沁河主要河段河道演變分析

王 飛

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 沁河流域概況

沁河流經(jīng)晉、豫兩省，是黃河三門峽至花園口區(qū)間一條較大的一級支流。沁河發(fā)源于長治市沁源縣霍山東麓的二郎神溝，源頭分水嶺高程在2 200 m左右。河流在太岳山崇山峻嶺間蜿蜒南下，經(jīng)臨汾市安澤縣、晉城市沁水縣、陽城縣，于澤州縣栓驢泉附近入河南省，由河南省濟源市五龍口出太行山至武陟縣南賈村匯入黃河。流域總面積13 532 km2，山西省境內(nèi)12 304 km2，其中臨汾2 255 km2，晉城7 803 km2；干流全長485km，山西省境內(nèi)363km，其中臨汾段長107km、晉城段長154 km。

沁河流域呈闊葉形，地形北高南低，大部分為山區(qū)，干流按其自然特征分為上游、中游、下游三段。源頭至張峰水庫壩址為上游河段，張峰水庫壩址至省界為中游河段，河南省段為下游區(qū)。山西省境內(nèi)沁河屬河流的上、中游段，上游為石質(zhì)山區(qū)，植被良好；中部多為土石丘陵區(qū)，人類活動頻繁，植被較差；河谷兩岸分布的河谷平川區(qū)，土地肥沃，是發(fā)展農(nóng)田水利的重點區(qū)域。

2 河道演變分析

山西境內(nèi)沁河流域呈闊葉形，干流大致自北而稍偏東南穿行于山區(qū)，兩岸支流眾多，基本呈對稱性分布。干流河道大部分為砂頁巖地層，坡陡流急，兩岸峰巒重疊、山高谷深，地高水低，壁陡巖高，除沁水縣南部、陽城縣北部部分河段稍顯寬淺，其余河段基本屬窄深“U”型河道，加之泥沙淤積較輕，河床穩(wěn)定性總體較好。

2.1 分段河道演變分析

沁河流域地貌包括兩大單元，即太岳山區(qū)和晉東南高原，基本可分為石質(zhì)山區(qū)、土石丘陵區(qū)、河谷平川區(qū)三種地貌類型，河道演變依此分段分析。

2.1.1 石質(zhì)山區(qū)

石質(zhì)山區(qū)主要分布在沁河王家莊大橋以下流域，兩岸山體灰?guī)r出露，中部大都是石炭、二疊、三疊紀砂頁巖，此區(qū)植被一般良好，水土流失輕微，河道橫向變化很小。河道兩岸一般為懸崖峭壁，河床質(zhì)為卵礫石，主槽水流大，灘地上也大都是卵礫石，有的河段山腳下有洪積物。

從該段1974年測5萬地形圖和2000年測1萬地形圖的套繪圖中看，1974年和2000年的的河岸線基本重合，說明橫向基本沒有變化，從該段代表站潤城水文站實測大斷面圖中看，河道橫向和縱向變化都很小，河床穩(wěn)定，1966—1993年，只是河底略有抬高，河岸很穩(wěn)定。

2.1.2 土石丘陵區(qū)

土石丘陵區(qū)主要分布在沁河安澤段的安澤縣城以上流域。該段河道蜿蜒曲折，彎道甚多，主槽忽左忽右，隨山就勢。河谷丘陵坡地多開墾種植，導致水土流失較嚴重，是沁河上游泥沙的主要來源。從套繪河岸線看，2000年的凹岸因沖刷比1974年更凹，凸岸因淤積更凸，河道整體呈淤積狀態(tài)，河灘比主槽淤積嚴重。該段河道代表站是飛嶺水文站，從飛嶺站實測大斷面看，飛嶺段河道橫向擺動幅度很小，縱向有沖有淤，但總體呈逐年淤高趨勢，右岸是河谷階地，淤積明顯，左岸沖刷明顯，河床沖淤基本相當。

2.1.3 河谷平川區(qū)

河谷平川區(qū)主要分布在安澤縣城下游。河谷兩岸是洪積平川及緩坡地帶，人口集中、耕地連片、經(jīng)濟發(fā)達，流域內(nèi)90%以上的大中型工礦企業(yè)和灌溉面積都在本區(qū)。從年代河岸線套繪圖看出，1974—2000年，該段河道橫向變化明顯，右岸1974年是自然河岸線，2000年河岸線沿公路，左岸有擴張有回縮，總體上河道越來越規(guī)整。

2.2 主要工程河道段演變分析

2.2.1 和川水利樞紐

和川水利樞紐位于臨汾市安澤縣和川鎮(zhèn)附近的沁河干流上，攔河大壩為漿砌石混凝土重力壩，最大壩高27 m，壩頂長235 m，設計洪水標準50年一遇，校核洪水標準500年一遇，泄洪設施為12孔泄洪排沙底孔。汛期調(diào)度方式為敞泄，不控制下泄流量。

根據(jù)工程初步設計報告，多年平均懸移質(zhì)入庫沙量91.84萬t、推移質(zhì)入庫沙量13.78萬t，其中懸移質(zhì)泥沙中值粒徑0.029 8 mm、平均粒徑0.036 2 mm；壩下游設矩形消力池，池寬12 m，池長48 m，池深12.5 m。

據(jù)此分析，和川水利樞紐正常運行后，庫區(qū)將逐漸淤高，主要為顆粒較細的懸移質(zhì)，推移質(zhì)泥沙將在庫尾一定范圍內(nèi)發(fā)生溯源淤積；緊鄰壩下游河段因有消力設施防護，不沖不淤，基本保持建設后狀況；再向下游一定河段，河道較窄，略有彎度，坡度平緩，河床質(zhì)為砂、卵、礫石，形成抗沖層，所以下游河道沖刷不會太嚴重，左岸為土石山，也讓側(cè)蝕展鋪沒有太大余地。

2.2.2 西里水電站

西里水電站位于臨汾市安澤縣馬必鄉(xiāng)郎寨村附近的沁河干流上，攔河大壩為漿砌石重力壩，最大壩高33.25 m，壩頂長159.5 m，設計洪水標準50年一遇，校核洪水標準200年一遇，泄洪設施為：長110 m的溢流壩和1孔4 m×4 m泄洪沖沙孔。水庫調(diào)度方式為：下游河道未有防洪要求，所以水庫下泄量無限制；汛期6—9月份，在庫水位不高于汛期限制水位789.6 m、入庫流量小于泄流能力時，開啟底孔泄流，保持庫水位在汛限水位；當入庫流量大于泄流能力、庫水位超過汛限水位時暢泄，直至水位回落至汛限水位。

根據(jù)工程初步設計報告，多年平均懸移質(zhì)入庫沙量151.6萬t、推移質(zhì)入庫沙量22.7萬t，其中懸移質(zhì)泥沙中值粒徑0.029 8 mm、平均粒徑0.036 2 mm，水庫淤積形態(tài)為錐體淤積；消能采用挑流消能方式，挑壩高程780 m，挑射角22°，弧半徑12 m。

據(jù)此分析，西里水電站正常運行后，因非汛期水庫高水位運行，攔水壩前形成很大水面，壩前逐漸淤高，主要為顆粒較細的懸移質(zhì)，推移質(zhì)泥沙將在庫尾一定范圍內(nèi)發(fā)生溯源淤積。汛期利用洪水沖沙，水流挾沙而下，沖刷下游河道，緊鄰壩下游河段因有消力設施防護，不沖不淤，基本保持建設后狀況；再往下游一段，河道河床質(zhì)為卵礫石，河灘上也隨處可見卵石、礫石，河床抗沖能力強，所以下游河道縱向變化不會太大，兩岸為土石山，所以橫向也不會有太大擺動。

2.2.3 張峰水庫

張峰水庫位于晉城市沁水縣鄭莊鄉(xiāng)張峰村附近的沁河干流上，攔河大壩為粘土斜心墻堆石壩，壩頂長627.0 m，寬10.0 m，最大壩高72.2 m。設計洪水標準100年一遇，校核洪水標準2 000年一遇。泄洪設施為：4孔每孔寬12 m的溢洪道和6.5 m×6.5 m導流泄洪洞。張峰水庫調(diào)度方式，2008年汛期限制水位738.0 m，當洪水位超過738.0 m時，泄洪洞閘門開啟泄洪，但下泄流量不得超過800 m3/s；當洪水位超過741.6 m時，泄洪洞和溢洪道同時開啟，進行敞泄。

根據(jù)工程初步設計報告：正常蓄水位759.0m時庫區(qū)水面長25 km左右，多年平均懸移質(zhì)入庫沙量264.9萬t、推移質(zhì)入庫沙量39.7萬t，其中懸移質(zhì)泥沙中值粒徑0.029 8 mm、平均粒徑0.036 2 mm，水庫淤積形態(tài)為典型的三角洲淤積；消能采用挑流消能方式。

據(jù)此分析，張峰水庫正常運行期，庫區(qū)逐漸淤高，主要為顆粒較細的懸移質(zhì)，推移質(zhì)泥沙將在庫尾一定范圍內(nèi)發(fā)生溯源淤積。水庫泄洪洞在大壩左岸，壩前淤積較其他水庫嚴重些。緊鄰壩下游河段因有消力設施防護，不沖不淤，基本保持建設后狀況；再往下游一段，河道較窄，河勢平緩，河床質(zhì)為卵礫石，抗沖能力強，河灘砂土夾雜著石頭，抗沖能力一般，水庫泄洪時下游河道將受到?jīng)_刷。橫向受限于兩岸山體和道路，不會有太大變化。

2.2.4 杜河水庫

杜河水庫位于晉城市澤州縣李寨鄉(xiāng)馬安村附近的沁河干流上，攔河大壩為漿砌石重力壩，壩頂長214 m，最大壩高47 m。設計洪水標準50年一遇、校核洪水標準500年一遇。泄洪設施有溢流壩和沖沙閘。因水庫無防洪任務，汛期發(fā)生洪水時，超過汛限水位即開始敞泄。

根據(jù)應急除險加固報告，杜河水庫沖沙閘下游無消能工，溢流壩長期小泄量運行，使大壩下游河道沖刷嚴重，影響沖沙閘下游左岸邊坡穩(wěn)定。目前已經(jīng)在下游形成長約140 m、順河向深7.5～10.0 m的沖坑。

據(jù)此分析，杜河水庫正常運行期，庫區(qū)逐漸淤高，主要為顆粒較細的懸移質(zhì)，推移質(zhì)泥沙將在庫尾一定范圍內(nèi)發(fā)生溯源淤積。該段河道位于峽谷區(qū)，兩岸是陡峭的石山，橫向變化的可能性甚微。緊鄰壩下游河段因沒有消能設施，已經(jīng)形成很大的沖刷坑。應急除險加固報告中，坑內(nèi)積水形成的水墊也會對下泄水流起到一定的消能作用，因此對沖沙閘下游沖坑不做處理。再往下游一段，河床質(zhì)是卵石、塊石，河灘地上也鋪了厚厚一層卵石、塊石，抗沖能力強，河道坡降緩。下游河道沖刷不會太嚴重。

3 結(jié)語

根據(jù)沁河臨汾段和晉城段石質(zhì)山區(qū)、土石丘陵區(qū)、河谷平川區(qū)的地質(zhì)地形特點，以及各個地質(zhì)分段歷年地形圖套繪和代表站歷年實測大斷面資料，預測未來沁河河道演變趨勢：

石質(zhì)山區(qū)段：受兩岸山體影響，未來河道橫向和縱向比較穩(wěn)定。

土石丘陵區(qū)段：未來河道在平面上比較穩(wěn)定，縱向有沖有淤，總體淤積大于沖刷；當發(fā)生較大洪水時，沖刷加劇，河床將被刷深，河道縱向變形加劇，平面上主槽擺動幅度有限，河道發(fā)生大幅平面位移的可能性不大。

河谷平川區(qū)：由于受兩岸公路及河道整治工程等人類活動影響，未來河道橫向變化不會太大，縱向有沖有淤，以淤積為主。

各個水利樞紐工程：未來壩址處都會產(chǎn)生不同程度的淤積，但均設有沖砂設施，河道較為穩(wěn)定，樞紐下游段由于受到地形或者兩岸山地的影響，河床的抗沖能力強，河道橫向和縱向較為穩(wěn)定。