東江干流中下游河床近期演變特征及趨勢分析

黃長偉

(廣東河海工程咨詢有限公司，廣州 510610)

1 概況

東江是珠江流域的主要河流之一，與西江、北江和珠江三角洲組成珠江，發(fā)源于江西省尋鄔縣椏髻缽，上游稱尋鄔水，南流入廣東境內(nèi)，至龍川合河壩匯安遠(yuǎn)水(又名定南水)后稱東江。東江流經(jīng)龍川、東源、源城、紫金、惠陽、惠城、博羅至東莞市的石龍，石龍以下習(xí)慣稱東江三角洲，分南、北兩支，南支稱東莞水道，北支為東江北干流，再分成河網(wǎng)注入獅子洋，最后經(jīng)虎門出海。東江干流由東北向西南流，河道長度至石龍為520 km，至獅子洋為562 km，石龍以上河道平均比降為0.39‰[1-2]。

改革開放以來，廣東省社會經(jīng)濟、農(nóng)村城市化和城市工業(yè)化的發(fā)展十分迅猛，對土地及岸線資源需求迅速增加，河道被開發(fā)利用的程度不斷加深，使得河床河勢發(fā)生顯著變化[3-4]。在東江流域，中下游河段受人類活動影響顯著，包括圍河造地、無序采砂等現(xiàn)象時有發(fā)生，使得河床形態(tài)和河道兩岸地形發(fā)生一定的變化[5]。

本文主要分析東江干流中下游河源至惠州段的近期河床演變特征，并對河道未來的河床演變趨勢進(jìn)行預(yù)測(流域水系如圖1所示)，研究得到的河道平面、縱向變化等成果可為河道采砂、水文站管理、通航管理、水域岸線控制等提供技術(shù)參考[6]。

圖1 東江流域水系示意

2 河床平面變化

如圖2～圖4所示，河源—惠州河段處于山區(qū)寬淺河床到平原河流的過渡段，河面較寬，部分河道兩岸存在階地，部分河段出現(xiàn)河漫灘，河道的平面形態(tài)既有山區(qū)寬淺河床的特征也有平原河流的特點。河源—觀音閣河段河床質(zhì)為砂卵石，觀音閣—惠州河床質(zhì)為砂質(zhì)。受上游不同的來水來沙條件及梯級水利樞紐影響，河道的深泓線出現(xiàn)平面擺動，但河岸的山體節(jié)點和兩岸較發(fā)育的壩田淤積淺灘形成的低河岸對河勢有較好的控制作用，該河段兩岸及江心洲的影響并不明顯[7]。近20余年來，城區(qū)河段堤圍建設(shè)完善，對河勢平面變化也存在一定的制約作用。往年人類行為活動導(dǎo)致的沙洲、邊灘下切，河段設(shè)為永久禁采區(qū)后，也存在一定的淤積回填，河源—惠州河段河岸河勢沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變化。1997—2003年，河中的江心洲、心灘、邊灘未發(fā)現(xiàn)明顯的位移，河道平面變化較??；2003—2009年，部分河段江心洲及心灘受到人為蠶食，邊灘及壩田淤積區(qū)河床高程顯著下切，通過不同年份部分河道衛(wèi)星遙感圖對比發(fā)現(xiàn)，2005—2008年，蘆洲河段江心洲面積迅速減小，洲頭及洲尾沙洲高程已降至水面以下，左岸邊灘壩田淤積區(qū)也侵蝕破壞較為嚴(yán)重，至2019年，此河段左岸灘地和丁壩區(qū)均已淤積回填；惠河高速公路東江大橋下游橫沙洲附近河段。

圖2 蘆洲鎮(zhèn)附近河段不同時期衛(wèi)星圖片對比示意

圖3 橫沙洲附近河段不同時期衛(wèi)星圖片對比示意

圖4 惠州汝湖獨洲段不同時期衛(wèi)星圖片對比示意

從2010—2019年衛(wèi)星對比圖上可見，橫沙洲上游右岸岸灘沖刷，河流過水面積增大，沙洲右下翼有明顯人為活動，平面面積減少1/3；從2004—2008年汝湖獨洲段衛(wèi)星圖片對比發(fā)現(xiàn)，獨洲洲頭處已被切開，左汊邊灘侵蝕嚴(yán)重，2004年左汊基本不過水，2008年衛(wèi)片顯示左汊上下游已貫通，獨洲左右汊分流比發(fā)生改變，可能會對河道河勢穩(wěn)定及主汊(右汊)的通航造成一定的影響，至2019年，汝湖獨洲段已完成發(fā)育成為兩汊河段。

3 河床縱向變化

3.1 平均高程變化

根據(jù)1997年、2003年(2002年)、2009年及2020年東江干流河道地形資料，套繪出4個年份平灘水位下沿程河床平均高程變化圖(見圖5～圖6)，依圖5～圖6可見，1997—2009年河源至惠州河段經(jīng)歷了較明顯的由淤轉(zhuǎn)沖的過程，1997—2003年，河道表現(xiàn)為沖淤交替過程，總體表現(xiàn)為輕微淤積，河床高程平均淤高0.38 m，平均河床高程最高淤積河段位于蘆嵐鎮(zhèn)附近河段，最高淤積厚度達(dá)2.8 m；按河段來分，從上游至下游淤積程度逐漸減小，河源至古竹、古竹至觀音閣、觀音閣至橫瀝、橫瀝至惠州東江大橋、惠州東江大橋至劍潭樞紐河段平均淤積幅度分別為1.72 m、0.59 m、0.49 m、-0.02 m和-0.66 m。1997—2003年東江干流采砂活動主要集中在下游河段，河源至惠州河段采砂活動相對較小，河道屬于自然淤積過程，河道尚未受到大規(guī)模人類活動的干擾。而2003—2009年河源至惠州段河床由淤轉(zhuǎn)沖，河床整體下切，河床平均下切深度達(dá)1.7 m，下切幅度最大的斷面位于東紅村對開河段(CS390)及惠河高速公路大橋上游河段(CS469)，下切幅度均超過6 m；河床平均高程下切幅度較大、范圍較廣的河段集中在塘尾村至風(fēng)光樞紐壩上河段及橫瀝至惠州東江大橋河段。從沿程變化看，河道沖刷幅度表現(xiàn)為上、下段下切幅度大，中段幅度相對較小，河源至古竹、古竹至觀音閣、觀音閣至橫瀝、橫瀝至惠州東江大橋、惠州東江大橋至劍潭樞紐河段平均下切幅度分別為1.70 m、1.15 m、1.22 m、2.55 m和3.47 m。2003年至2009年河源至惠州段河床由淤轉(zhuǎn)沖與該河段采砂活動不無關(guān)系，其中離惠州城區(qū)河砂消費地較近的橫瀝至惠州東江大橋河段及離河源城區(qū)河砂消費地較近的河源至古竹河段采砂活動也較為活躍，河床下切幅度也較大[8]。

圖5 1997—2020年河源—惠州劍潭段河床縱剖面(河床平均高程)變化示意(1)

圖6 1997—2020年河源—惠州劍潭段河床縱剖面(河床平均高程)變化示意(2)

2009—2020年，風(fēng)光樞紐至汝湖鎮(zhèn)水上村河段，下切仍在延續(xù)，平均下切深度約2.17 m。平均高程變化大的河段多為采砂活動頻繁的河段，惠州城區(qū)至劍潭樞紐河段設(shè)為永久禁采區(qū)后，河床對比2009年變化不大，河流自然發(fā)育，惠州東江大橋至劍潭樞紐段略有回淤。從沿程變化看，深泓下切幅度也表現(xiàn)為中段下切幅度大，兩城區(qū)段相對變化較小，河源至古竹、古竹至觀音閣、觀音閣至橫瀝、橫瀝至惠州東江大橋平均下切幅度分別為1.54 m、1.63 m、2.09 m、2.18 m，惠州東江大橋至劍潭樞紐河段略有淤積，平均淤積厚度為0.29 m。

3.2 深泓高程變化

由1997年、2003年(2002年)、2009年及2020年東江干流河道沿程河床深泓高程變化圖(見圖7～圖8)可以看出，河道深泓高程沿程變化與平均高程變化趨勢類似，1997—2003年表現(xiàn)為深泓沖淤交替變化，深泓平均淤高0.20 m，從沿程變化看，河源至古竹河道深泓淤積幅度最大，達(dá)1.22 m，古竹至觀音閣淤積幅度次之，觀音閣至橫瀝淤積幅度最小，分別為0.04 m、0.28 m，而橫瀝至惠州東江大橋、惠州東江大橋至劍潭樞紐河段深泓表現(xiàn)為沖刷，沖刷幅度分別為1.06 m、0.24 m；2003—2009年河床深泓普遍下切，深泓平均下切幅度為2.07 m，從沿程變化看，深泓下切幅度也表現(xiàn)為河源至古竹、橫瀝至惠州東江大橋、惠州東江大橋至劍潭樞紐段幅度較大，古竹至觀音閣、觀音閣至橫瀝段幅度相對較小，河源至古竹、古竹至觀音閣、觀音閣至橫瀝、橫瀝至惠州東江大橋、惠州東江大橋至劍潭樞紐河段平均下切幅度分別為2.65 m、1.28 m、1.25 m、3.83 m和4.96 m。

圖7 1997—2020年河源—惠州劍潭段河床縱剖面(深泓線)變化示意(1)

圖8 1997—2020年河源—惠州劍潭段河床縱剖面(深泓線)變化示意(2)

2009—2020年，河段河床深泓同表現(xiàn)為下切。從沿程變化圖看，深泓下切幅度較大的河段有水東村至秋香江匯入口上游、嵐派河匯入口至公莊河匯入口、嶺下水文站至蘆村，其余河段下切幅度不大，環(huán)城二橋至劍潭樞紐段略有淤淺?？傮w而言，河源至古竹、古竹至觀音閣、觀音閣至橫瀝、橫瀝至惠州東江大橋平均下切幅度分別為2.39 m、2.83 m、3.20 m、2.65 m，惠州東江大橋至劍潭樞紐河段淤積幅度為0.56 m。

3.3 寬深比變化

(1)

(2)

(3)

從圖9～圖11中可以看出，東江干流河源至惠州段寬深比大多在20以下，在空間上，存在沿程寬窄相間現(xiàn)象。節(jié)點附近河道束窄變深明顯，寬深比多在10以下，江心洲分叉處河道寬淺，寬深比亦較大。整體來看，同一斷面2003年寬深比最大、1997年次之、2020年最小。1997—2003年，河源至古竹、古竹至觀音閣及觀音閣至橫瀝寬深比分別增加0.63、2.97及2.33，而橫瀝至惠州東江大橋、惠州東江大橋至劍潭樞紐河段則分別下降1.01、1.76；2003—2009年，河源至古竹、古竹至觀音閣、觀音閣至橫瀝及橫瀝至惠州東江大橋、惠州東江大橋至劍潭樞紐河段寬深比分別下降4.36、4.33、4.05、4.44及2.99。2009—2020年，河源至古竹、古竹至觀音閣、觀音閣至橫瀝及橫瀝至惠州東江大橋、惠州東江大橋至劍潭樞紐河段寬深比分別下降1.62、2.42、2.68、1.69及-0.22(見表1)。

表1 河源至惠州劍潭河段不同年代河道特征值(平灘水位，珠基)

4 河床演變成因及趨勢分析

東江干流中下游河源至石龍段河床演變留下了明顯的人類活動的痕跡，人類活動特別是采砂活動對河床形態(tài)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過河道自然演變過程[9]。東江干流采砂強度從下游至上游逐漸延伸，采砂具有明顯的時序性[10]，2003年之前，東江干流采砂活動主要集中在惠州城區(qū)至石龍河段，河源至惠州河段基本處于自然演變過程，河道表現(xiàn)為沖淤交替過程，總體表現(xiàn)為小幅淤積，平均淤積厚度為0.38 m，淤積總量為2 030.24萬m3。2003年之后，隨著東江下游河砂資源的枯竭，以及東江干流采砂管理的加強，2006年之后劍潭樞紐以下河段列為永久禁采區(qū)，東江下游采砂強度漸小，采砂活動逐漸向上游轉(zhuǎn)移，東江采砂活動主要集中在河源城區(qū)至惠州東江大橋河段，河床由淤轉(zhuǎn)沖，平均沖刷厚度為1.7 m，沖刷總量達(dá)1.0億m3。2009—2020年，自規(guī)范河道管理以來，河道沖刷得到一定的減緩，特別是兩城區(qū)河段(河源城區(qū)至惠州城區(qū))，但允許采砂河段，河床下切幅度仍然比較明顯，沖刷總量高達(dá)1.47億m3[11]。

造成東江流域河床下切的原因是多方面的，但自然沖淤、上游來沙量減少、梯級電站樞紐水利工程等因素不足以導(dǎo)致河床嚴(yán)重下切，河床往窄深方向發(fā)展，人工挖砂明顯是導(dǎo)致河床下切的主要原因。隨著河道利用管理的加強，采砂規(guī)劃控制采砂量，沒有過多的人類活動干擾下，河床也將從大范圍的下切轉(zhuǎn)變至慢慢回淤，恢復(fù)河道自然屬性[12-13]。

5 結(jié)語

1997—2003年，東江干流河源至惠州河段基本處于自然演變過程，河道表現(xiàn)為沖淤交替過程，總體表現(xiàn)為小幅淤積。2003—2009年，由于采砂活動向上游轉(zhuǎn)移，東江干流河源至惠州河段沖淤性質(zhì)發(fā)現(xiàn)質(zhì)的轉(zhuǎn)變，河床由淤轉(zhuǎn)沖。2009—2020年，自規(guī)范河道管理以來，河道沖刷得到一定的減緩，特別是兩城區(qū)河段(河源城區(qū)至惠州城區(qū))，但允許采砂河段，河床下切幅度仍然比較明顯。

東江干流的河床演變態(tài)勢與采砂活動密切相關(guān)。隨著河道利用管理的加強，監(jiān)督檢查手段的進(jìn)步，采砂規(guī)劃控制采砂量，預(yù)期人類活動對東江中下游的影響會逐漸減弱，河床也將從劇烈的下切態(tài)勢轉(zhuǎn)變至慢慢回淤，恢復(fù)河道自然屬性。