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【摘 要】2011年汉江秋汛后，中下游河段多处发生了崩岸险情。本文对东荆河河床演变进行分析，分析险段险情的形成原因和发展趋势，为今后对险工险段整治提供依据。
【关键词】东荆河；险工险段；河床演变分析
1.概述
东荆河位于江汉平原腹部，自北转向东南，起自潜江市泽口龙头拐，止于武汉市汉南区三和垸，河道全长173km，是汉江下游分流入长江的一条重要河道，洪水期可分泄汉江下游1/4的洪水。左岸为汉南区，有通顺河穿行其间；右岸为四湖中下區，发源于荆门市境内的内荆河贯穿而过。河堤安全保护范围涉及潜江、仙桃、监利、洪湖四个县市及江陵与武汉市汉南的部分地方。见图1。
图1 东荆河流域水系图
东荆河河道两堤间河槽与滩地面积约515km2，河底高程15.40～29.00m，纵向坡降0.83‰，两岸地势平坦，地面高程24～33m，西北高，东南低。东荆河属冲积平原河流。从泽口龙头拐至老新口呈南北向，老新口至三合垸呈东南向。中革岭以上117km的河道，河宽一般在300～500m，最宽达1500m，河床由第四纪粘土、亚粘土、淤泥、粉砂及砂砾层组成；中革岭以下56km河道，河宽一般在3500～4000m，最宽达7000m，河床多为粘壤土组成。龙头拐至北口长77km多为多弯河道，有较大急弯30多处，最大弯曲度110°；北口至中革岭长40km为微弯分汊型河道，有沙洲分流于洲头，合于洲尾；中革岭以下为蜿蜒分支型河流，从长河口分为两支，北支分为数股水流，蜿蜒曲折，时分时合，穿行于洲滩围垸之间，最后均汇入改道河在三合垸入长江。
河道横断面在顺直河段，泓漕居中，断面近似“V”形；弯曲河段，泓槽偏于凹岸，断面呈不对称的“U”形。横断面面积自70年代以来处于淤积减少之中。河道在平面上，因凹岸冲刷，河岸崩塌，而凸岸淤积，河弯缓慢向下游蠕动位移，经多年整治后，已基本稳定少变。
2.东荆河各重点险段近岸河床演变分析
2.1近岸等高线变化情况
东荆河险段共有5处，分别为潜江市红军月险段、监利县马家渊险段、仙桃市来仪寺险段、洪湖市中岭险段及黄家口险段。为了全面了解各河段近岸河床演变，本次根据2012～1（2012年汛前2～3月施测）及2012～2（汛后2012年10～11月施测）两个测次的实测水道地形资料，分析各险段的河床演变规律。
通过绘制东荆河各险段近岸等高线年内变化线，可以发现：1、潜江市红军月险段24m等高线险段内干堤弯顶附近岸线变化相对较大，但最大幅度不超过1m，险段岸线整体变幅较小；2、监利县马家渊险段24m等高线变化情况为：水流流向在此险段偏移约47度，险段内仅上游端部分位置岸线变幅较大，最大达17m，险段整体保持稳定；3、仙桃市来仪寺险段22m等高线变化情况为：主流顺河道自上游段往下游段一直发生偏移，由于岸线整体靠近大堤堤角，该险段2012年年内岸线整体变幅较小，最大不超过10m，岸线整体保持稳定；4、洪湖市中岭险段及黄家口险段22m等高线最大变幅仅为5m左右，整体河道边界比较稳定，河道水流流向比较平稳。
2.2近岸深泓线年内变化情况
通过比较东荆河各险段汛期前后近岸深泓线变化情况发现：1、潜江市红军月险段汛期前后近岸深泓线变化最明显的部分主要为上游端东荆河干堤急弯段，近岸深泓线摆幅相对较大，最大摆幅达11m，下游端由于河道保持顺直畅通，近岸深泓线变化不大；2、监利县马家渊险段由于水流流向在此发生较大角度偏移，位于上游端河道弯顶部分近岸深泓线摆幅达到16m，下游部分河道流向保持稳定，近岸深泓线也保持稳定；3、仙桃市来仪寺险段上游端近岸深泓线整体保持稳定，最大摆幅不超过10m；4、洪湖市中岭险段及黄家口险段整体河道边界条件比较稳定，且2012年为典型枯水年，河道水力特性稳定，最大摆幅仅为7m。
2.3近岸典型断面变化情况
在东荆河每个险段中按照一定距离依次选取2～3个典型断面，各险段所选典型断面见图2，再根据各险段2012-1及2012-2两个测次的实测水道地形资料，分析险段近岸河床的形态变化。通过分析：红军月及马家渊各险段在讯后均有所回淤，其最大淤积厚度分别为2.7m及2.3m，来仪寺险段、中岭险段及黄家口险段各断面汛后变化不大，冲淤幅度均在1m以内。
图2 东荆河主要险段典型断面图
2.4冲淤量变化
在东荆河各险段河道泥沙冲淤计算中，主要采用基于网格计算的河演冲淤数据处理软件，该软件利用现有数字化测图成果，以实测地形点（2012-1及2012-2断面）作为基础计算数据，结合河演分析实际需要，采用网格计算法，对数字化测图进行网格处理，将分析河段的地形信息分解成无数个矩形格网，形成数字地形模型。根据不同测次、相同矩形格网的地理信息，计算其地理信息变化，对分析河段冲淤变化幅度生成较为清晰的计算成果，以此作为河段冲淤分析的重要依据。
2.4.1网格点高程计算
首先计算工程边界范围内的三角网。根据DEM 网格点P 坐标（x，y ），判断该点位在三角网的序号，以确定所在三角形的3 点坐标A （XA，YA，ZA）、B （XB，YB，ZB）、C（XC，YC，ZC）（见图3）。然后根据该3 点坐标，采用直线插补法可计算出DEM 网格点P 的高程值ZP。
首先解直线方程，计算两直线AP 和BC 相交点Q的坐标XQ、YQ：
XQ=[（YC-YB）/（XC-XB）×XB+YP-YB-（YA-YP）/（XA-XP）×XP]/[（YC-YB）/（XC-XB）-（YA-YP）/（XA-XP）]
YQ=（YA-YP）/（XA-XP）×（XQ-XP）+ YP
根据QC 点和BC 点的距离SQC、SBC，采用直线插补法计算Q 点高程ZQ： ZQ=（SQC/SBC）（ZB-ZC）+ ZC
再根据PQ 点和AQ 点的距离SPQ、SAQ，采用直线插补法计算P 点高程ZP：
ZP=（SPQ/SAQ）（ZA-ZQ）+ ZQ
图3 DEM网格点高程计算示意图
2.4.2冲淤计算
系统可根据三角网的三维坐标生成的矩形网格点坐标，统计计算某一水位下的槽蓄量。
单行网格的槽蓄量体积为Vi=Σ （Hp1/2+Hp2+Hp3 +…Hpn/2）× dis2 （1）
单列网格的槽蓄量体积为Vj=Σ （Hp1/2+Hp2+Hp3 +…Hpm/2）× dis2 （2）
式中，Hpi为横向格网点的平均水深，i=1，2…，n；Hpj为纵向格网点的平均水深，j=1，2…，m； dis 为矩形网格边长。
联立式（1）和式（2），当格网间距dis 无限小时，整个区域的槽蓄量为
V=Σ （Hij）×dis2
式中，Hij为格网点的水深，i=1，2…，n； j=1，2…，m。
根据东荆河各险段汛前和汛后两个测次的实测水道地形资料，计算这些泥沙冲淤量及冲淤高度，为了方便两次测次中险段的冲淤计算比较，本次冲淤计算中各险段的计算水位选取各自二测次里较低的实测水位值，计算结果见表1：
表1 东荆河各险段2012年内冲淤计算成果表
序号 险 段名 称 2012-1实测水位 2012-2实测水位 冲刷量 淤积量 冲淤量 冲刷深度 淤积厚度 冲淤深度
1 红军月 24.88 25.00 -0.5 0.6 0.1 -0.5 0.6 0.1
2 马家渊 24.15 24.44 -0.3 3.5 3.2 -0.3 0.7 0.4
3 来仪寺 22.38 22.14 -0.9 0.2 -0.7 -0.4 0.2 -0.2
4 中 岭 21.78 21.47 -0.5 0.9 0.4 -0.4 0.5 0.1
5 黄家口 21.15 21.10 -0.1 0.4 0.3 -0.2 0.3 0.1
备注 冲刷量、淤积量及冲淤量单位为万m3；计算水位、冲刷深度、淤积厚度及冲淤深度单位为m，计算水位取测次2012-2实测水位，比较测次2012-1～2012-2。
从表1中可以看出，东荆河各险段整体冲淤幅度不大，整体冲淤量及平均冲淤深度最大的为马家渊险段，其整体冲淤量为淤积3.2万m3，平均淤积厚度为0.4m，其余险段的整体冲淤幅度较小，整体冲淤量不超过1万m3，平均冲淤深度也在0.5m以内。
3.结论与建议
根据东荆河5处险段2012年汛前及汛后两个测次的实测地形资料对这些险段的泥沙冲淤与河道演变情况进行了较为系统地分析，结论如下：
3.1通过套绘2012年汛期前后两个测次的河道地形资料，可以看出大多数险段的近岸等高线在汛期前后变化幅度不大，险段岸线基本保持稳定。
3.2通过在每个险段中按照一定距离选取的典型断面分析险段近岸河床的形态变化，可以看出各险段的典型断面汛后的变幅不大，变化幅度都在5m以内。
3.3通过计算东荆河各险段汛后泥沙冲淤量及冲淤深度，可以发现大部分险段汛后河床整体冲淤量及平均冲淤深度不大。
3.4由于2012年为枯水年份，河道水力特性比较稳定，通过分析比较，各險段年内汛前前后近岸深泓线变化幅度均不大，大多险段的近岸深泓线局部变幅都在10m以内。个别险段（马家渊险段）的摆幅最大为15m左右，整个东荆河险段2012年年内近岸深泓线整体保持稳定。
3.5东荆河河床演变较复杂，过去曾发生过较剧烈的冲淤变化和险情。由于河道地形测次较少，对河床演变规律分析还存在不足之处，并且2012年属于典型枯水年份，河道水力特性稳定，险段变化不大，为了精确掌握险段变化及变化原因、水力特性，建议对东荆河各险段选择有代表性年份进行水下地形监测或增加大洪水过后的现有险段水下地形测量，为更好地了解险段险情的形成原因、险情的发展趋势，为进一步加强险段整治通过更好地科学依据。
参考文献：
[1]田祥勇等，《汉江中下游及东荆河重点险段2012年河演简要分析报告》，湖北水神科技有限公司，2012年3月.
[2]张潮等，《基于三维数字地图的河道冲淤数据处理系统应用》，《人民长江》，2013第20期.
[3]林祚顶等，《水文现代化与水文新技术》，中国水利水电出版社，2008年12月.
作者简介： 陈好山，男，湖北建始人，1976-，工程师，从事水文监测分析及管理工作。
【关键词】东荆河；险工险段；河床演变分析
1.概述
东荆河位于江汉平原腹部，自北转向东南，起自潜江市泽口龙头拐，止于武汉市汉南区三和垸，河道全长173km，是汉江下游分流入长江的一条重要河道，洪水期可分泄汉江下游1/4的洪水。左岸为汉南区，有通顺河穿行其间；右岸为四湖中下區，发源于荆门市境内的内荆河贯穿而过。河堤安全保护范围涉及潜江、仙桃、监利、洪湖四个县市及江陵与武汉市汉南的部分地方。见图1。
图1 东荆河流域水系图
东荆河河道两堤间河槽与滩地面积约515km2，河底高程15.40～29.00m，纵向坡降0.83‰，两岸地势平坦，地面高程24～33m，西北高，东南低。东荆河属冲积平原河流。从泽口龙头拐至老新口呈南北向，老新口至三合垸呈东南向。中革岭以上117km的河道，河宽一般在300～500m，最宽达1500m，河床由第四纪粘土、亚粘土、淤泥、粉砂及砂砾层组成；中革岭以下56km河道，河宽一般在3500～4000m，最宽达7000m，河床多为粘壤土组成。龙头拐至北口长77km多为多弯河道，有较大急弯30多处，最大弯曲度110°；北口至中革岭长40km为微弯分汊型河道，有沙洲分流于洲头，合于洲尾；中革岭以下为蜿蜒分支型河流，从长河口分为两支，北支分为数股水流，蜿蜒曲折，时分时合，穿行于洲滩围垸之间，最后均汇入改道河在三合垸入长江。
河道横断面在顺直河段，泓漕居中，断面近似“V”形；弯曲河段，泓槽偏于凹岸，断面呈不对称的“U”形。横断面面积自70年代以来处于淤积减少之中。河道在平面上，因凹岸冲刷，河岸崩塌，而凸岸淤积，河弯缓慢向下游蠕动位移，经多年整治后，已基本稳定少变。
2.东荆河各重点险段近岸河床演变分析
2.1近岸等高线变化情况
东荆河险段共有5处，分别为潜江市红军月险段、监利县马家渊险段、仙桃市来仪寺险段、洪湖市中岭险段及黄家口险段。为了全面了解各河段近岸河床演变，本次根据2012～1（2012年汛前2～3月施测）及2012～2（汛后2012年10～11月施测）两个测次的实测水道地形资料，分析各险段的河床演变规律。
通过绘制东荆河各险段近岸等高线年内变化线，可以发现：1、潜江市红军月险段24m等高线险段内干堤弯顶附近岸线变化相对较大，但最大幅度不超过1m，险段岸线整体变幅较小；2、监利县马家渊险段24m等高线变化情况为：水流流向在此险段偏移约47度，险段内仅上游端部分位置岸线变幅较大，最大达17m，险段整体保持稳定；3、仙桃市来仪寺险段22m等高线变化情况为：主流顺河道自上游段往下游段一直发生偏移，由于岸线整体靠近大堤堤角，该险段2012年年内岸线整体变幅较小，最大不超过10m，岸线整体保持稳定；4、洪湖市中岭险段及黄家口险段22m等高线最大变幅仅为5m左右，整体河道边界比较稳定，河道水流流向比较平稳。
2.2近岸深泓线年内变化情况
通过比较东荆河各险段汛期前后近岸深泓线变化情况发现：1、潜江市红军月险段汛期前后近岸深泓线变化最明显的部分主要为上游端东荆河干堤急弯段，近岸深泓线摆幅相对较大，最大摆幅达11m，下游端由于河道保持顺直畅通，近岸深泓线变化不大；2、监利县马家渊险段由于水流流向在此发生较大角度偏移，位于上游端河道弯顶部分近岸深泓线摆幅达到16m，下游部分河道流向保持稳定，近岸深泓线也保持稳定；3、仙桃市来仪寺险段上游端近岸深泓线整体保持稳定，最大摆幅不超过10m；4、洪湖市中岭险段及黄家口险段整体河道边界条件比较稳定，且2012年为典型枯水年，河道水力特性稳定，最大摆幅仅为7m。
2.3近岸典型断面变化情况
在东荆河每个险段中按照一定距离依次选取2～3个典型断面，各险段所选典型断面见图2，再根据各险段2012-1及2012-2两个测次的实测水道地形资料，分析险段近岸河床的形态变化。通过分析：红军月及马家渊各险段在讯后均有所回淤，其最大淤积厚度分别为2.7m及2.3m，来仪寺险段、中岭险段及黄家口险段各断面汛后变化不大，冲淤幅度均在1m以内。
图2 东荆河主要险段典型断面图
2.4冲淤量变化
在东荆河各险段河道泥沙冲淤计算中，主要采用基于网格计算的河演冲淤数据处理软件，该软件利用现有数字化测图成果，以实测地形点（2012-1及2012-2断面）作为基础计算数据，结合河演分析实际需要，采用网格计算法，对数字化测图进行网格处理，将分析河段的地形信息分解成无数个矩形格网，形成数字地形模型。根据不同测次、相同矩形格网的地理信息，计算其地理信息变化，对分析河段冲淤变化幅度生成较为清晰的计算成果，以此作为河段冲淤分析的重要依据。
2.4.1网格点高程计算
首先计算工程边界范围内的三角网。根据DEM 网格点P 坐标（x，y ），判断该点位在三角网的序号，以确定所在三角形的3 点坐标A （XA，YA，ZA）、B （XB，YB，ZB）、C（XC，YC，ZC）（见图3）。然后根据该3 点坐标，采用直线插补法可计算出DEM 网格点P 的高程值ZP。
首先解直线方程，计算两直线AP 和BC 相交点Q的坐标XQ、YQ：
XQ=[（YC-YB）/（XC-XB）×XB+YP-YB-（YA-YP）/（XA-XP）×XP]/[（YC-YB）/（XC-XB）-（YA-YP）/（XA-XP）]
YQ=（YA-YP）/（XA-XP）×（XQ-XP）+ YP
根据QC 点和BC 点的距离SQC、SBC，采用直线插补法计算Q 点高程ZQ： ZQ=（SQC/SBC）（ZB-ZC）+ ZC
再根据PQ 点和AQ 点的距离SPQ、SAQ，采用直线插补法计算P 点高程ZP：
ZP=（SPQ/SAQ）（ZA-ZQ）+ ZQ
图3 DEM网格点高程计算示意图
2.4.2冲淤计算
系统可根据三角网的三维坐标生成的矩形网格点坐标，统计计算某一水位下的槽蓄量。
单行网格的槽蓄量体积为Vi=Σ （Hp1/2+Hp2+Hp3 +…Hpn/2）× dis2 （1）
单列网格的槽蓄量体积为Vj=Σ （Hp1/2+Hp2+Hp3 +…Hpm/2）× dis2 （2）
式中，Hpi为横向格网点的平均水深，i=1，2…，n；Hpj为纵向格网点的平均水深，j=1，2…，m； dis 为矩形网格边长。
联立式（1）和式（2），当格网间距dis 无限小时，整个区域的槽蓄量为
V=Σ （Hij）×dis2
式中，Hij为格网点的水深，i=1，2…，n； j=1，2…，m。
根据东荆河各险段汛前和汛后两个测次的实测水道地形资料，计算这些泥沙冲淤量及冲淤高度，为了方便两次测次中险段的冲淤计算比较，本次冲淤计算中各险段的计算水位选取各自二测次里较低的实测水位值，计算结果见表1：
表1 东荆河各险段2012年内冲淤计算成果表
序号 险 段名 称 2012-1实测水位 2012-2实测水位 冲刷量 淤积量 冲淤量 冲刷深度 淤积厚度 冲淤深度
1 红军月 24.88 25.00 -0.5 0.6 0.1 -0.5 0.6 0.1
2 马家渊 24.15 24.44 -0.3 3.5 3.2 -0.3 0.7 0.4
3 来仪寺 22.38 22.14 -0.9 0.2 -0.7 -0.4 0.2 -0.2
4 中 岭 21.78 21.47 -0.5 0.9 0.4 -0.4 0.5 0.1
5 黄家口 21.15 21.10 -0.1 0.4 0.3 -0.2 0.3 0.1
备注 冲刷量、淤积量及冲淤量单位为万m3；计算水位、冲刷深度、淤积厚度及冲淤深度单位为m，计算水位取测次2012-2实测水位，比较测次2012-1～2012-2。
从表1中可以看出，东荆河各险段整体冲淤幅度不大，整体冲淤量及平均冲淤深度最大的为马家渊险段，其整体冲淤量为淤积3.2万m3，平均淤积厚度为0.4m，其余险段的整体冲淤幅度较小，整体冲淤量不超过1万m3，平均冲淤深度也在0.5m以内。
3.结论与建议
根据东荆河5处险段2012年汛前及汛后两个测次的实测地形资料对这些险段的泥沙冲淤与河道演变情况进行了较为系统地分析，结论如下：
3.1通过套绘2012年汛期前后两个测次的河道地形资料，可以看出大多数险段的近岸等高线在汛期前后变化幅度不大，险段岸线基本保持稳定。
3.2通过在每个险段中按照一定距离选取的典型断面分析险段近岸河床的形态变化，可以看出各险段的典型断面汛后的变幅不大，变化幅度都在5m以内。
3.3通过计算东荆河各险段汛后泥沙冲淤量及冲淤深度，可以发现大部分险段汛后河床整体冲淤量及平均冲淤深度不大。
3.4由于2012年为枯水年份，河道水力特性比较稳定，通过分析比较，各險段年内汛前前后近岸深泓线变化幅度均不大，大多险段的近岸深泓线局部变幅都在10m以内。个别险段（马家渊险段）的摆幅最大为15m左右，整个东荆河险段2012年年内近岸深泓线整体保持稳定。
3.5东荆河河床演变较复杂，过去曾发生过较剧烈的冲淤变化和险情。由于河道地形测次较少，对河床演变规律分析还存在不足之处，并且2012年属于典型枯水年份，河道水力特性稳定，险段变化不大，为了精确掌握险段变化及变化原因、水力特性，建议对东荆河各险段选择有代表性年份进行水下地形监测或增加大洪水过后的现有险段水下地形测量，为更好地了解险段险情的形成原因、险情的发展趋势，为进一步加强险段整治通过更好地科学依据。
参考文献：
[1]田祥勇等，《汉江中下游及东荆河重点险段2012年河演简要分析报告》，湖北水神科技有限公司，2012年3月.
[2]张潮等，《基于三维数字地图的河道冲淤数据处理系统应用》，《人民长江》，2013第20期.
[3]林祚顶等，《水文现代化与水文新技术》，中国水利水电出版社，2008年12月.
作者简介： 陈好山，男，湖北建始人，1976-，工程师，从事水文监测分析及管理工作。