閩江下游閩清河段河道演變分析

葉麗清，胡朝陽，王新強(qiáng)

(1.福建省水利水電勘測設(shè)計研究院，福建 福州 350001；2.福建省水工程水動力研究中心，福建 福州 350001)

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閩江下游閩清河段河道演變分析

葉麗清1,2，胡朝陽1,2，王新強(qiáng)1,2

(1.福建省水利水電勘測設(shè)計研究院，福建 福州 350001；2.福建省水工程水動力研究中心，福建 福州 350001)

摘要：閩清河段位于閩江下游，受水庫建設(shè)、河道采砂及航道整治等人類活動影響，水沙條件變化和河床演變較為劇烈，崩岸事故頻發(fā)，給沿岸人民的生產(chǎn)、生活等帶來較大影響。依據(jù)河道實測地形資料，從河道平面、深泓線變化及河床斷面形態(tài)等方面對該河段的演變特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：受河道兩岸山體及河中丁壩群制約，閩清河段平面變化受到限制，歷年來的演變以縱向的刷深為主，且刷深幅度明顯；其演變受到河道形態(tài)與河床邊界、水庫建設(shè)、河道采砂、涉河工程建設(shè)、大洪水、支流入?yún)R及潮汐頂托等多個因素的影響；結(jié)合演變影響因素的變化趨勢，預(yù)計今后一段時期內(nèi)閩清河道仍將以縱向沖刷為主，應(yīng)加強(qiáng)涉河工程基礎(chǔ)的守護(hù)。

關(guān)鍵詞：閩江；閩清河段；河道演變；影響因素；演變趨勢

閩江下游河床演變在其兩岸經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中占有重要地位，其沖淤變化、河床演變及其對咸潮上溯、南北港分流比等影響的研究一直受到重視[1-11]。陳一梅等利用實測資料研究了閩江下游竹岐至侯官段的河床演變規(guī)律，認(rèn)為該河段總體演變趨勢是沖刷，但淺灘淤積[3]；同時還利用衛(wèi)星遙感技術(shù)分析了閩江口深水航道的演變情況，為整治航道提供了依據(jù)[4]。林勇對閩江下游福州段的演變特征與趨勢進(jìn)行了分析，提出了該河段整治的方案與建議[5]。江傳捷探討了竹岐與文山里水文站實測水位與河床斷面面積、河道流量之間的關(guān)系，并結(jié)合水文站歷年最低水位的變化揭示了河床的演變情況，分析了河床下切的主要影響因素[8]。王世場等利用數(shù)學(xué)模型模擬分析了閩江河道地形演變對咸潮上溯的影響，指出隨著閩江下游河道地形下切，咸潮影響上界上移，影響范圍可達(dá)淮安附近[10]。楊首龍等在探明閩江下游天然河道河沙儲量的基礎(chǔ)上，分別從水動力作用和人為挖沙兩個方面預(yù)測閩江下游河床演變的趨勢[11]。迄今為止，單獨對閩江下游閩清河段河道演變方面的研究較為欠缺。為了揭示閩江下游閩清河段的演變特征及主要影響因素，本文根據(jù)實測河道地形資料，從河道平面、深泓線、河床斷面形態(tài)變化等方面進(jìn)行了研究，分析了該河段演變的主要影響因素，預(yù)測了該河段的演變趨勢。該研究對防治現(xiàn)有涉河工程的安全隱患，優(yōu)化未來涉河工程的總體布局、項目選址、建設(shè)方案等具有重要意義。

1　河段概況

閩清河段位于閩江下游，上起水口大壩、下至閩侯縣湯院村，由兩個彎道段(安仁溪～北溪彎道和閩清渡口彎道)和其間的過渡段組成，河段長約22 km。河床由基巖、卵石、粗沙和細(xì)沙組成，兩岸多基巖裸露，巖性為火山巖，該河段左有安仁溪，右有梅溪匯入。閩清河段為內(nèi)河Ⅳ航道，航道部門在河道兩側(cè)建設(shè)有大量丁壩。河段兩岸未建設(shè)防洪堤，僅在崩岸嚴(yán)重河段建有護(hù)岸工程。此外，該河段規(guī)劃有采砂區(qū)，年均采砂量在40萬m3左右。

2　水沙特性

該河段上游建有水口水庫，來水來沙特性基本上由水庫控制。下游有竹岐水文站，為閩江下游干流控制站。水口水庫建設(shè)前(1950年—1992年)竹岐站多年平均徑流量為532億m3，多年平均流量為1 685 m3/s，建庫后(1993年—2011年)多年平均徑流量為535億m3，多年平均流量為1 685 m3/s，建庫前后來水條件沒有較大改變。閩江下游來沙條件受水口水庫影響較大，多年平均懸移質(zhì)含沙量由建庫前(1950年—1992年)的0.128 kg/m3減少為建庫后(1993年—2011年)的0.043 kg/m3，減少了66.4%；多年平均懸移質(zhì)輸移量由建庫前的703萬t減少為建庫后的271萬t，僅為建庫前的38.5%。水口水庫建庫前后竹岐水文站水沙特征值見表1。

表1　水口水庫建設(shè)前后竹岐水文站水沙特征值

3　河道演變分析

3.1河道平面變化

3.1.1深泓線平面變化

由于兩岸沿程的山體及丁壩對河道制約作用較強(qiáng)，加之彎道水沙運動特點，閩清河段深泓線的平面變化主要發(fā)生在兩彎道之間的過渡段，其變化主要與來水來沙及過渡段淺灘的演變有關(guān)，而彎道段深泓線基本保持相對穩(wěn)定。其中過渡段又以猴山泵站和溪口附近河段深泓線擺幅最為明顯，其余河段變化幅度相對較小。1952年—2008年猴山泵站附近河段深泓線靠近右岸，其間交織擺動，但擺動幅度不大，而到了2009年，深泓線則由右岸移至左岸，最大擺幅達(dá)500 m，2011年深泓線繼續(xù)位于河道左岸，與2009年相近，變化幅度較小。溪口附近河段1952年—2003年深泓線擺幅較大，1952年溪口大橋上游深泓線位于河道右岸，2003年則向左擺動至河中，最大擺幅達(dá)223 m，溪口大橋至閩清大橋深泓線向右擺動，最大擺幅為238 m；2003年—2008年，溪口大橋上游深泓線由河中移至右岸，最大擺幅為202 m，溪口大橋至閩清大橋深泓線向左擺動，最大擺動幅度為258 m；2008年—2009年溪口大橋上游深泓線繼續(xù)向右擺動，最大擺幅達(dá)222 m，溪口大橋至閩清大橋深泓線向左擺動，最大擺動幅度為170 m；2009年—2011年深泓線基本穩(wěn)定，擺幅較小。

3.1.2等深線平面變化

表2給出了2003年—2011年猴山泵站至湯院河段0 m、2 m、4 m、6 m等深線以下河床面積變化。可見，該河段0 m、2 m、4 m、6 m等深線以下河床范圍普遍擴(kuò)大，且呈逐年遞增態(tài)勢。在2003年，0 m等深線未貫通，僅在在溪口大橋上游、閩清渡口彎道附近及建興村至塔府頭局部河床出現(xiàn)0 m以下高程；2008年0 m等深線仍然未貫通，但范圍較2003年有明顯增大，只在閩清大橋上下游各約400 m的區(qū)域內(nèi)未出現(xiàn)0 m以下高程。2009年和2011年0 m等深線則全程貫通，范圍進(jìn)一步增大。2 m、4 m、6 m等深線歷年平面變化特征與0 m等深線相似。

表2　猴山泵站～湯院河段歷年不同等深線以下河床面積變化

3.2深泓線縱剖面變化

圖1給出了閩清渡口彎道歷年深泓線縱剖面變化。該河灣1952年—2011年河道深泓線縱剖面總體呈沖刷下切趨勢，僅在丁壩附近河段呈沖淤交替狀態(tài)。1952年—2003年全程深泓線平均下切了2.38 m；2003年—2008年間，全程平均下切了2.11 m。2008年—2009年該河灣全程下切，平均下切2.23 m，下切幅度極其明顯；2009年—2011年間，全程平均下切了1.8 m。

圖1閩清渡口彎道深泓線縱剖面高程變化

3.3河床斷面變化

從河床斷面變化來看，該河段呈不斷下切趨勢，僅局部出現(xiàn)小幅度淤積。1952年—2003年河床下切明顯，主要是因為這期間的人類活動干擾較大，發(fā)生了航道整治、水口水庫建設(shè)及河道采砂等對該河段演變起決定性影響的人類活動。2003年—2008年河床變化幅度相對較小，部分?jǐn)嗝娉尸F(xiàn)出沖淤結(jié)合的狀態(tài)。2008年—2009年主河槽刷深明顯，主要是與這期間極低的水流含沙量和采砂有關(guān)，2008年和2009年含沙量分別低至0.007 kg/m3和0.008 kg/m3，其中2008年的含沙量是有史以來的最低值。2009年—2011年主河槽刷深明顯，并伴隨有河道深槽的調(diào)整，采砂與洪水作用是主要影響因素。

1#斷面(見圖2)在1952年—2003年間，河床處于沖刷狀態(tài)，其中河床中部刷深明顯，最大下切達(dá)5.98 m；2003年—2008年河床處于全線沖刷狀態(tài)，河床局部最大下降4.45 m；2008年—2009年該斷面左側(cè)河床下切幅度較大，最大下切10.59 m，右側(cè)河床有所抬升，斷面深泓點左移140 m，深泓點高程較2008年下切了7.20 m，系采砂導(dǎo)致；2009年—2011年深泓擺幅不大，較2009年右移20 m，高程較2009年下降1.23 m，斷面左側(cè)河床沖淤結(jié)合，右側(cè)河床略有沖刷。

圖21#溪口大橋斷面高程變化

2#斷面(見圖3)位于閩清大橋下游約87 m處，在1952年—2003年間，該斷面深泓點左移，主河槽處于沖刷狀態(tài)，最大下切5.72 m；2003年—2008年深泓繼續(xù)左移，高程較2003年下降2.58 m，斷面左側(cè)河床有沖有淤，右側(cè)河床略有刷深；2008年—2009年深泓向右偏移30 m，高程較2008年下切1.10 m，河床中部沖刷幅度較大，最大下切5.07 m，右側(cè)河床有沖有淤，變化幅度較??；2009年—2011年深泓點向右偏移100 m，高程較2009年下切了2.07 m，斷面左側(cè)河床沖淤結(jié)合，右側(cè)河床較穩(wěn)定。

圖32#閩清大橋斷面高程變化

3#斷面(見圖4)位于渡口村，20世紀(jì)60年代在右岸建設(shè)丁壩，該斷面河床中部475 m處即為丁壩壩身。以丁壩為分界線，丁壩左側(cè)河床在1952年—2003年間處于沖刷狀態(tài)，最大下切4.86 m，丁壩右側(cè)河床本為壩田淤積區(qū)，但出現(xiàn)深坑，高程最大下降10.28 m，采砂是主要原因。2003年—2011年，丁壩左側(cè)河床呈逐年下切態(tài)勢，2011年較2003年河床最大下降9.94 m，右側(cè)深坑變化幅度相對較弱，略有刷深?？梢?，在來沙大幅度減少的情況下，采砂坑因得不到足夠的泥沙補(bǔ)給而難以恢復(fù)。

圖43#渡口村斷面高程變化

4#斷面(見圖5)深泓在1952年—2011年間均位于右側(cè)河床，河床向沖刷下切方向發(fā)展。1952年—2003年左側(cè)河床處于沖刷狀態(tài)，最大下切8.64 m，右側(cè)河床高程從-0.8 m抬高至3.65 m，與右岸丁壩挑流有關(guān)；2003年—2008年深泓線右移40 m，高程較2003年下降7.27 m，右側(cè)河床處于沖刷狀態(tài)，左河床無明顯沖淤；2008年—2009年深泓線未發(fā)生變化，河床左側(cè)出現(xiàn)采砂坑，河床高程較2008年下降7.73 m，右側(cè)河床沖淤變化不明顯；2009年—2011年深泓線向左偏了60 m，高程較2009年下切2.46 m，河床中部刷深幅度較大，最大下切8.19 m，左側(cè)采砂坑略有淤積，恢復(fù)緩慢。

圖54#建興村斷面高程變化

3.4河床演變趨勢

3.4.1河道演變影響因素

根據(jù)閩清河段平面、深泓、河床斷面及沖淤的變化特點，該河段演變的主要影響因素有：(1)河道形態(tài)及河床邊界，閩清河段兩岸多山體，河道的平面發(fā)展受到限制，在水口水庫下泄清水條件下，河道斷面形態(tài)主要呈下切的沖刷發(fā)展過程。(2)水口水庫建設(shè)帶來的徑流過程與輸沙過程變化，特別是對全部推移質(zhì)及大部分懸移質(zhì)的攔截，這對以底沙造床為主的閩江下游河道來說影響是巨大的。(3)河道采砂，主要指采砂坑導(dǎo)致的溯源沖刷及河床的全面調(diào)整，河道來沙量在這一過程中起重要作用，是采砂坑能否復(fù)原的關(guān)鍵因子。在來沙量大幅度減少而采砂量巨大的情況下，河床“入不敷出”，必將下切[11-12]。(4)涉河工程建設(shè)帶來的影響，包括丁壩群、橋梁、碼頭、取水口、護(hù)坡等。其中丁壩群對河床束窄明顯，對該河段河勢起控制作用，也是閩清渡口彎道凹岸免遭沖蝕的重要原因。橋梁、碼頭、取水口及護(hù)坡等帶來的局部沖淤也不可忽視。(5)大洪水影響，自1952年—2011年的60年間，閩江流域先后出現(xiàn)11場大洪水，歷次洪水是邊灘淤積、深槽調(diào)整的主要原因。(6)其它影響因素，包括梅溪匯流、潮汐頂托等。梅溪入?yún)R口呈淤積勢態(tài)，且入?yún)R水沙影響到入?yún)R口下游右岸一定區(qū)域的河床形態(tài)。閩清河段亦受潮汐影響，屬于河流近口段，水位規(guī)律漲落會影響到該河段泥沙的運動。

3.4.2河道演變趨勢

水庫下游河床的演變一般遵循著沖刷侵蝕、河床粗化、形成抗沖層，河床逐步穩(wěn)定的規(guī)律[13-15]。目前，整個閩江下游河床尚未穩(wěn)定，河勢處于不斷調(diào)整之中。閩清河段是受水口水庫清水下泄影響最大的河段，楊首龍等人的研究即指出閩清河段屬于河床不穩(wěn)定區(qū)，未來仍有較大下切空間[11]。而在河道演變影響因素的變化趨勢方面，水口水庫為不完全季調(diào)節(jié)水庫，下泄水沙條件將長時間維持現(xiàn)狀，洪水發(fā)生頻率和等級也將基本不變。閩清河段采砂量將逐步減少，但是仍然會超過來沙量；河段兩岸堤防、護(hù)坡、橋梁及碼頭等涉水工程將陸續(xù)規(guī)劃實施；潮汐動力還將不斷增強(qiáng)?？梢姡趤硭畞砩硹l件基本不變、采砂活動和丁壩群長期存在且未來堤防、護(hù)岸等工程將進(jìn)一步限制河道平面變化的條件下，河床變化將以縱向沖刷為主，河勢不會出現(xiàn)較大調(diào)整。

4　結(jié)　論

(1)閩清河段位于閩江下游上段，是受水口水庫清水下泄影響最大的河段，河道中采砂、涉河工程建設(shè)等人類活動頻繁劇烈，給河段演變帶來極大影響。

(2)受河道兩岸山體及河中丁壩制約，閩清河段平面變化受到限制，歷年來的演變主要以縱向的刷深為主，且刷深幅度明顯。0 m、2 m、4 m、6 m等深線以下河床普遍擴(kuò)大，且呈逐年遞增態(tài)勢；深泓線位置處除過渡段淺灘處擺幅較大外，均基本穩(wěn)定；河道斷面形態(tài)呈下切狀態(tài)，斷面面積不斷增大。

(3)根據(jù)閩清河段演變影響因素的變化趨勢，預(yù)計今后一段時期內(nèi)該河段河床變化仍將以縱向沖刷為主，應(yīng)加強(qiáng)涉河工程基礎(chǔ)的守護(hù)。

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EvolutionAnalysisofMinqingChannelintheLowerReachofMinjiangRiver

YE Li-qing1,2,HU Zhao-yang1,2,WANG Xin-qiang1,2

(1.FujianProvincialInvestigation,Design&ResearchInstituteofWaterConservancy&Hydropower,Fuzhou,Fujian350001,China;2.FujianHydraulicsResearchCenter,Fuzhou,Fujian350001,China)

Abstract：Minqing channel is situated at the lower reaches of Minjiang River,due to the construction of the reservoir,sand excavation in river courses and waterway regulation,the changes of the flow and sediment conditions and the evolution of the riverbed are relatively strong,which causes frequent riverbank collapses.These accidents affect the livelihood of people who live along the channel.Based on the measured topographic data of Minqing channel,the evolution characteristics was analysed from aspects of the overall terrain variations,the changes in thalweg and cross-section morphology,etc.The results showed that the evolution of Minqing channel in late decades were mainly in longitudinal scour with significant depth;the influential factors of evolution include the channel morphology and riverbed border,the construction of the reservoir,the sand excavation,the near-shore projects,the big floods,the inflow of branches and the tidal jacking.According to the change trend of the influential factors,it is predicted that the evolution trend of Minqing channel will still mainly be longitudinal scour over a period of time in the future,and the foundation of the near-shore projects should be protected and reinforced.

Keywords：Minjiang;Minqing channel;channel evolution;influential factors;evolution trend

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.033

中圖分類號：TV375

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672—1144(2014)06—0164—04

作者簡介：葉麗清(1972—)，女，福建古田人，高級工程師，主要從事水工模型試驗與河床演變等的研究工作。

收稿日期：2014-08-04修稿日期：2014-09-07