湘江典型河段采砂活動(dòng)對(duì)河道演變影響研究

鐘艷紅 岳紅艷 姚仕明 朱詩(shī)好 趙占超

摘要： 為了深入研究湘江河道采砂對(duì)河道演變影響機(jī)理，以湘江干流典型采區(qū)河段為研究對(duì)象分析了河道上游來(lái)水水沙特性和河道近期演變規(guī)律，預(yù)測(cè)了該河段的演變趨勢(shì)，初步分析了采砂活動(dòng)對(duì)河段河勢(shì)、防洪、航道等的影響，最后提出了相關(guān)建議。研究表明：湘潭水文站多年（1950～2015年）來(lái)年均徑流量為658億m3，2016～2018年來(lái)年徑流量整體上呈減小的趨勢(shì)。多年來(lái)（1953～2018年）年均懸移質(zhì)輸沙量有增有減，但近年來(lái)減小幅度明顯。采區(qū)局部河段內(nèi)典型橫斷面2017年懸沙和床沙中值粒徑均有不同程度的增大;近期（2003年3月至2017年11月）分析河段內(nèi)除局部位置外岸線、深泓線平面位置整體相對(duì)較為穩(wěn)定，洲灘及深槽隨水文年不同發(fā)生沖淤變化，累計(jì)呈現(xiàn)沖刷。受采砂影響，原河道水沙平衡受到破壞，河道深泓左移。預(yù)計(jì)河道向右岸擺動(dòng)的可能性較小，今后該河段河勢(shì)及平面形態(tài)將處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。目前，采砂局部河段河道演變?nèi)蕴幱谡{(diào)整變化過(guò)程中，尚未對(duì)防洪和航道造成明顯不利影響。研究成果對(duì)于今后修編湘江河道采砂規(guī)劃和加強(qiáng)湘江采砂管理具有較大的意義。

關(guān) 鍵 詞： 采砂; 河床演變; 水沙條件; 趨勢(shì)預(yù)測(cè); 湘江

中圖法分類號(hào)： ?TV147

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： ?A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.08.002

0 引 言

以往湘資沅澧四水干流河道砂石儲(chǔ)量相對(duì)較多，且作為建筑材料質(zhì)量較好。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工程建設(shè)突飛猛進(jìn)，對(duì)砂石料的需求量也越來(lái)越大。近年來(lái)，河道上游來(lái)沙量劇減，河道可利用砂量減少與沿江地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)河道砂石的大幅需求之間的矛盾越來(lái)越突出。受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)，曾出現(xiàn)大量無(wú)證無(wú)序偷采、濫采和亂挖現(xiàn)象，給河勢(shì)穩(wěn)定、防洪與通航安全、水生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及沿江涉水工程和設(shè)施的安全等問(wèn)題帶來(lái)了隱患。河道過(guò)度采砂已經(jīng)成為影響生態(tài)環(huán)境的重要因素，平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)之間的關(guān)系，盡量將因采砂造成的負(fù)面影響降到最低至關(guān)重要。

采砂對(duì)河道的影響是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，主要表現(xiàn)在河道演變、防洪、航道、河流水質(zhì)條件和水生生物等多個(gè)方面[1-2]。其中，河道采砂活動(dòng)對(duì)河道演變的影響具有持續(xù)性，期間伴隨著在一定水流條件下河床發(fā)生變形的過(guò)程，采砂活動(dòng)在引起采砂坑周圍水流流態(tài)、流場(chǎng)和河床變化的同時(shí)，還將連鎖式地引起整條河流的水沙運(yùn)動(dòng)變化。由于河道采砂影響問(wèn)題的普遍性和在部分河流中引起的不良影響問(wèn)題的嚴(yán)重性，使管理部門和研究者們對(duì)該問(wèn)題越來(lái)越重視。國(guó)外的研究工作主要從20世紀(jì)80年代后開(kāi)始，關(guān)于采砂對(duì)河道演變影響問(wèn)題的研究主要集中在礦源開(kāi)采對(duì)河流演變的影響研究、河底底泥的采挖活動(dòng)引起的微量元素與化合物的懸揚(yáng)和輸移擴(kuò)散對(duì)河流自然生態(tài)環(huán)境的影響研究以及沖積河流中的采砂活動(dòng)對(duì)防洪、航運(yùn)、河勢(shì)、橋梁等的影響研究[3-4]。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究主要從21世紀(jì)初開(kāi)始。毛野[5-6]通過(guò)分析河道采砂后河道水流結(jié)構(gòu)變化特性，發(fā)現(xiàn)河道形態(tài)因采砂發(fā)生改變，影響河勢(shì)穩(wěn)定，并結(jié)合試驗(yàn)研究，提出了控制措施。張強(qiáng)[7]以長(zhǎng)江武漢天興洲河段為例，采用數(shù)值模擬的方法分析了采砂區(qū)布置對(duì)分汊河道的影響，發(fā)現(xiàn)河段的沖淤分布與采砂區(qū)距分汊口的距離有關(guān)。岳紅艷[8]、袁林[9] 以長(zhǎng)江河段為例，研究了采砂對(duì)局部河道的影響，發(fā)現(xiàn)采砂活動(dòng)對(duì)局部河床地形、局部流場(chǎng)和床沙級(jí)配帶來(lái)一定的影響，通過(guò)河道自動(dòng)調(diào)整，河勢(shì)變化會(huì)有一定恢復(fù)。胡朝陽(yáng)[10]以閩江下游河道為例，分析水庫(kù)及河道采砂作用對(duì)河道演變的影響，發(fā)現(xiàn)在水庫(kù)攔沙和河道采砂作用下，河床泥沙損失量增大使河床大幅度下切，影響涉水建筑物安全。劉蓉[11]、李剛[12] 闡述了河道采砂現(xiàn)狀及采砂管理中存在的問(wèn)題，并結(jié)合存在問(wèn)題提出了治理措施。馬建華[13] 歸納了長(zhǎng)江河道采砂管理現(xiàn)狀、已采取的措施，并分析了目前存在的問(wèn)題，提出管理思路和應(yīng)對(duì)措施。郭超[14]系統(tǒng)總結(jié)了全國(guó)河道采砂管理在管理體制、規(guī)劃制定與許可、監(jiān)督管理執(zhí)法等方面的現(xiàn)狀和存在問(wèn)題，針對(duì)存在的問(wèn)題，提出了對(duì)策和建議。顏智博[15]提出了一種基于相關(guān)濾波器的可變跟蹤框智能算法，為水利行業(yè)采砂監(jiān)管提供信息支持。我國(guó)科研工作者對(duì)采砂活動(dòng)影響的研究主要側(cè)重在長(zhǎng)江、珠江三角洲、黃河、淮河和松花江等大江大河上，而對(duì)湘江所做的研究工作相對(duì)較少，對(duì)河道采砂影響機(jī)理的研究還不夠深入。

為減少或避免采砂的不利影響，近30多年來(lái)，國(guó)家先后出臺(tái)了多部有關(guān)河道采砂管理的法律、法規(guī)和規(guī)范性文件，為河道采砂管理工作提供了重要的法律支撐。同時(shí)，近40多年的采砂管理實(shí)踐也為全國(guó)河道采砂管理積累了寶貴豐富的經(jīng)驗(yàn)。湘江作為長(zhǎng)江流域洞庭湖的重要支流，需要在“共抓大保護(hù)、不搞大開(kāi)發(fā)”的大前提下考慮砂石開(kāi)采問(wèn)題。為了保障干流河道采砂安全，需要有效掌握和控制采砂對(duì)河道的影響。

本文在堅(jiān)持樹(shù)立十九大“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”發(fā)展理念的基礎(chǔ)上，以湘江干流典型采區(qū)河段為研究對(duì)象，分析河道上游來(lái)水水沙特性和河道近期演變規(guī)律，預(yù)測(cè)了該河段的演變趨勢(shì)，初步分析了采砂活動(dòng)對(duì)采砂分析河段河勢(shì)、防洪、航道等的影響，最后提出了相關(guān)建議。研究成果可為今后湘資沅澧四水河段的采砂規(guī)劃修編和采砂管理提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 基本情況

1.1 河道概況

湘江采砂典型河段屬湘水尾閭枯水洪道（見(jiàn)圖1），上起三壙，下至沙洲村，全長(zhǎng)約30 km。其中，上段三壙至九條溝為微彎分汊河段，左汊為主汊，右汊為支汊，長(zhǎng)約11 km;下段九條溝至沙洲村為順直微彎河段，長(zhǎng)約19 km。采砂工程河道內(nèi)有營(yíng)田洲江心洲，典型采區(qū)附近右岸自上而下分布有北港村邊灘、鳳凰灘、磊石灘等邊灘。河段進(jìn)口左岸潮洲左汊內(nèi)有上河口、下河口與荷葉湖相通，洪水期南洞庭湖有部分水流由上、下河口匯入湘江河道，下游右岸有汨羅江匯入。該河段具有洪水成湖、枯水成河的特性，河道較為順直。河段右岸為屈原垸（蓄洪堤），左岸為共雙茶垸（蓄洪垸），下游右岸為磊石垸（一般垸），左岸為大通湖垸。

該河段主流自三壙流入后在營(yíng)田水位站附近分流，至虞公廟附近匯流，此后主流居中下行，至劉家山附近深泓線逐漸向左岸凹岸過(guò)渡并沿左岸下行，在沉沙港防汛所附近深泓線由左岸向右岸過(guò)渡，在湖洲附近主流走左岸凹岸，此后在磊石灘過(guò)渡到右岸磊石山，并沿右岸閘南村下行，至長(zhǎng)湖村附近下行出河段。

本次重點(diǎn)分析汩羅市湘江磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)，采區(qū)段所在工程區(qū)域上處于平原-丘陵接壤地帶，地貌類型較為單一。采區(qū)邊線距屈原垸防汛大堤750～1 040 m，距現(xiàn)有岸坡400～700 m，其下游緊接有長(zhǎng)湖采區(qū)。湘江磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)所在水域南段近營(yíng)田水域，西邊為草尾河入東洞庭湖河道，東邊為屈原垸防汛大堤。

該河段為湘江航道的一部分，屬Ⅲ級(jí)航道。

《湖南省汨羅市湘江河段長(zhǎng)湖采區(qū)（調(diào)整）建筑用砂卵石資源地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》勘探成果表明，湖南省汨羅市湘江尾間磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)段采區(qū)建筑用砂卵石礦界范圍內(nèi)保有礦石量2 113.7萬(wàn)t。據(jù)調(diào)查，2010年汨羅市湘江尾閭（營(yíng)田至磊石山段）（長(zhǎng)湖采區(qū)）出讓時(shí)間為2013年3月，出讓期限3 a，年控制開(kāi)采量1 000萬(wàn)t，標(biāo)段采砂船數(shù)量4艘。實(shí)際2013年開(kāi)采，2015年合同中止。2016年2月至2017年2月停采，2017年2月至今，實(shí)行河道砂石國(guó)有經(jīng)營(yíng)?？刂崎_(kāi)采高程為-5 m。

1.2 水沙特征

湘江干流的基本水文（位）站最早建于1910年（長(zhǎng)沙站），最晚建于1961年（歸陽(yáng)站），其中水文站6個(gè)，水位站2個(gè)。湘江流域干流每年4～8月為汛期，年最大洪水多發(fā)生于每年4～8月。其中5月出現(xiàn)次數(shù)最多，占34.2%。

湘潭水文站多年（1950～2015年）年均徑流量為658億m3，2016～2018年年徑流量整體上呈減小趨勢(shì)，其中2018年較多年（1950年～2015年）平均值減小約35.40%，多年（1953～2015年）年均懸移質(zhì)輸沙量為909萬(wàn)t。多年來(lái)（1953～2018年）年均懸移質(zhì)輸沙量有增有減，但近年來(lái)減小幅度明顯，其中2018年較多年（1953～2015年）平均值減小約94.80%。湘潭站年徑流量和年輸沙量多年變化情況見(jiàn)表1，多年平均懸移質(zhì)顆粒級(jí)配見(jiàn)表2。

2 河道近期演變特性變化

2.1 岸線及深泓線變化

分析河段右岸建有屈原垸一線大堤，近期（2003年3月～2017年11月）資料（見(jiàn)圖2）表明，除采區(qū)附近河段左岸外沿江兩岸23 m高程岸線總體而言變化較小，采區(qū)附近磊石灘附近岸線最大沖刷后退約1 030 m。近期（2003年3月至2017年11月）深泓線就整體而言平面擺動(dòng)較?。ㄒ?jiàn)圖2），僅局部位置（如過(guò)渡段、分流口、入?yún)R口、采區(qū)附近等）深泓線擺動(dòng)幅度較大，如磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)附近湖州深泓線最大擺幅約200 m，推山嘴電排灌站過(guò)渡段附近深泓線最大擺幅約350 m。

2.2 主要洲灘、深槽變化

該河段內(nèi)自上而下分布有營(yíng)田洲、北港村邊灘、鳳凰灘和磊石灘等邊灘，同時(shí)分布有一些大小不一的深槽。

近期（2003年3月至2017年11月）營(yíng)田洲累計(jì)表現(xiàn)為沖刷縮小，其中2003年3月至2012年7月?tīng)I(yíng)田洲洲頭沖刷后退約1 350 m，2012年7月至2017年11月沖淤變化較小;北港村邊灘2003年3月至2012年7月沖刷后退明顯，局部邊灘最大沖刷后退約330 m，2012年7月至2017年11月邊灘較穩(wěn)定;鳳凰灘多年來(lái)20 m邊灘較為穩(wěn)定;磊石灘邊灘受采區(qū)采砂影響多年來(lái)累積沖刷后退明顯，其中2003年3月至2012年7月整體沖刷相對(duì)較小后，局部邊灘最大沖刷后退約220 m，2012年7月至2017年6月磊石灘邊灘沖刷后退明顯，局部邊灘最大沖刷后退約950 m，2017年6月至2017年12月磊石灘邊灘沖淤交替，變化較小。

近期（2003年1月至2017年11月）采砂河段深槽沖刷明顯。其中2003年1月至2012年7月劉家山附近沖刷出現(xiàn)兩個(gè)2 m高程分別長(zhǎng)為2.4，2.0 km的深槽，采砂區(qū)附近北港村至磊石灘河段由兩個(gè)4 m高程長(zhǎng)分別為610 m和540 m的小深槽沖刷展寬為長(zhǎng)約10 km的大深槽。2012年7月至2017年11月劉家山附近沖刷兩個(gè)2 m高程深槽有所沖刷展寬，總長(zhǎng)度增長(zhǎng)約250 m，采砂區(qū)附近北港村至磊石灘河段4 m高程大深槽分割成兩個(gè)獨(dú)立的長(zhǎng)度分別為4 km和6 km的深槽，湖州附近深槽沖刷展寬約160 m，深槽尾端磊石灘附近往左移動(dòng)約350 m。

從以上分析可知，近期（2003年3月至2017年11月）分析河段內(nèi)除局部位置（如過(guò)渡段、分流口、入?yún)R口、采區(qū)附近等）外岸線、深泓線平面位置整體相對(duì)較為穩(wěn)定，洲灘及深槽僅隨水文年不同有所沖淤變化。故該河段河勢(shì)及平面形態(tài)總體而言是穩(wěn)定的。

2.3 河床沖淤變化

2.3.1 湘江干流典型河段近期河床沖淤變化

由表3可知，湘江湖南灝東船廠至磊石山河段（2～25號(hào)段）2003年3月至2012年7月，平灘河槽累計(jì)沖刷量約為14 800萬(wàn)m3，平均沖刷強(qiáng)度為73萬(wàn)m3/（km·a）;2012年7月至2017年6月，平灘河槽累計(jì)沖刷量約為 4 300萬(wàn)m3，平均沖刷強(qiáng)度為40萬(wàn)m3/（km·a）;2017年6月至2017年12月，平灘河槽累計(jì)沖刷量約為970萬(wàn)m3，平均沖刷強(qiáng)度為90萬(wàn)m3/（km·a）。

湘江湖南灝東船廠至長(zhǎng)湖村河段（2～33號(hào)段）2003年3月至2012年7月，平灘河槽累計(jì)沖刷量約為17 600萬(wàn)m3，平均沖刷強(qiáng)度為73萬(wàn)m3/（km·a）;2012年7月至2017年12月，平灘河槽累計(jì)沖刷量約為5 900萬(wàn)m3，平均沖刷強(qiáng)度為42萬(wàn)m3/（km·a）。

由上可知，湘江湖南灝東船廠至磊石山河段（2號(hào)～25號(hào)段）2003年3月至2017年12月，平灘河槽合計(jì)沖刷量約為20 070萬(wàn)m3，合計(jì)沖刷強(qiáng)度為63萬(wàn)m3/（km·a）。湘江湖南灝東船廠～長(zhǎng)湖村河段（2號(hào)～33號(hào)段）2003年3月至2017年12月，平灘河槽合計(jì)沖刷量約為23 500萬(wàn)m3，合計(jì)沖刷強(qiáng)度為61萬(wàn)m3/（km·a）。

2.3.2 湘江干流典型采區(qū)內(nèi)河床沖淤變化

由表4可知，2003年3月至2017年11月湘江干流典型采區(qū)范圍內(nèi)河床平均高程持續(xù)下降明顯，累計(jì)沖刷降低約11.32 m，其中2012年7月至2017年11月近5 a典型采區(qū)范圍內(nèi)河床平均高程累計(jì)降低約6.86 m，原擬定采區(qū)范圍內(nèi)河床沖刷量為951萬(wàn)m3。由此可見(jiàn)，近十余年來(lái)湘江干流典型采區(qū)范圍內(nèi)河床沖刷幅度明顯增大。

2.4 汊道分流比變化

由營(yíng)田洲汊道分流比實(shí)測(cè)資料（見(jiàn)表5）可知，2017年6月和11月?tīng)I(yíng)田潮洲汊道左汊分流比分別為68.0%和68.3%，變化較小。

2.5 泥沙級(jí)配變化分析

由表6可知，2017年6月距離磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)上邊界上游約6 km處的12號(hào)斷面懸沙中值粒徑為0.013 2 mm，磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)中21號(hào)斷面懸沙中值粒徑為0.010 8 mm，2017年11月距離磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)上邊界上游約6 km處的12號(hào)斷面沙中值粒徑為0.007 0 mm，磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)中21號(hào)斷面懸沙中值粒徑為0.006 2 mm。由此可見(jiàn)，2017年11月較2017年6月懸沙中值粒徑均有較大幅度的減小。

2017年6月距離磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)上邊界上游約6 km處的12號(hào)斷面床沙中值粒徑為0.019 2 mm，磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)中21號(hào)斷面床沙中值粒徑為0.024 3 mm，2017年11月距離磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)上邊界上游約6 km處的12號(hào)斷面床沙中值粒徑為0.010 8 mm，磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)中21號(hào)斷面床沙中值粒徑為0.013 3 mm。由此可見(jiàn)，2017年11月較2017年6月床沙中值粒徑均有所減小。

由上可知，受上游來(lái)水來(lái)沙條件、汛期東洞庭湖和汨羅江出口水位頂托影響，采區(qū)局部河段內(nèi)典型橫斷面2017年11月較2017年6月懸沙和床沙中值粒徑均有不同程度的減小。

3 采砂河道演變趨勢(shì)及影響

3.1 河道演變趨勢(shì)分析

湘江干流河道自然演變是一個(gè)漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程，但人類活動(dòng)，如無(wú)序采砂、河道沿程水電站梯級(jí)開(kāi)發(fā)都會(huì)對(duì)河道演變產(chǎn)生一定影響。

近期（2003年3月至2017年11月）分析河段內(nèi)除局部位置（如過(guò)渡段、分流口、入?yún)R口、采區(qū)附近等）外岸線、深泓線平面位置整體相對(duì)較為穩(wěn)定，洲灘及深槽隨水文年不同發(fā)生沖淤變化，累計(jì)呈現(xiàn)沖刷。各典型橫斷面總體表現(xiàn)為不同程度的沖刷。其中2012年7月至2017年11月除采區(qū)位置外各個(gè)典型橫斷面河槽基本為沖淤交替，形態(tài)和斷面寬深比相對(duì)穩(wěn)定。近十余年來(lái)，湘江干流典型采區(qū)范圍內(nèi)河床沖刷幅度明顯增大，原擬定采區(qū)范圍內(nèi)河床沖刷量為951萬(wàn)m3。

受采砂影響，原河道水沙平衡受到破壞，河道深泓左移，左岸岸坡為土質(zhì)邊坡，抗沖能力較弱，在新的水動(dòng)力條件下岸坡滑塌沖刷后退。由于各采區(qū)典型斷面右邊界距離右岸屈原垸防洪大堤距離較遠(yuǎn)，預(yù)計(jì)河道向右岸擺動(dòng)的可能性較小，今后該河段河勢(shì)及平面形態(tài)將處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)中。

3.2 采砂對(duì)河道演變、防洪和航道的影響

通過(guò)分析湘江干流典型河段近年來(lái)水下地形資料可知，近期（2003年3月至2017年11月）深泓線就整體而言平面擺動(dòng)較小，受采砂活動(dòng)影響，磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)所在河段深泓線擺動(dòng)幅度較大，2012～2017年采區(qū)附近長(zhǎng)約5 km范圍深泓線明顯往左偏移，其中湖州處深泓線最大擺幅約200 m，磊石灘附近23 m高程岸線最大沖刷后退約1 030 m。沖積性河流的河床形態(tài)是挾沙水流與河床長(zhǎng)期相互作用、不斷自動(dòng)調(diào)整所形成的結(jié)果，具有較強(qiáng)的自動(dòng)調(diào)整能力，當(dāng)采砂等人為因素破壞原有河床形態(tài)后，河床將通過(guò)自動(dòng)調(diào)整逐步回到?jīng)_淤平衡狀態(tài)，河床形態(tài)又慢慢恢復(fù)。

目前，湘江流域己建有東江、雙牌、東安、宋家洲、歐陽(yáng)海、酒埠江、大源渡、株洲、長(zhǎng)沙等大型水庫(kù)以及許多中型水庫(kù)，上游來(lái)的推移質(zhì)泥沙大都攔截在庫(kù)區(qū)，故工程河段的泥沙補(bǔ)給量是有限的。但從整個(gè)河段分析，流速增加較大的區(qū)域主要集中在采區(qū)頭部較短的范圍內(nèi)，采區(qū)內(nèi)流速以減小為主，水流趨于平緩，隨著采砂區(qū)頭部泥沙在較大流速的作用下填充進(jìn)入采砂區(qū)內(nèi)，使地形逐漸淤高并與周圍地形趨于一致，采砂對(duì)河床形態(tài)和河勢(shì)的影響還會(huì)逐漸降低。從短期來(lái)看，湘江干流典型采區(qū)（磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)采區(qū)）位于湘水尾閭，開(kāi)采控制高程較低，將不可避免地改變河床形態(tài)，對(duì)采區(qū)附近的岸線、邊灘和深槽會(huì)帶來(lái)一定的影響，上游來(lái)沙補(bǔ)給量有限，但就整體分析河段河勢(shì)而言其影響仍然是可控的。

采砂將會(huì)造成采區(qū)附近局部水位和流速等水流動(dòng)力條件的變化。從定性的角度來(lái)看，采砂對(duì)行洪的影響在于采砂活動(dòng)使河床橫斷面局部形態(tài)發(fā)生下切改變，擴(kuò)大了河道行洪斷面，從而降低洪水水位，在正常情況下對(duì)于洪水下泄是有利的。但如果采砂篩分出來(lái)的粗卵石凌亂堆砌將會(huì)影響河道斷面的規(guī)整性反而會(huì)增加河道糙率，不僅會(huì)抵消采砂典型橫斷面過(guò)水面積的行洪能力，還有可能減少河道行洪能力，甚至增加河道防洪壓力。2017年11月湘江干流典型河段磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)段采區(qū)內(nèi)各典型橫斷面（CS5、CS6、CS7和CS8）近岸坡比分別為1 ∶22、1 ∶13、1 ∶25和1 ∶33，坡度均較緩，若按-5 m高程控制開(kāi)采高程后磊石山至屈原琴棋鄉(xiāng)段采區(qū)內(nèi)各典型橫斷面（CS5、CS6、CS7和CS8）近岸坡比分別為1 ∶18、1 ∶10、1 ∶20和1 ∶21。長(zhǎng)湖采區(qū)內(nèi)各個(gè)典型橫斷面（CS10、CS11和CS12）近岸坡比分別為1 ∶27、1 ∶28和1 ∶43，均不會(huì)對(duì)右岸岸坡產(chǎn)生明顯不利影響，故采砂對(duì)采區(qū)近岸岸坡的穩(wěn)定不構(gòu)成不利影響。另外，由于各采區(qū)典型斷面右邊界距離堤防距離在570～930 m之間，所以采砂后對(duì)右岸屈原垸防洪堤影響較小。

該河段航道整治建筑物、助航標(biāo)志及測(cè)量標(biāo)志己建設(shè)完成，無(wú)其他航運(yùn)工程。航道內(nèi)有航標(biāo)若干處（航道左右兩側(cè)每500 m兩處）。鳳凰、磊石兩灘礙航不嚴(yán)重，受采砂的影響，灘段河床將大幅度下切。在天然狀態(tài)下，分析河段水流非常平緩，水面比降很小，且由于東洞庭湖的頂托作用，采挖不會(huì)使水面產(chǎn)生大的降落。據(jù)調(diào)查了解，湘江干流典型河段在采砂實(shí)施過(guò)程中未出現(xiàn)因采砂活動(dòng)而引起航道發(fā)生變化或嚴(yán)重礙航事件發(fā)生。合理規(guī)范采砂對(duì)湘江干流典型河段航道不會(huì)造成明顯不利影響。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)湘江干流典型采砂分析河段河道演變分析可以得出以下認(rèn)識(shí)。

（1） 湘潭水文站多年（1950～2015年）年均徑流量為658億m3，2016～2018年來(lái)年徑流量整體上呈減小的趨勢(shì)。多年來(lái)（1953～2018年）年均懸移質(zhì)輸沙量有增有減，但近年來(lái)減小幅度明顯;2017年6月和11月?tīng)I(yíng)田潮洲汊道左汊分流比分別為68.0%和68.3%，變化較小;受上游來(lái)水來(lái)沙條件、汛期東洞庭湖和汨羅江出口水位頂托影響，采區(qū)局部河段內(nèi)典型橫斷面2017年11月較2017年6月懸沙和床沙中值粒徑均有不同程度的減小。

（2） 近期（2003年3月至2017年11月）分析河段內(nèi)除局部位置（如過(guò)渡段、分流口、入?yún)R口、采區(qū)附近等）外岸線、深泓線平面位置整體相對(duì)較為穩(wěn)定，洲灘及深槽隨水文年不同發(fā)生沖淤變化，累計(jì)呈現(xiàn)沖刷。各典型橫斷面總體表現(xiàn)為不同程度的沖刷。其中2012年7月至2017年11月除采區(qū)位置外各個(gè)典型橫斷面河槽基本為沖淤交替，形態(tài)和斷面寬深比相對(duì)穩(wěn)定。近十余年來(lái)，湘江干流典型采區(qū)范圍內(nèi)河床沖刷幅度明顯增大。受采砂影響，原河道水沙平衡受到破壞，河道深泓左移。由于各采區(qū)典型斷面右邊界距離右岸屈原垸防洪大堤距離較遠(yuǎn)，預(yù)計(jì)河道向右岸擺動(dòng)的可能性較小，今后該河段河勢(shì)及平面形態(tài)將處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。目前，采砂局部河段河道演變?nèi)蕴幱谡{(diào)整變化過(guò)程中，尚未對(duì)防洪和航道產(chǎn)生明顯不利影響。

（3） 鑒于前期采砂活動(dòng)對(duì)湘江尾閭局部河段岸線和河床的沖刷影響，建議在湘江規(guī)劃修編工作中短期內(nèi)減小對(duì)該河段的采砂量和采區(qū)的設(shè)置。同時(shí)，建議今后在采砂可行性論證工作中結(jié)合原觀資料分析，增加采區(qū)回淤量的數(shù)值模擬預(yù)測(cè)工作，并加強(qiáng)對(duì)采砂前、采砂中和采砂后的監(jiān)督管理和后評(píng)價(jià)工作。

（4） 為緩解河床泥砂補(bǔ)給量與需求量之間的矛盾，建議結(jié)合洞庭湖區(qū)綜合規(guī)劃和四口水系河道擴(kuò)挖工程，綜合利用洞庭湖區(qū)和四水尾閭河洪道疏浚工程所產(chǎn)生的砂石資源。同時(shí)開(kāi)展以砂石資源利用為目標(biāo)的上游水庫(kù)調(diào)度方案和排沙技術(shù)相關(guān)研究，考慮適時(shí)開(kāi)閘下泄渾水以增大下游泥沙補(bǔ)給量等措施。

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（編輯：李 慧）

引用本文：

鐘艷紅，岳紅艷，姚仕明，等.

湘江典型河段采砂活動(dòng)對(duì)河道演變影響研究

[J].人民長(zhǎng)江，2021，52（8）：10-15，29.

Influence of sand mining on river regime in typical river channel of Xiangjiang River

ZHONG Yanhong1，YUE Hongyan2，YAO Shiming2，ZHU Shihao1，ZHAO Zhanchao2

（ 1.Dongting Lake Water Conservancy Affair Center of Hunan Province，Changsha 410007，China; 2.Key Laboratory of River and Lake Control and Flood Control，Ministry of Water Resources of Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China ）

Abstract：

Based on the analysis of the characteristics of water and sediment from the upstream and recent evolution of the channel in the typical sand mining area of the main stream of the Xiangjiang River，we forecast the evolution trend of the channel and preliminarily analyze the influence of sand mining activities on the river regime，flood control and waterway，and finally put forward some suggestions.The results show that the average annual runoff （1950～2015） of Xiangtan gauging station was 65.8 billion m3，and the runoff in 2016～2018 decreased as a whole.Over the years （1953～2018），the annual average suspended sediment transport increased and decreased sometimes，but decreased significantly in recent years.In 2017，the median particle size of suspended sediment and bed sediment in the typical cross section of the local river reach in the mining area increased in varying degrees.Recently （from March 2003 to November 2017），in the analyzed river reach，except for the local shoreline，the horizontal position of thalweg line was relatively stable，and the beach and deep groove changed during the different years，showing cumulative erosion.Affected by sand mining，the water and sediment balance of the original river channel was destroyed，and the thalweg of the channel moved to the left.It is predicted that channel is less likely to swing to the right bank，and the river regime and plane shape of the reach will be relatively stable in the future.At present，the channel evolution of the local reach of sand mining is still in the process of adjustment and change，which has not yet had obvious adverse impact on flood control and waterway.The research results are of great significance to the revision of Xiangjiang River sand mining planning and the strengthening of sand mining management in the future.

Key words：

sand mining;river bed evolution;flow and sediment condition;trend prediction;Xiangjiang River