河道平面變動(dòng)對(duì)引漢濟(jì)渭二期工程穿涇河倒虹吸布置的影響分析

劉 哲

（陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001）

河道平面變動(dòng)分析是河道演變分析的主要內(nèi)容之一，與涉河建筑物工程布置設(shè)計(jì)密切相關(guān)。穿涇河倒虹吸是引漢濟(jì)渭二期工程的重要節(jié)點(diǎn)工程，是實(shí)現(xiàn)將陜南調(diào)水輸送至關(guān)中渭北缺水區(qū)域的必要聯(lián)通工程，對(duì)國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略、“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施均具有重大意義，也是實(shí)現(xiàn)關(guān)（中）-天（水）經(jīng)濟(jì)區(qū)快速發(fā)展、加快西安國際化大都市建設(shè)進(jìn)程、西咸新區(qū)快速建設(shè)的重要措施之一。分析研究穿涇河倒虹吸上下游河道平面變動(dòng)，對(duì)工程設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值，對(duì)保障工程安全運(yùn)行至關(guān)重要。

1 工程概況

引漢濟(jì)渭二期工程穿涇河倒虹吸[1]位于咸陽市涇陽縣縣城西側(cè)約9.0 km，南起太平鎮(zhèn)孫家堡村與牛楊村交界附近，北至中張鎮(zhèn)南王浩村附近，在涇河干流控制水文站張家山水文站和桃園水文站之間，上距張家山水文站21 km，下距桃園水文站28 km。距上游規(guī)劃涇河?xùn)|莊水庫約50 km。

引漢濟(jì)渭二期工程屬Ⅰ等大（1）型工程。涇河倒虹吸設(shè)計(jì)流量13.5 m3/s，建筑物級(jí)別為1級(jí)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)50年一遇洪水，洪峰流量11000 m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇，洪峰流量16300 m3/s。

涇河倒虹吸工程位于涇陽縣太平鎮(zhèn)牛楊村和南王浩村之間，線路平面走向由西南至東北，呈直線布置，倒虹吸與涇河河道夾角約50°，起點(diǎn)樁號(hào)77+393，末點(diǎn)樁號(hào)80+343，全長(zhǎng)2.95 km。其中：主河槽段長(zhǎng)629 m，左灘段長(zhǎng)1348 m、右灘段長(zhǎng)492 m。采用雙根DN2400 mm鋼管，按地埋式倒虹吸設(shè)計(jì)，雙管中心距為3.7 m。見圖1。

圖1 涇河倒虹吸上下游河道平面變動(dòng)分析示意圖

主河槽段長(zhǎng)629 m管頂控制埋深不小于9.8 m。主河槽以外右岸高灘地段長(zhǎng)492 m管頂最小埋深2.3 m，左岸灘地段長(zhǎng)1384 m管頂最小埋深4.55 m。

2 河道基本情況

涇河是渭河左岸最大支流，系陜西省關(guān)中地區(qū)第二條大河，發(fā)源于寧夏回族自治區(qū)涇源縣境內(nèi)的老龍?zhí)?。干流流?jīng)甘肅省平?jīng)?、涇川，由長(zhǎng)武縣湯渠鎮(zhèn)進(jìn)入陜西省，于西安市高陵區(qū)陳家灘匯入渭河，干流全長(zhǎng)455 km，河道比降2.47‰，流域面積45421 km2，多年平均徑流量20.15億m3，涉及陜、甘、寧三?。ㄗ灾螀^(qū)）33個(gè)縣（區(qū)）。張家山水文站以上集水面積為43216 km2，占全流域面積95%，干流長(zhǎng)396.8 km，河道平均比降2.78‰。河系呈不對(duì)稱扇形，支流多集中于左岸，左岸支流集水面積約為右岸的五倍。涇河是黃河流域輸沙量較多的一條支流，含沙量極高，其多年平均含沙量144.5 kg/m3，汛期平均高達(dá)252 kg/m3，多為懸移質(zhì)，泥沙中值粒徑0.022 mm。張家山站多年平均輸沙量為2.86億t，占渭河入黃河沙量的3/4，占黃河沙量的近1/5。

涇河在陜西省境內(nèi)長(zhǎng)258 km，流域面積9210 km2，其中：陜北1413 km2，關(guān)中7797 km2。干流由上至下流經(jīng)長(zhǎng)武、彬州、永壽、淳化、禮泉、涇陽、高陵等七縣（區(qū)）。省境內(nèi)河床總跌差561 m，河道平均比降2.09‰。

陜西省境內(nèi)涇河河道特性沿程差異較大，大致可分為三段：

上段起自長(zhǎng)武縣地掌鎮(zhèn)湯渠村，終于彬州早飯頭，干流長(zhǎng)約71.0 km，河床比降1.5‰，河谷寬闊，灘槽明顯，為山區(qū)性河流開闊段，河寬在500 m～2000 m之間。

中段起自彬州市早飯頭，終于涇陽張家山?jīng)芑萸?，河道長(zhǎng)127.0 km。該段河谷狹窄，山坡陡峻，中水河床與洪水河床之間多無明顯界線，系一典型的山區(qū)性河段。早飯頭至老龍山斷層比降為2.1‰，基巖裸露，河寬在100 m左右；老龍山斷面至張家山為峽谷河段，比降6.3‰，河寬僅30 m左右。

下段起自涇惠渠渠首，終于涇河入渭口處，干流穿行于關(guān)中平原區(qū)，長(zhǎng)約60 km，比降為1‰，呈平原性河流特性。該段干流河床寬淺，灘槽明顯，主流游蕩多變。

3 河段特征

涇河干流下段總體呈西北-東南向斜穿渭北原區(qū)，區(qū)間干流無大的轉(zhuǎn)折。河道沿岸地勢(shì)平坦、土層深厚，區(qū)間干流河道除泔河一級(jí)支流加入外，再無大的支流加入和大的轉(zhuǎn)折。河槽總體呈上游窄下游寬之勢(shì)，但從具體河段來講，則是沿程寬窄相間。河道的彎曲程度沿程變化不定，曲折系數(shù)一般在1.20左右。個(gè)別河段稍大。河道在縱斷面上主要表現(xiàn)為上陡下緩趨勢(shì)，在橫斷面上河槽總體上呈現(xiàn)出上游窄下游寬之勢(shì)。根據(jù)河道地貌地形特點(diǎn)，涇惠渠渠首～涇河西銅鐵路橋段河道又可分為以下3個(gè)子河段。

①?zèng)芑萸住锖涌诙危汉拥篱L(zhǎng)約5.5 km，河床較窄，邊灘不發(fā)育，多為單式“U”型斷面，河床寬度一般在300 m～600 m，岸坎高出河床7.8 m，河心有基巖裸露，河床為大卵石堆積。河床縱剖面相對(duì)起伏較大，形態(tài)不規(guī)則，呈上凸臺(tái)階型，河道比降約為1‰。由于該段河道深切于古生代基巖和砂礫石、巨石、亞粘土組成的河床之中，河槽窄深，河道明顯受構(gòu)造控制，基本屬半山區(qū)性河流。

②泔河口～臨涇村段：河道長(zhǎng)約11.0 km，河床逐漸放寬，漫灘發(fā)育，灘槽明顯，主流集中歸槽。河床寬度一般在500 m～700 m左右，岸坎高出河床9.0 m。河床縱剖面相對(duì)起伏較小，無明顯臺(tái)階狀變化，呈不明顯下凹型，并間有倒坡出現(xiàn)，平均比降為1.08‰。該段河道基座位于第四系中更新統(tǒng)沖積的亞粘土層上，有較厚的松散沉積物，有利于河道的擺動(dòng)及分汊河道形成。

③臨涇村～涇河西銅鐵路橋段：河道長(zhǎng)約34.0 km，是本工程區(qū)河段。該段河床較為開闊，河床寬度一般在650 m～900 m左右，最寬處達(dá)2.5 km，岸坎高出河床6.0 m，漫灘及江心灘比較發(fā)育，汊道、串溝較多，以復(fù)式斷面居多，主要為順直分汊到微彎分汊型河道。按照河道縱剖面特征，該段河道河床縱剖面相對(duì)起伏較小，無明顯臺(tái)階狀變化，平均比降為1.3‰。主要是由于該段河道基座于第四系中更新統(tǒng)沖積的亞粘土層上，有較厚的松散沉積物，有利于河道的擺動(dòng)及分汊河道的形成。

擬建涇河倒虹吸位于上下游2個(gè)連續(xù)“S”型彎道連接段。河道呈天然狀態(tài)，幾無人為干擾，兩岸為天然岸坎，無堤防工程。河道灘槽界限明顯，主流穩(wěn)定、單一，主河槽寬度100m～300m，無支汊流，左岸受水流作用，有輕微側(cè)蝕。河道比降較緩，流速不大。工程穿河點(diǎn)處左灘極為發(fā)育，沿東北方向展布超過2 km，右灘受高坎（高差70 m以上）限制，寬度約1.5 km，比左灘略高3.0 m。兩岸灘地以農(nóng)田、果林地為主，少量村莊分布其中。

4 平面變動(dòng)分析

涇河下游從張家山到入渭口約60 km為平川段，平川段之前的峽谷段和原梁溝壑段涇河明顯下切，河道穩(wěn)定，平川段入口（張家山）位置較為穩(wěn)固，從鄭國渠至今之涇惠渠渠首，引涇河水的位置只是沿河上溯、并未脫離河槽即是例證。根據(jù)歷史考證，進(jìn)入平川段后，在地層抬升、渭河北移以及自身水沙等因素的共同作用，涇河尾閭發(fā)生擺動(dòng)，入渭口總體趨勢(shì)是自東向西移動(dòng)，期間有間斷性的擺動(dòng)。

涇河倒虹吸上、下游現(xiàn)狀河道灘槽分界明顯，右岸灘槽分界以牛楊村（1980年遷來此處）東側(cè)岸坎為界，右灘受右側(cè)高坎（地面高程407 m左右）限制，發(fā)育有限，展布范圍較??；左岸以現(xiàn)狀河道東側(cè)岸坎為界，邊灘發(fā)育成熟，范圍極廣。此外，左灘北部以云田王村-河灘楊村-張百姚村-北王浩村南側(cè)（D1～D3）、南王浩村（1940年代遷來此處）南側(cè)（C1～C2）天然形成兩道高坎，D1～D3一線地面高程約411 m、C1～C2段地面高程在404 m左右，現(xiàn)狀岸坎較為穩(wěn)定。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研、走訪了解，1940年至今，近80年以來倒虹吸處附近河道較為穩(wěn)定，已發(fā)生的多次洪水從未上右灘，左灘受洪水淹沒，洪水位沒有高過C1～C2段地面高程，但主槽沒有受洪水影響發(fā)生擺動(dòng)，較為穩(wěn)定。見圖1。

根據(jù)《陜西省洪水調(diào)查資料》[2]，張家山站近一百年來，最大一次洪水發(fā)生在1911年，洪峰流量為14700 m3/s，可靠，重現(xiàn)期88年。若河道河灘糙率取0.036，河槽糙率取0.027，按現(xiàn)狀河道斷面測(cè)算，洪水位超過405.5 m，高過C1～C2段高坎。涇河倒虹吸校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇，洪峰流量16300 m3/s，校核洪水位為406.26 m，低于D1～D3一線地面高程。

分析河段（Z1～B3段）長(zhǎng)5.8 km，現(xiàn)狀河道寬約100 m～300 m。為了便于分析，對(duì)該段河道套繪1982年五萬分之一、2000年萬分之一航測(cè)地形圖。分析河段共包括3個(gè)彎道段：Z1～Z2段、A1～A2段和 B1～B2 段，Z1～Z2段和 B1～B2段受河流沖刷影響，右岸有側(cè)蝕現(xiàn)象，Z2點(diǎn)緊貼右岸高坎、較為穩(wěn)定；倒虹吸位于“S”型彎道上部A1～A2段和下部B1～B2段之間，穿河處河道較為順直，河流有向右岸侵蝕的趨勢(shì)。A1～A2段左岸有側(cè)蝕現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研來看，該處為天然河岸，仍有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。若A1～A2段進(jìn)一步側(cè)蝕，岸邊則可能向北側(cè)遷移至D1～D2段高坎處，如遇200年一遇洪水時(shí)，穿河處右岸岸坎較高、洪水不會(huì)漫灘；左岸則會(huì)漫灘，則C1～D4段受洪水沖刷風(fēng)險(xiǎn)較大。

5 結(jié)論

涇河是陜西省關(guān)中地區(qū)主要河流之一，水沙條件復(fù)雜，是渭河泥沙的主要來源地，下游地區(qū)特別是張家山～入渭口段進(jìn)入平原區(qū)，河流擺動(dòng)頻繁、洪水災(zāi)害頻繁。涇河倒虹吸跨河處上下游現(xiàn)狀為天然河段，水流侵蝕岸坎現(xiàn)象明顯。本文通過河道平面套匯結(jié)合實(shí)地調(diào)查，分析河道平面變動(dòng)影響，從考慮工程安全的角度出發(fā)，建議將倒虹吸左灘部分、灘槽分界點(diǎn)以東水平長(zhǎng)度524 m段（即C1～D4段）按主河槽埋深控制，以減輕河道平面變動(dòng)對(duì)工程安全的影響。