，弯曲和蜿蜒河段河型变化研究
2.1 汉江中下游弯曲河段变形[6]
汉江下游皇庄至泽口河段，一般认为是过渡段。即在上段分汊河型和下段蜿蜒河型之间的过渡段。该段既有分汊、顺直微弯，又有弯曲段。其中弯曲段由于控制少(或仅一岸有控制)或河宽较大，大都属于自由河弯。在修建水库后，这些河弯的变形主要是撇弯，个别也产生复凹(即恢复原来的主流贴凹岸流路)。据1978年测图，该段主要的河弯有14个，而在1980年调查时，其中8个发生了不同程度的撇弯和切滩。撇弯常常是以凸岸心滩（边滩）转化成凹岸心滩，以及弯顶下移而实现。当然，此时凸岸边滩(甚至凸岸)则发生冲刷崩塌，并且多是凸岸的支汊变为主汊。当有两个江心洲时，有时可能是中汊扩大。从动力轴线弯曲半径改变看，撇弯可分为整体撇弯与局部撇弯(图1)。局部撇弯只是顶冲点下移，动力轴线的弯曲半径有所减小；整体撇弯是水流取直，原弯道基本上被撇掉，动力轴线的弯曲半径增加。目前在皇庄以下的自由河弯中，局部撇弯是主要的，与撇弯相反，有时凹岸边滩被冲走，水流动力轴线重新贴凹岸而复凹。 2.1.1 撇弯切滩的实例[6] |
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(1)聂家场弯道变化情况 从图2中看出，蓄水前1958年和刚蓄水的1966年均为较为规则的河弯，河槽宽较窄，其中无弯道心滩和边滩。1977年凸岸崩退，出现靠凹岸心滩，并且在弯道进口主槽中有一系列小心滩，此时，曲率半径有所减小。1980年调查时，进口段小心滩和原凹岸心滩扩大为边滩，凸岸继续崩退，主流仍然靠凸岸，维持了撇弯。1996年调查时，基本维持了1980年的格局。
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| 图2 聂家场弯道河势变化略图 |
| Changes of main currents in Niejiachang bend |
(2)流港弯道变化情况 从图3可看出，建库前1959年弯道河槽特别开阔，凹岸心滩很大，主槽虽很窄，但仍贴凹岸。1969年河宽与凹岸心滩均缩小，而且发生了撇弯。1977年凹岸心滩扩大，继续维持撇弯。约1977年至1979年三年枯水，1980年调查时，凹岸心滩继续扩大，缩窄凸岸水道，发生复凹，曲率半径减小。 (3)狮子滩弯道 图4为狮子滩弯道演变情况。1968年为一大的心滩，横亘整个弯道,主流走凹岸,凸岸仅一小套。1978年原弯道心滩上段冲蚀，凹岸主槽进口淤积很多小心滩，堵塞流路，致使发生撇弯。1980年调查时，心滩扩大，但主流仍贴凸岸而撇弯。1996年调查时，该河弯仍维持撇弯，只是凸岸主槽已适当展宽和规顺。 |
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(4)姚家集弯道 从图5看出，1959年弯道进口窄，主流贴凹岸。1969年弯道上段凸岸大幅度展宽，但凹岸进口边滩向江中相应伸出，从而使进口河宽增加不多，此时仍紧贴凹岸。1977年凹岸进口被一些小的心滩堵塞，凸岸大幅度崩塌，从而发生撇弯，主流贴凸岸，曲率半径减小。1980年调查时，凹岸心滩扩大，凸岸也有两心滩，主流入弯点仍靠凸岸，但走中汊而过渡到凹岸，仍维持撇弯现状。此弯道的特点是弯道下段河槽窄，无展宽现象。 |
2.1.2 丹江口水库修建后下游汉江撇弯的原因及机理
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| 图5 姚家集弯道河势变化略图 |
| Changes of main currents in Yaojiaji bend |
上述三个原因中，造床流量减小使河弯淤出心洲(边滩)是基本的。较粗颗粒泥沙堆积部位的影响，和动力轴线曲率半径的变化，则是稍次的因素。特别是后者，不是十分灵敏。但是这三种因素结合起来，就使丹江口建库后汉江河弯发生了较普遍的撇弯现象。附带说明，在天然条件下，由于洪枯水流量变幅大，有的弯道是受枯水控制，洪水期或大洪水年发生整体撇弯；枯水期或枯水年发生了复凹也是有的，但这种现象多为年内周期变化，枯水期仍贴凹岸。就枯水期而言，变化不大。只有经过大的洪水年才有较明显的变化，所以在建库前，撇弯的现象并不是很多。 |
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从上述丹江口水库修建后，汉江自由河弯变化，以切滩撇弯为主的事实，是否对其弯曲河型会有什么影响？继续发展是否会导致河型有所改变？从上面的分析来看，目前还不能得出这样的结论。原因有三。第一，由于造床流量减小，平衡过水面积减小，弯道内可能出现心滩、边滩。但是由于河道展宽，撇弯切滩受到河岸等限制，所以不易变成顺直(微弯)分汊河型。第二，水库修建后，中水流量历时增长，曲率半径较之枯水期控制的河弯有所加大，故多产生整体撇弯、切滩；但是较之建库前洪水期，曲率半径是偏小的，所以不易改变洪水期控制的河弯和一般弯道的大格局；而且中水长期较稳定的流动易于河弯的维持。第三，中水流量延长，会使变差系数减小，输沙能力和河床变形能力降低，看来，不利于发展成较宽浅分汊河型；但是与此同时，由于细沙数量和大流量减少，凸岸还滩颇难，不可能像天然条件下那样取得凹岸冲刷和凸岸淤积达到平衡，而能成为较典型的弯道断面形态。显然，这两者对河型的影响有一定的抵销作用。综合上述三点，弯道河型可能基本维持现状。当然，在维持一些河弯的格局下，也会有一些变化；具体是，部分河弯曲率半径稍大，深槽和浅滩水深有所拉平，弯道环流作用可能略有减弱。其中，深槽和浅滩水深变化可见文献[6]。该文献根据沙洋至泽口河段1968年与1978年深泓点高程看出两点趋势：一是经冲刷后的1978年纵剖面图最深点高程(深槽高程)增加；二是浅滩高程与深槽高差减小邓浅滩 高程增加更多。总之，沿程河底起伏减小，说明了断面沿程均匀性加大，似表明弯道形成的深槽与浅滩高差大的现象有所减弱，也就是弯道作用有所减弱。
2.2 泽口以下蜿蜒型河道变化
2.2.1 蜿蜒河道变化情况
汉江下游泽口至武汉为蜿蜒河道。其实称为蜿蜒河道主要是弯道较多，曲折率为1.89[7]，但是河道蜿蜒蠕动却因两岸堤防紧锁，受到较严格限制。丹江口水库修建后，该段河道变形为：河槽普遍发生冲刷，有一定冲深，也有展宽趋势。据文献[8]，泽口至汉川全长162km，自1960年至1984年共冲刷3265万m3，按300m宽度，则平均冲深0.67m。而据文献[9]统计1960年至1983年部分断面，泽口至仙桃河底平均高程冲深1.81m，仙桃至河口平均冲深1.30m。相应的深泓高程冲深分别为2.66m和2.43m[10]。同样据文献［10］对部分断面统计，泽口至仙桃断面展宽占75.5%，仙桃至河口展宽占95%。但是从一些数据看，冲刷前后河相系数并未加大。由于冲刷和展宽，使该河段洲滩有所冲蚀，河岸崩岸有所加剧。但目前未看出该段蜿蜒河型有明显变化趋势。
2.2.2 蜿蜒河道变形情况分析
建库前形成这一段蜿蜒性河型的原因，除节点少及两岸沉积物有二元结构外，看来最主要是受河口长江水位的影响。为了适应长江水位变化，新沟最大水位变幅15.07m，仙桃最大水位变幅为13.43m[7]，此值几乎为分汊段黄家港最大水位变幅6.20m和碾盘山最大水位变幅6.81m的二倍[10]。由于水位变幅大，加之不断受到顶托与自由流动交错影响，加大了冲淤，最后必定形成窄深断面，同时按照横向流速与单宽流量成正比的关系，则窄深河段必定单宽流量大，从而加大了环流作用而成蜿蜒河型。并且由于冲淤交替，大水顶托明显，两岸滩上淤积泥沙细，有利于形成二元结构，即有沙层粘土层重叠。在此基础上，逐步被堤防紧锁，而变成一些强制性的河弯。
建库后，长江顶托的影响并未变化，因此形成窄深河槽的作用并未消除，甚至由于洪峰削减，受壅水的作用会有所加强。另一方面，洪峰削减，细颗粒含沙量减少，虽不利于凸岸淤积还高滩，导致滩、岸有所冲蚀。但是，断面扩大却受堤防和岸壁限制。其次，由于河面窄和中水时间长，主流贴凹岸流动仍然明显，而且流路颇为固定。第三，该段处于汉江冲刷的最下段，含沙量虽然变低，但粒径变粗，悬移质D50由1961年的0.027mm加大至1980年的0.046mm[7]，故水流挟沙能力次饱和度并不高，因此冲刷强度小。这正是前述资料表明1960年至1984年仅平均冲深约1 m左右的道理。今后虽然还会继续冲刷，但由于断面扩大，致使流速减缓，加之长江顶托，即令将来泽口以上达到冲刷平衡，该段年冲刷也不会再有所加大，这种冲刷速度，属于天然河道演变范畴，不致有太大的影响。第四，加之目前不断增设护岸控制， 因此该段强制性蜿蜒河型不会有所变化。
3 荆江裁弯后下荆江河床冲刷及河型维持的原因
3.1 下荆江冲刷情况
下荆江1967年至1972年共实施了中洲子、上车弯人工裁弯和发生了沙滩子自然裁弯。裁弯后至1975年河长由237km，减少至171.6km，即减少了66 km[4]。自裁弯后下荆江发生了较强烈的冲刷，河床也进行了相应调整。
一般说裁弯后的冲刷与水库下游冲刷在机理及表现形式上有所差别。但是下荆江裁弯是分汊（荆江与三口分流河道及洞庭湖构成分汊河道）河段上的裁弯，它不仅有坡降调整，还有径流量加大（即来水来沙变化）及扩大断面冲刷，故而能使河道发生深远的变化。这些变化是否涉及到河型的转变是应该重视的。再说历史上下荆江转化成蜿蜒河型（图7）也是由于径流量变化、坡降调整及边界条件改变所造成。因此如从水沙变化、坡降和阻力调整等一般规律研究下荆江裁弯后河型所以维持不变的原因，对于预估将来三峡水库建成后河型是否转化是有意义的。下面具体介绍裁弯后下荆江河床演变的主要情况。
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| 图7 下荆江河道变迁图 |
| Historical changes of the Lower Jingjiang Rirer |
2.据文献[注2]1966年至1991年下荆江监利水文站同流量水位降低在0.21～0.77m。其中当城陵矶水位相同时，监利流量愈大，水位降低愈多。而在监利流量相同条件下，城陵矶水位愈低，监利水位降低愈多。同期上荆江沙市水位站同流量水位降低在0.70～2.40m。其中城陵矶水位相同时，沙市流量愈大，水位降低愈少。这一点与监利刚好相反，说明上荆江是河底和低水部分冲刷多，而高水部分冲刷少。反之，下荆江则是高水冲刷多，包括展宽。与丹江口水库下游汉江冲刷后水位降低对比可知，荆江水位降低，特别是上荆江沙市一带枯水位降低是很惊人的。例如，从1966年至1993年，当流量为4000m3/s的枯水时，陈家湾水位降低2.40m，沙市水位降低2.45m，郝穴水位降低2.45m。而在汉江1960年至1985年当流量为1000m3/s时，坝下黄家港水位下降1.66m，仙桃基本不变。即在有弯曲河段的皇庄至泽口，和泽口以下的蜿蜒河段水位没有明显变化。
| [注1］王崇浩。三峡水库施工运用期荆南三口河道及洞庭湖淤积概算。三口分流河道演变及洞庭湖淤积(三峡工程泥沙问题研究，95－1－4－(1)），中国水利水电科学研究院，1998年2月，9－20页。 |
[注2]水利部长江水利委员会水文局。三峡水利枢纽水文泥沙勘测一沿程水面线变化观测成果。1996年6月。 |
3. 在冲刷过程中，下荆江河相系数变化不大，1985年为3.80，1975年为3.98，1991年为3.85[4]，可以认为基本不变。
4.裁弯前后下荆江河长变化为：裁弯前为236.5km，三个裁弯完成后为171km，1980年为171.6km，1987年为168.6km，1991年为167.7km[4]。以下将取裁弯前河长237km, 裁弯后168km。即在目前护岸条件下，裁弯冲刷后河长基本未变，而且还略有减少(3.3km)。即裁弯后曲折率并未增加。
5．裁弯后河长缩短，下荆江坡降普遍加大。如按裁弯前河长(藕池口至城陵矶，不是新厂至城陵矶)237km, 裁弯后168km, 则裁弯初期(或者落差不变的条件下)坡降为裁弯前的237/168＝1.41倍。裁弯后经过冲刷，河床调整，坡降要逐渐减小。文献[注2]曾用试算水面线的方法求得了不同流量荆江各站的水位。据此我们统计了裁弯前1966年和裁弯后河床已达基本平衡后的1991年的结果，如表1所示。如只考虑大流量(相当于宜昌流量20000m3/s～50000m3/s），则裁弯前平均落差为8.67m,相应的平均坡降为万分之366；而裁弯后的1991年平均落差为6.36m,相应的坡降为万分之379。即冲刷后的平均坡降较之裁弯前坡降仅加大了3.6%。也就是说裁弯后加大的落差2.52m中，有2.31m是被下荆江落差减小所抵销，只有0.21m消耗在能量损失加大。这个资料考虑了裁弯后城陵矶水位的抬高，是较为全面的。另一个资料是三峡水库下游河道冲刷的“八五”攻关成果[4],其数据与表1有相当出入，主要是没有考虑城陵矶水位变化，致使落差减小少。经过一些换算，从该资料得到当宜昌流量20000m3/s～50000m3/s时，裁弯前（1953～1966年）下荆江落差为8.17m,相应的坡降为万分之345,而裁弯后（1973～1988年）落差为7.54m,相应的坡降为万分之449。即冲刷接近平衡后的坡降加大了30.1%。或者说裁弯后加大的落差2.38m中，落差减少仅抵销了0.63m,其余1.75m中则消耗在能量损失加大。可见，这两个资料尽管出入大，但是也有共同点：裁弯获得的落差中，一部分用于抵销下荆江落差减小；另一部分消耗在能量增加上。如果将这两个资料折中，则裁弯前下荆江落差为8.42m,相应的坡降为万分之355；裁弯后当冲刷接近平衡落差为6.95m,坡降为万分之414，即加大到1.17。在增加的落差2.45m中，被落差减小抵销了1.47m,占59.8%；其余0.98m消耗在能量损失加大上，占40.2%。
3.2 对裁弯后下荆江冲刷机理、断面形态变化和河型转化趋势讨论
从裁弯后下荆江河道变化情况看，其变化幅度是很大的，有关冲刷方面的指标超过了丹江口水库下游汉江的情况。现在作如下几点分析。
3.2.1 裁弯后荆江冲刷的机理。裁弯后荆江发生了长时期冲刷，河床发生了很大变化，
实这种冲刷并不全是裁弯本身的作用。我们曾经指出裁弯后的冲刷有两种机理[12，4]：一种是裁弯后调整坡降的冲刷，另一种是荆江作为分汊河道的一支，其径流量加大引起的扩大断面的冲刷。在1981年至1994年较之1959年至1966年，年平均径流量加大约608×108m3，如果是单一河道裁弯，则只有第一种冲刷。而荆江与三口分流河道及洞庭湖构成一个大的分汊河段，在自然演变和裁弯后的调整坡降冲刷作用下，将导致三口分流量减小，荆江特别是下荆江径流量加大，从而产生第二种冲刷。在文献[12]中，经过理论研究，给出单纯调整坡降冲刷时，其冲淤量是很小的，约为0.58亿m3，相应的裁弯的上段将冲深0.21m，下段将淤高0.16m。不仅如此，而且裁弯以下至城陵矶均应淤积，而不是如现在的情况是冲刷(裁弯下段洪山头至城陵矶61km 河段1966年至1987年共冲深0.31m)。这些与裁弯后实际情况差别是很大的，因此无法用单一河道裁弯来解释。所以裁弯后下荆江的冲刷中，径流量加大导致的扩大断面冲刷是主要的。径流扩大的冲刷，一般是冲深与展宽同时进行， 大体维持河相系数变化不大。这一点也与下荆江实际资料是一致的。
表1 下荆江裁弯后坡降变化 |
Slope Changes before and after cut-off |
| 年份 | 500 | 10000 | 20000 | 30000 | 40000 | 50000 | ||||||
| 落差 | 坡降 | 落差 | 坡降 | 落差 | 坡降 | 落差 | 坡降 | 落差 | 坡降 | 落差 | 坡降 | |
| (m) | (‰0) | (m) | (‰0) | (m) | (‰0) | (m) | (‰0) | (m) | (‰0) | (m) | (‰0) | |
| 1966 | 9.68 | 0.408 | 8.67 | 0.366 | 9.07 | 0.383 | 8.79 | 0.371 | 8.33 | 0.351 | 8.49 | 0.358 |
| 刚裁弯 | 9.68 | 0.576 | 8.67 | 0.516 | 9.07 | 0.540 | 8.79 | 0.523 | 8.33 | 0.496 | 8.49 | 0.505 |
| 1991 | 6.47 | 0.385 | 6.50 | 0.387 | 7.18 | 0.427 | 6.18 | 0.368 | 5.95 | 0.354 | 6.12 | 0.364 |
3.2.2 在文献[12]中，对于荆江断面形态调整做了分析。按照上述裁弯后的冲刷主要是由于径流量扩大引起的结论，相应的横断面变形主要是在河相系数不变的条件下，扩大过水面积。根据平衡坡降公式及曼宁公式，消去坡降及糙率后对于平衡河宽、水深及过水面积有
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(1) |
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(2) |
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(3) |
式中 ξ=
/h为河相系数，S为含沙量，ω为悬移质平均沉速，Q1为第一造床流量，即塑造纵断面的代表流量。式中的有关单位取m、s、kg。从文献[11]看出裁弯后，荆江(监利站)1981年～1994年径流量较之1959～1966年加大608亿m3，即加大到1.19倍。如近似的取径流量与第一造床流量成正比，则Q1/Q1.0=1.19；相应的监利站含沙量为S/S0=1.10/1.05=1.048[11]。需要说明的是，监利含沙量加大是因为进入三口分流河道含沙量较荆江为大，现在进入流量既然减少了，则荆江含沙量就有所加大。此处加下标“0”表示冲刷前1959～1966年的值，而不加下标“0”则表示是冲刷后(1981～1994年)的值。由于沉速ω变化很小，可以忽略，河相系数取为常数，
则冲刷前后断面形态参数的值为
Bk/Bk,0=(Q1/Q1,0) 0.6(S0/S)0.185 |
(4) |
hk/h k,0=(Q1/Q1,0) 0.3(S0/S)0.0985 |
(5) |
Ak/A k,0=(Q1/Q1,0) 0.9(S0/S)0.278 |
(6) |
根据这几个公式推出裁弯后下荆江断面形态参数如表2。可见，计算值和实测值符合很好。由此可见下荆江断面调整是在河相系数不变的条件下，完全符合平衡坡降公式及曼宁公式。此处需要说明的两点：第一，表中的实测值是采用文献[4]的数据，即冲刷前1965年Bk=1265m，hk=9.36m，冲刷后1995年Bk=1395m，hk=9.70m。当然，这与文献[11]的数据仅略有小小的差异，而且最后的结论是完全一致的。第二文献[12]还得出了上荆江断面形态参数变化的验证情况，计算值和验证值也是符合的。
| 表2 下荆江裁弯后断面形态变化验证V |
| erification of the cross section changes after cut-off |
| Q1/Q1.0 | S0/S | 计算值 | 实测值 | ||||
| Bk/Bk,0 | hk/hk,0 | Ak/Ak,0 | Bk/Bk,0 | hk/hk,0 | Ak/Ak,0 | ||
| 1.19 | 0.955 | 1.100 | 1.049 | 1.155 | 1.103 | 1.036 | 1.142 |
3.2.3 坡降与阻力的调整分析。由平衡坡降公式[13]得到
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(7) |
此处取河相系数不变，且忽略了沉速的变化。将表1中的数据代入后，有
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此式表明，流量加大与含沙量加大对平衡坡降的影响恰好相互抵销，而裁弯后的坡降加大要靠糙率加大来平衡,与断面形态无关系，按前述裁弯冲刷平衡后Jk/Jk,0=1.17，则糙率需加大1.08倍方能平衡。这要依赖三方面的作用：城陵矶对下荆江顶托减弱；下荆江河道适当粗化，粒径糙率加大和沙波消失时间缩短使沙波糙率加大；护岸使糙率有所增加。
必须着重指出所述坡降的变化，是指裁弯冲刷基本稳定后的情况而不是刚裁弯河床未变的情况。前面已指出事实上按裁弯前下荆江长237km，裁弯后因河长缩短至168 km，则坡降应加大到237/168=1.41倍。现在稳定后坡降加大到1.17倍，在加大的坡降中尚有59.8％是被落差减少所抵销。可见，裁弯后坡降调整还包括落差减少这个重要方面。此点既与上段同流量水位降低多有关,还与径流量加大抬高荆江下段和出口水位密切联系。而这正是下荆江特点和江湖关系的特点。
3.2.4 综上所述，裁弯后径流量加大和坡降加大导致下荆江河床变形的幅度是很大的，时间是很长的，使河性发生了相当变化，但是其河型基本未变。这主要包括五点内容。
第一，裁弯后，河长虽减少了66km，即曲折率已由2.67减少到1.93，但是在适当护岸后，能够稳定下来，至1991年，河长不仅没延长，反而缩短了3.3km，即曲折率进一步减少至1.89，这说明曲折率没有加大。因此不能认为河道还会进一步蜿蜒(曲折率加大和不变)。
第二，从裁弯后下荆江河相系数不变看出，河流虽同时有冲深和展宽，但是两者的比例是平衡的，维持了河相系数不变，不能认为有向宽浅方面发展的趋势。
第三，裁弯后加大的坡降主要是靠藕池口至城陵矶落差的减小所抵销，其次也需糙率加大(护岸增加和床沙适当粗化等)来平衡，并未靠河长延长来减小坡降。
第四，径流量加大，主要通过冲刷来扩大过水面积而达到平衡。由式(6)或表1可知，径流加大引起流速加大到VkV k,0=1.031,水深加大到hkh k,0=1.049，从而导致的挟沙能力加大，用来平衡了含沙量的增加。
第五，下荆江河道包括河型有一定适应性和惯性，水力泥沙因素的一些变化，不一定能触发河性很大改变，以及河型发生变化。
4 三峡水库建成后，下荆江在冲刷结束后河型变化趋势初步研究4.1 下荆江冲刷情况估计
三峡水库建成后，长江中下游将发生长期冲刷，对河床、河性将有深远影响，特别是下荆江。据过去的一些研究估计，包括数学模型计算结果和主要的变化如下：
1. 三峡水库建成后，下荆江就开始冲刷，冲刷时间大约在50年左右，以后开始回淤。此时最大冲刷量由于计算条件差别有相当幅度，一般在13.3～16.4亿m3[注1]。按下荆江长168km计算，即横断面冲刷面积在7917～9762m2，按展宽后的河宽1800m估计，冲深为4.4～5.4m。
[注1] 毛继新，王崇浩，韩其为。三峡水库下游河道(宜昌～大通)冲刷和演变的计算与研究。三峡水库下游长江（宜昌棗大通）冲刷和演变的规律研究[三峡工程泥沙问题研究95－1－3－(3)]中国水利水电科学研究院，1998年2月。 2. 冲刷50年，三口分流河道径流量共减少约380亿m3(在1980年基础上)[注1]，其中藕池河接近断流。至冲刷72年，三口河道在自然演变条件径流量继续减少，约再减小16亿m3[注1]。与此同时，冲刷至50年下荆江径流量较之裁弯前(1959年至1966年)要加大到1.31倍，较之1994年要加大到1.10倍。3. 经约50年冲刷后,下荆江冲刷量达最大，此时在相同枝城流量下水位降低情况为：藕池口枯水降低3.2m左右,中水3.3m左右，高水（枝城流量30000m3/s～50000m3/s）3.0～2.3m。监利站枯水降低约1m，中水1.3m左右，高水1.8～1.4m左右。城陵矶枯水下降约2.0～1.4m，中水约1.3m, 高水约1.1～0.9m。可见，下荆江进口水位降低多，出口水位降低少，因而落差将有所降低[注1]。
4．2 对下荆江冲刷结束后，河型变化趋势的讨论
1. 三峡建成后，下荆江冲刷也有两种机理，一种是水库下泄低含沙量水流，经过河道要力图恢复含沙量(恢复到新的挟沙能力而引起冲刷)；其次是三口分流因干流冲刷大而继续减少，下荆江径流量继续加大，导致的扩大断面的冲刷。这与裁弯不一样，含沙量恢复的冲刷是主要的，而径流量增加引起断面扩大冲刷是次要的。事实上，按前述径流量加大到裁弯前的1.31倍，只相当于加大到裁弯后的1.10倍。这样按式(6)中造床流量加大的方次，断面扩大仅1.09倍。显然此值较之冲刷后的断面扩大值是一个小量。
2. 冲刷过程中，下荆江出口挟沙能力基本已接近平衡，城陵矶以下的冲刷，主要由于两个原因引起。一是洞庭湖、汉江、鄱阳湖出来的低含沙量水流，需要通过冲刷加大含沙量；二是荆江冲刷的0.25～0.5mm的粗沙，与城陵矶以下床沙中的细沙交换加大了挟沙能力。例如据数学模型计算[注1]冲刷前12年，荆江冲出的这种粗沙0.258亿t，而在城陵矶—汉口段淤0.148亿t；至34年累计荆江冲出1.627亿t，城汉段淤下2.59亿t等。而0.25～0.5mm泥沙的沉速较之0.25mm以下的中、细沙的沉速，平均而言,至少约大9倍。可见,淤积1.627亿t粗沙，至少可冲起约14.6亿t细沙。实际该段仅冲刷6.294亿t，小于14.6亿t。这说明如果不交换，城陵矶至武汉段是不会冲刷的，可见它的进口或荆江出口已达输沙准平衡，含沙量和挟沙能力相近。当然30年以后,下荆江冲刷量减少，则是由于下泄含沙量加大和断面扩大、流速减小引起。
3. 由于下荆江冲刷量最大，加之城陵矶水位还要受洞庭湖影响，因此当冲刷后城陵矶水位降低少，藕池口水位降低多，也就是下荆江落差将要减小。根据前述数学模型计算结果[注1]，当按河相系数不变且枝城流量在30000m3/s～50000m3/s时，藕池口水位下降在3.00～2.30m，城陵矶水位下降在1.10～0.90m，即下荆江落差减少1.9～1.4m，即至少降低1.4m。这与前述落差减少1.47m的直观分析颇为相近。可见它们均反映了冲刷后下荆江落差减小和坡降变缓。
4. 在前面“2”“3”两点基础上可以分析冲刷后(冲刷最大时)坡降调整。冲刷前后的平衡坡降对比为
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(8) |
此处取挟沙能力公式中的指数为1。前面已指出在冲刷过程中下荆江出口含沙量与挟沙能力基本是平衡的，萨口含沙量负荷Sω为初始负荷的S0ω0=0.4倍(冲刷32～48年)，则进出平均为0.7，此时Q1/Q1.0=1.10，取n/n0=1.10，则Jk/Jk,0=0.882(ξ/ξ0)
0.4这样，当河相系数不变时，冲刷后需要的坡降为冲刷前的0.882倍，有所减少。按照前述数学模型计算结果，取藕池口至城陵矶的落差约减少1.4m。此时在现有河长条件下实际坡降将是Jk=[(6.95-1.40)/6.95]Jk,0=0.799Jk,0，小于上面要求的平衡坡降Jk=0.882Jk,0。这说明此时的坡降较之需要的平衡坡降小，河长尚有富余，不可能进一步蜿蜒；另一方面，在河相系数不变时，实际的坡降已小于平衡坡降，因此如加大河相系数，两者的差距更大，这说明河相系数不可能增加，不可能成为微弯分汊河型。当然所述的结果是在n/n0=1.10条件下得到的。是否糙率加大太多，但是即令按n/n0=1.047，则才有Jk=0.799Jk,0；此时如取河相系数不变，则需要的坡降与实际坡降一致。冲刷后糙率加大4.7%已经是很小的了，这说明将来的实际坡降不可能有富余，所以增加河长进一步蜿蜒已不可能；而加大河相系数，消耗坡降而成分汊河型同样不可能。所述情况是下荆江冲刷最严重的时刻，以后就开始回淤，则SωS0ω0>1，所需的坡降会更大，实际是不能满足的，于是开始回淤，减少含沙量。可见，增加河相系数与增加河长来消耗富余的坡降根本不可能。当然，这时的调整除减少含沙量外，将逐步减少糙率来平衡。5. 从下荆江历史变迁看，径流量加大，减少其落差，并减少曲折率也是固有特性。在荆江两侧穴口基本堵塞后大约在1644～1756年以前的一段时间，下荆江(如图7中1756年河道弯很少，较为顺直。当时，维持河长短的原因，显然因为下荆江流量大，藕池口至城陵矶落差较小。至于后来藕池口、松滋口冲开后，下荆江流量减缓，入湖流量增加，城陵矶以下含沙量也大大减少致使城陵矶至武汉河段看来有所冲刷，城陵矶水位降低；下荆江淤积，藕池口水位也可能抬高，两者均使荆江落差加大，使坡降有富余，而通过崩塌冲淤增加河长，而成蜿蜒型。其次下荆江流量减小，出湖流量加大，增加了城陵矶对洞庭湖的顶托，使高水淤，中枯水冲，有助于发展窄深河流和加大弯道环流，以及河漫滩上增多二元结构，这也是发展蜿蜒型河道的另一个重要条件。反之，现在荆江流量加大，三口分流不断减少，在一定程度上，导致下荆江的还原也是可能的。所以荆江冲刷完成后，随着流量加大落差减少，不仅不大可能进一步蜿蜒，而有可能使曲折率减小。事实上按照前述的资料，裁弯已使下荆江落差减1.47m的数据虽然不一定准确，但说明流量加大和冲刷会使落差有明显的减小，则是无疑的。
6. 从汉江下游泽口以下蜿蜒型河道在冲刷过程中的变化看，其河型基本稳定, 因此对照下荆江，河型大的格局在目前基础上不会产生明显的变化。
7. 在冲刷过程中，由于d<0.025mm的细颗粒，特别是d<0.01mm的细颗粒基本上能全部排出三峡水库，加之水库调洪很少，故凸岸高滩仍能淤还，补充漫滩上的二元结构，不致大量展宽，而发展为宽浅分汊河型。
8. 由于河流槽宽的绝对值会有所加大，将来下荆江弯道处可能出现小的心洲和边滩，也可能会发生一些撇弯和切滩。但是由于水库基本未改变径流过程，因此造床流量不会有什么减小；而且正如前面指出考虑到三口分流减少，下荆江造床流量还会加大，过水断面不会有明显富余，加之动力轴线半径不会有明显改变，可见，撇弯、切滩的现象不会象汉江皇庄至泽口段那样普遍。
综上所述，三峡水库建成后，下荆江长期冲刷，河性会有一定变化，但是河型—蜿蜒型（弯曲型)能维持。更确切地说，能维持弯曲型，其意义是不排斥曲折率有所减小；也会有所展宽，但河相系数不会加大。当然这里讨论的河型是从下荆江整体看、从自然演变规律看。至于局部现象，如个别弯道进一步弯曲，个别河段河相系数加大，以及崩岸等均需加以必要的适当的控制。总之，应因势利导，使其在蜿蜒性河型格局下向稳定的河势发展。
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