黃沙瀝水道中上游河道演變分析

劉學(xué)明 熊靜 珠江水利委員會珠江水利科學(xué)研究院

林磊 中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司

吳文強(qiáng) 廣東華禹工程咨詢有限公司深圳分公司

常賾 王騰飛 張瓊海 珠江水利委員會珠江水利科學(xué)研究院

1.引言

近年來由于經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，各類涉河建設(shè)項目增多，人類活動對河道的影響越來越大，局部河段的侵蝕后退可能會對堤防安全造成嚴(yán)重威脅。河道演變的研究，在科學(xué)理論和實際工程中均有重要意義；在制定河道整治方案之前，必須進(jìn)行河道演變的調(diào)查，了解河道演變規(guī)律、演變特征及內(nèi)在機(jī)理，初步預(yù)測其發(fā)展趨勢。影響河道演變的因素很多，如構(gòu)造運(yùn)動、河床條件、水沙變化及人為因素等，在諸多因素的共同作用下，河槽沖淤變化多端，這對防洪、通航、引水等工程提出更高要求。目前國內(nèi)外暫無黃沙瀝水道河道演變相關(guān)的研究。本文基于黃沙瀝水道中上游多年實測地形資料，對比分析了河道近期沖淤演變，并對其沖淤原因及未來演變趨勢進(jìn)行了分析，在河段整治、水利工程規(guī)劃、防災(zāi)減災(zāi)等方面具有重要意義，同時亦可為河道、堤防及涉河建筑物的系統(tǒng)治理及規(guī)劃提供參考。

2.河道概況

黃沙瀝水道位于廣東省中山市黃圃鎮(zhèn)與三角鎮(zhèn)交界處，西接雞鴉水道，向東流經(jīng)黃圃、三角邊界，到石基河頭入洪奇瀝（圖1），全長10km，現(xiàn)有橋梁1座，河面寬130～150m，為Ⅲ級航道，可通航300～500t船舶；受潮汐影響，為雙向流河段，是黃圃、三角、民眾鎮(zhèn)的農(nóng)田排灌河，為雞鴉水道的主要排洪分支，汛期最大流量為1011m3/s。分析河段左岸堤防為馬新圍，右岸堤防為民三聯(lián)圍，現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)均為30年一遇。

圖1 黃沙瀝水道附近水系情況

3.近期演變規(guī)律

珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)及河口承泄珠江流域45.3萬km3來水來沙。珠江屬少沙河流，年平均含沙量僅0.284kg/m3，但由于水量充沛，年平均輸沙量達(dá)9210萬t，其中約有20%的泥沙淤積在網(wǎng)河區(qū)，80%的泥沙分由八個口門輸出淺海區(qū)。20世紀(jì)50～60年代初，珠江三角洲河道普遍處于輕微自然淤積狀態(tài)；進(jìn)入60年代開展普遍的大規(guī)模聯(lián)圍筑閘工程，產(chǎn)生束水攻沙效應(yīng)使河床受到?jīng)_刷；70年代后期～80年代初，河床經(jīng)動態(tài)調(diào)整后普遍由輕微沖刷轉(zhuǎn)為輕微淤積；80年代中期后,經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展伴隨大規(guī)模人工挖砂，河床由淤積為主快速轉(zhuǎn)為沖刷為主；20世紀(jì)末至21世紀(jì)初,中上游河床年下切量達(dá)到峰值，強(qiáng)度遠(yuǎn)超自然演變過程。

根據(jù)河道1999年、2012年和2018年的三次實測地形資料，對河道近期沖淤演變規(guī)律進(jìn)行分析，分析河段兩岸之間寬約135m，自分析河段上游至下游布置了6個斷面，如圖2所示。

圖2 研究河段及斷面布置

3.1 河段斷面形態(tài)的變化

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，將1999年、2012年、2018年三個年份的河道斷面對比，斷面顯示的河道主槽橫向位置基本穩(wěn)定。分析河段斷面河寬寬窄不一，斷面河床有沖有淤，以沖為主（圖3）。

圖3 分析河段河床演變斷面情況

3.2 河段斷面面積和河道寬度變化

根據(jù)各分析斷面統(tǒng)計結(jié)果，2012年較1999年相比，所有分析斷面的過水面積變化幅度為-236.22m2～114.01m2，平均減少了39.51m2，約占1.11%；2018年較2012年相比，分析斷面過水面積變化幅度為7.97m2～37.91m2，平均增加了23.58m2，約占0.71%；2018年較1999年相比分析河段過水面積呈減小趨勢，平均減少了15.94m2。

由圖5可知，2012年的斷面寬度與1999年相對應(yīng)的斷面寬度相比，分析河段除5#斷面河寬增加外，其余斷面均呈縮窄趨勢，縮窄幅度為16.81m～51.24m；2018年與2012年斷面寬度相比，分析斷面河寬均呈拓寬趨勢，平均寬度拓寬了4.90m；2018年較1999年相比分析，河段斷面河寬呈縮窄趨勢，平均縮窄了23.3m。

圖4 分析河段各斷面過水面積

圖5 分析河段各斷面河道寬度

圖6 分析河段各斷面平均水深

圖7 分析河段各斷面深泓高程

圖8 分析河段各斷面寬深比

3.3 河段平均水深和深宏高程變化

2012年的平均水深與1999年相對應(yīng)斷面的平均水深相比，分析河段變化幅度為0.11m～2.42m，分析斷面平均水深均呈增加趨勢；2018年與2012年斷面平均水深相比，分析河段變化幅度為-0.48m～0.2m，分析斷面平均水深呈降低趨勢，平均水深降低了0.05m。2018年較1999年相比，分析河段斷面水深均呈加深趨勢，平均增加了1.28m。

1999年深泓高程為-5.5 8～-9.96m，2012年深泓高程為-6.56m～-10.76m，2012年較1999年相比，分析斷面深泓高程呈下降趨勢，變化幅度為-0.86m～4.03m，相對于1999年，2012年深泓下切，河道深泓高程平均降低約0.81m，平均每年降低約0.06m。2018年與2012年相比，分析斷面深宏高程呈抬高趨勢，平均每年抬高約0.01m。2018年較1999年相比分析河段斷面深泓高程總體呈降低趨勢，平均降低了0.71m。

3.4 河段寬深比變化

2012與1999年相比，分析斷面的寬深比變化幅度為-0.4 7～-2.63m，平均減小1.15m；2018與2012年相比，分析斷面的寬深比變化幅度為-0.11m～0.30m，平均增加0.04m，2018年與1999年比較，河段寬深比少量減小。

3.5 灘槽沖淤變化

由表1可知，1999年至2012年總淤積量為-2.27×104m3，年淤積強(qiáng)度為-0.02m/a，表明1999年到2014年分析河段河床呈沖刷狀態(tài)；2012年至2018年總淤積量為0.85×104m3，年淤積強(qiáng)度為0.004m/a，表明2012年到2018年分析河段河床呈微淤狀態(tài)；1999年至2018年總淤積量為-1.42×104m3，年淤積強(qiáng)度為0.016m/a，表明1999年到2018年分析河段河床呈沖刷狀態(tài)。

表1 分析河段灘槽沖淤變化表

綜上所述，分析河段1999～2012年間河段表現(xiàn)為束窄加深，2012～2018 年表現(xiàn)為輕微淤積；1999～2018年間分析河段平均河寬減小，平均水深增大，河道深泓下切，平均過水?dāng)嗝婷娣e減小，河段寬深比減小，河道容積增加，河段總體表現(xiàn)為輕微沖刷。

4.河床沖淤原因及演變趨勢

4.1 河床沖淤原因

由上述計算成果可知，分析河段1999年～2012年間河道表現(xiàn)為沖刷下切狀態(tài)，2012年～2018年間河道表現(xiàn)為微淤狀態(tài)，基于上述沖淤規(guī)律對河床沖淤成因分析如下：

4.1.1 河道來沙條件變化

珠江三角洲的泥沙主要來自于思賢窖以上的西、北江。分析河道位于西江下游地區(qū)，根據(jù)西江馬口站歷年輸沙量資料（圖9），1960～1970年間馬口站輸沙量為7246/104t·a-1；1971年～1980年間馬口站輸沙量為7534/104t·a-1；1981年～1990年間馬口站輸沙量為8094/104t·a-1，1991年～2000年間馬口輸沙量為5744/104t·a-1，2001年～2010年間馬口站輸沙量為2572/104t·a-1，2011年～2017年間馬口站輸沙量為2143/104t·a-1。通過分析上述資料可知，馬口站80年代輸沙量最大，隨后逐漸減小。故河道80年代～90年代輸沙量急劇減少是河道沖刷的主要原因。

圖9 西江馬口站年均輸沙量

4.1.2 河道采沙的影響

黃沙瀝水道在中山市北部，黃圃與三角鎮(zhèn)界上，因多黃沙淤積得名。近幾十年珠三角地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人類活動與河道演變的因素使地區(qū)水沙形式發(fā)生顯著變化。90年代河道河沙被大量開采，致使河道斷面形態(tài)向窄深型發(fā)展。直至2005年《廣東省河道采砂管理條例》頒布，將黃沙瀝水道為河沙禁采區(qū)，故而黃沙瀝水道進(jìn)入挖沙后的自動調(diào)整階段，河段有輕微淤積。與上述分析河段演變規(guī)律相符合。

4.2 河床演變趨勢預(yù)測

80年代末以前，黃沙瀝河床演變主要受自然因素影響為主，河道基本處于淤淺的趨勢；90年代以來，黃沙瀝河床演變主要受人為因素影響，由于人工采沙，以及航道整治開挖，人為扭轉(zhuǎn)了黃沙瀝沖淤演變規(guī)律，河道形態(tài)向窄深型發(fā)展，河道普遍呈現(xiàn)加深下切趨勢；由于河道水沙條件、水利規(guī)劃、采沙規(guī)劃、航道整治規(guī)劃等影響與實施，2012～2018年分析河段近期沖淤演變總體表現(xiàn)為輕微淤積，預(yù)測未來黃沙瀝的河床演變特征如下：

（1）從中山市水利工程規(guī)劃看，黃沙瀝堤岸線規(guī)劃基本上是利用老堤線路，不侵占河道。因而，在兩岸堤圍的約束下，河道水面寬度將維持現(xiàn)有狀態(tài)。

（2）從采沙規(guī)劃看，根據(jù)珠江三角洲采砂控制規(guī)劃，黃沙瀝段不在規(guī)劃范圍內(nèi)。因此，在今后一段時期內(nèi)，采沙對河道的影響會逐漸減小，黃沙瀝河床將進(jìn)入挖沙后的自動調(diào)整階段，河床演變將由沖刷下切逐步轉(zhuǎn)變?yōu)闆_淤穩(wěn)定。

（3）黃沙瀝為內(nèi)河III級航道，由于河床淤積量小，而且航道每年需要進(jìn)行航道維護(hù)，故航槽基本穩(wěn)定。

5.結(jié)論

基于分析河段1999年、2012年及2018年地形資料，分析黃沙瀝河道演變特征，得出結(jié)論如下：

一是，分析河段1999～2012年間河段表現(xiàn)為束窄加深，2012～2018年表現(xiàn)為輕微淤積；1999～2018年間分析河段平均河寬減小，平均水深增大，河道深泓下切，平均過水?dāng)嗝婷娣e減小，河段寬深比減小，河道容積增加，河段總體表現(xiàn)為輕微沖刷；

二是，人類活動對河道演變?nèi)菀桩a(chǎn)生較大的影響，環(huán)境的變化和水土流失也不容忽視；

三是，目前黃沙瀝水道兩岸堤防已基本達(dá)標(biāo)，未來在兩岸堤圍的約束下，河道水面寬度將維持現(xiàn)有狀態(tài)。