平陸運(yùn)河工程對(duì)欽江流域防洪的影響與思考

靳高陽(yáng)，何 俊

(中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610)

人工運(yùn)河、水系連通、重大引調(diào)水等工程往往依托現(xiàn)有河湖水系輸水，工程的建設(shè)及運(yùn)行改變了現(xiàn)有水系的形態(tài)特征和水力特性，需采取有效措施保障工程區(qū)域的防洪排澇安全以及工程本身的安全穩(wěn)定[1-4]。平陸運(yùn)河是西江流域與北部灣的江海連通工程，起點(diǎn)為廣西南寧市西津水庫(kù)庫(kù)區(qū)平塘江口，跨沙坪河與欽江支流舊州江分水嶺，經(jīng)欽州市靈山縣陸屋鎮(zhèn)沿欽江進(jìn)入北部灣，全長(zhǎng)約135km。平陸運(yùn)河建設(shè)對(duì)欽江干流及支流舊州江進(jìn)行大幅度拓寬疏浚和多次裁彎取直，造成河道平面和縱向形態(tài)變化，工程建成后航道運(yùn)行也將改變欽江流域原有的水文特性，對(duì)流域防洪產(chǎn)生較大影響。本文在分析河勢(shì)變化、河道演變、泥沙淤積、對(duì)河道行洪及現(xiàn)有水利工程影響的基礎(chǔ)上，從保障欽江流域防洪安全的角度，對(duì)平陸運(yùn)河建設(shè)提出意見(jiàn)建議，亦可為后續(xù)其他運(yùn)河以及國(guó)家水網(wǎng)等類(lèi)似工程的建設(shè)實(shí)施提供參考。

1 平陸運(yùn)河工程概況

平陸運(yùn)河的主要開(kāi)發(fā)任務(wù)是航運(yùn)，通過(guò)建設(shè)航運(yùn)梯級(jí)樞紐和運(yùn)河航道工程，構(gòu)建連接西江內(nèi)河航道網(wǎng)和北部灣港的江海聯(lián)運(yùn)體系，在滿足航運(yùn)的同時(shí)結(jié)合供水、灌溉、防洪、改善水生態(tài)環(huán)境等功能，實(shí)現(xiàn)水資源綜合開(kāi)發(fā)利用。平陸運(yùn)河從上游至下游依次建設(shè)馬道樞紐、企石樞紐和青年樞紐，采用3個(gè)梯級(jí)方案對(duì)全河段進(jìn)行連續(xù)渠化，按內(nèi)河Ⅰ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，通航5000噸級(jí)船舶，各樞紐同步一次性建設(shè)雙線5000噸級(jí)船閘。平陸運(yùn)河工程建設(shè)，主要采取拓寬挖深現(xiàn)有河道，并對(duì)局部彎曲河段進(jìn)行裁彎取直，同時(shí)對(duì)沿線跨河、臨河、攔河建筑物進(jìn)行改造，解決礙航問(wèn)題，使其滿足內(nèi)河Ⅰ級(jí)通航標(biāo)準(zhǔn)[5-8]。

2 工程建設(shè)對(duì)欽江河勢(shì)的影響

平陸運(yùn)河跨越分水嶺后進(jìn)入欽江流域。舊州江是欽江的一級(jí)支流，欽江干流整體河勢(shì)蜿蜒曲折，河道兩岸植被茂盛，岸線穩(wěn)定，河道橫向未發(fā)生展寬或縮窄，河型河勢(shì)穩(wěn)定。

2.1 平陸運(yùn)河工程對(duì)河勢(shì)的影響

平陸運(yùn)河工程建設(shè)擬對(duì)現(xiàn)有舊州江和欽江干流進(jìn)行拓寬挖深，局部河段裁彎取直，以滿足設(shè)計(jì)通航條件。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，原欽江彎曲河道大部分被填埋，部分故道保持原狀。由于現(xiàn)狀欽江河道的河床較高，一般在15.0～17.0m，運(yùn)河工程建成后，通常情況下不再發(fā)揮行洪作用，只有在欽江發(fā)生大洪水時(shí)，欽江故道才作為行洪河道。為減小運(yùn)河修建后各支流對(duì)運(yùn)河通航水流條件的影響，對(duì)支流匯入運(yùn)河口段進(jìn)行了放坡銜接布置。

平陸運(yùn)河的建設(shè)改變了現(xiàn)有舊州江和欽江干流的河道特性，河道平面和縱向形態(tài)均發(fā)生了巨大變化，裁彎取直使得河長(zhǎng)縮短，河道大面積拓寬挖深，過(guò)流能力增強(qiáng)，同時(shí)河床比降降低，相同流量下水流流速較原河道有所減緩，河道水流趨于平順。欽江現(xiàn)狀及運(yùn)河裁彎取直段的平面變化如圖1所示。

圖1 欽江現(xiàn)狀及運(yùn)河裁彎取直段的平面變化圖

2.2 泥沙淤積引起的河道演變分析

根據(jù)陸屋水文站實(shí)測(cè)資料分析，陸屋水文站多年平均含沙量0.273kg/m3，多年平均輸沙量29.4萬(wàn)t，年均輸沙模數(shù)210t/km2，推移質(zhì)與懸移質(zhì)的比值約為15%。平陸運(yùn)河涉及到的支流流域面積均不大，根據(jù)陸屋水文站泥沙研究成果[9-11]，按照面積比計(jì)算淤積。采用經(jīng)驗(yàn)攔沙比法計(jì)算欽江流域各梯級(jí)庫(kù)區(qū)泥沙淤積量，其中各庫(kù)區(qū)懸移質(zhì)攔沙率按照庫(kù)容與年水量的比值查取經(jīng)驗(yàn)曲線得到，推移質(zhì)攔沙率取100%，取泥沙干容重為2.65t/m3，計(jì)算得年平均淤積量，當(dāng)平陸運(yùn)河運(yùn)行50年時(shí)，企石樞紐段總淤積量132.65萬(wàn)m3、青年樞紐段總淤積量450.10萬(wàn)m3。青年樞紐以下為受潮影響區(qū)，通過(guò)建立潮流泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算淤積情況，在青年樞紐按照多年平均流量和含沙量下泄泥沙工況下，正常天氣下的入海航道年總淤積量約92.7萬(wàn)m3，年淤?gòu)?qiáng)范圍為0～0.53m/a，平均年淤?gòu)?qiáng)0.21m/a。

從工程總體布置看，建庫(kù)后雖有大部分河道取直開(kāi)挖，但其余彎曲河道并未被填埋，依然被保留。因取直開(kāi)挖后水量分流，被保留下來(lái)的河道流量減少，其岸坡會(huì)受到一定影響；新開(kāi)挖的運(yùn)河航道，對(duì)岸坡進(jìn)行了防護(hù)處理，河道走勢(shì)比較穩(wěn)定。從工程運(yùn)行調(diào)度方式看，建庫(kù)后水流形態(tài)較天然情況變化相對(duì)較小，尤其是在來(lái)沙量較大的汛期，泄洪沖沙閘全部開(kāi)啟鼎力泄洪沖沙，致使壩前水位較天然狀態(tài)壅高較??；非汛期水流含沙量很小，在水庫(kù)中的淤積量輕微。航道開(kāi)挖后庫(kù)區(qū)河道水平，推移質(zhì)泥沙不易運(yùn)行到壩前，運(yùn)行到壩前的泥沙又因樞紐工程的泄流沖沙閘底高程低、有利于排沙而被水流帶往壩下。欽江流域多年平均含沙量?jī)H0.273kg/m3，泥沙淤積影響很小。平陸運(yùn)河工程建成后，一般不會(huì)發(fā)生河床再造現(xiàn)象，能保持河道長(zhǎng)期穩(wěn)定。

2.3 運(yùn)河航道內(nèi)泥沙沖淤變化分析

根據(jù)實(shí)測(cè)的地形資料及運(yùn)河航道工程設(shè)計(jì)方案，選取典型的欽江干流中游段建立平面二維泥沙數(shù)學(xué)模型[12-15]，分析運(yùn)河航道內(nèi)泥沙沖淤變化情況。范圍為欽江干流陸屋鎮(zhèn)舊州江與欽江交匯處至下底坪上游150m河段，位于擬建青年樞紐庫(kù)區(qū)，該段航道全長(zhǎng)約29.057km。計(jì)算區(qū)域離散采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，網(wǎng)格大小疏密沿河道河勢(shì)寬窄變化不等。同時(shí)為了適應(yīng)河道現(xiàn)狀以及工程方案的布置，提高航道水流條件計(jì)算精度，網(wǎng)格在支流匯口附近的網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，計(jì)算河段網(wǎng)格尺度為3～15m。工程后20年一遇洪水流場(chǎng)圖如圖2所示。

圖2 工程后20年一遇洪水流場(chǎng)圖

欽州干流泥沙粒徑范圍在0.075～80mm之間，中值粒徑為2.1mm，粒徑小于80mm沙質(zhì)量百分比達(dá)到99.95%，小于20mm沙質(zhì)量百分比達(dá)到81.62%。泥沙粒徑一般為0.075～2mm，含量占52.1%；卵石粒徑一般為2～80mm，含量占47.9%。泥沙模型的流量邊界和輸沙量邊界給定逐日流量和輸沙量過(guò)程。采用典型系列年法，根據(jù)輸沙量、徑流流量選取典型年份，循環(huán)疊加模擬計(jì)算10年，得到工程運(yùn)行經(jīng)歷第10年后不同位置沖淤分布情況，如圖3所示。得出以下結(jié)論：

圖3 運(yùn)行10年后航道內(nèi)泥沙淤積分布情況

(1)平陸運(yùn)河欽江干流段輸沙量主要來(lái)源為欽江以及支流入?yún)R泥沙，隨著運(yùn)河向下疏浚開(kāi)挖，整體航段底高程統(tǒng)一，同時(shí)航道擴(kuò)挖加寬斷面過(guò)流面積，運(yùn)河航道內(nèi)流速相較于天然狀態(tài)更為平緩，水動(dòng)力條件相對(duì)較弱，受支流泥沙沙量輸入、運(yùn)河干線水流平緩兩方面因素影響，河床系列年演變以累積性淤積為主，運(yùn)河航槽內(nèi)水流挾沙能力較弱，導(dǎo)致主要淤積位置集中于欽江以及其他支流匯入口附近，沙量縱向輸移能力較弱。

(2)從泥沙淤積體年均沖淤厚度上來(lái)看，欽江干流段運(yùn)河航道內(nèi)泥沙年淤積厚度在0.26～0.57m/a，泥沙淤積速率為0.45～0.65萬(wàn)m3/(km·a)，總體呈現(xiàn)上游河段淤積強(qiáng)度大于下游河段，淤積體厚度沿程呈逐漸減小態(tài)勢(shì)，表明運(yùn)河航道內(nèi)水動(dòng)力條件相對(duì)較弱，挾沙能力不足，難以將欽江匯入泥沙輸移至下游更遠(yuǎn)河段。

(3)從淤積帶分布情況上來(lái)看，泥沙主要淤積體集中在欽江及主要支流(如新坪水、舊村河、楊屋河、楊梅河等)匯口附近，形成“攔門(mén)沙”[15-16]，淤積體逐年向運(yùn)河主航道推進(jìn)。鑒于運(yùn)河航道內(nèi)水動(dòng)力條件相對(duì)較弱，水流挾沙能力弱，欽江及其他支流匯口泥沙沿運(yùn)河縱向輸移能力較差，泥沙淤積體較為集中，運(yùn)河航道建設(shè)中應(yīng)考慮一定的備淤深度，并每年進(jìn)行航道維護(hù)。

3 對(duì)流域防洪安全的影響

3.1 對(duì)河道行洪的影響分析

舊州江河道現(xiàn)狀寬度為30～40m，平均水深1.5m，現(xiàn)狀河道行洪能力在5～10年一遇；欽江干流中游河段，現(xiàn)狀河道寬度75～90m，平均水深4.6m，現(xiàn)狀河道行洪能力在10～20年一遇左右；城區(qū)河段現(xiàn)狀寬度為100～150m，平均水深4.2m，兩岸已建50年一遇堤防，現(xiàn)狀河道基本滿足50年一遇洪水過(guò)洪要求。

平陸運(yùn)河工程對(duì)欽江現(xiàn)狀河道進(jìn)行擴(kuò)挖疏浚，新建航道底寬85m，邊坡在1：0.4～1：3之間，頂寬120m，設(shè)計(jì)水深6.3m，新修航道的過(guò)水?dāng)喽笥跉J江天然河道的過(guò)水?dāng)嗝?，且航道更加順直，更有利于欽江洪水的宣泄。采用一維數(shù)學(xué)模型計(jì)算分析工程前后設(shè)計(jì)水位的變化情況，平陸運(yùn)河建設(shè)后，在5年一遇設(shè)計(jì)洪水條件下僅企石樞紐壩前存在一定的淹沒(méi)，但水位壅高值均不大，最大壅高為0.38m，最大壅水長(zhǎng)度約600m，分析其原因主要是企石樞紐壩前5年一遇水面線起推水位采用的是正常蓄水位，高于天然狀態(tài)下的舊州江水位。在欽江20年一遇及以上設(shè)計(jì)洪水下水面線均低于現(xiàn)狀同頻率設(shè)計(jì)水面線，洪水在主航道內(nèi)下泄，不產(chǎn)生漫灘；欽州城區(qū)段發(fā)生50年一遇洪水時(shí)，工程后水面線較現(xiàn)狀均大幅下降，平均下降2.50m，最大降低4.01m。平陸運(yùn)河的建設(shè)更加有利于欽江河道的行洪。

平陸運(yùn)河從上游至下游建設(shè)馬道、企石、青年三個(gè)梯級(jí)樞紐，采用三級(jí)渠化方案對(duì)全河段進(jìn)行連續(xù)渠化，通航建筑物為雙線船閘，行洪設(shè)施為泄洪閘。其中馬道樞紐無(wú)洪水，企石、青年樞紐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均為100年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)分別為2000年、1000年一遇。泄洪閘按照設(shè)計(jì)過(guò)流能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)分析，企石樞紐壩前工程后設(shè)計(jì)洪水位較現(xiàn)狀降低1.45m，校核洪水位降低1.16m；青年樞紐壩前工程后設(shè)計(jì)洪水位較現(xiàn)狀降低0.93m，核洪水位降低0.07m。平陸運(yùn)河通航建筑物的建設(shè)，在發(fā)生大洪水時(shí)壩前水位較天然狀態(tài)下是降低的，不會(huì)對(duì)河道行洪產(chǎn)生影響。

分析工程前后流速、流向成果可知，工程后河道流態(tài)有較大調(diào)整，工程后河道將有較大幅度拓寬和挖深，河道過(guò)流面積整體加大，除企石-青年段有小部分河段流速有所增加外，大部分河段流速有所降低。工程后河道動(dòng)力軸線將由原天然蜿蜒曲折轉(zhuǎn)換為規(guī)則順直，流態(tài)更趨平穩(wěn)，洪水更加快速下泄。

綜上，平陸運(yùn)河工程建成后雖產(chǎn)生一些淹沒(méi)，但相對(duì)現(xiàn)狀河道，河道過(guò)流能力增加了，總體上項(xiàng)目建設(shè)對(duì)河道行洪是有利的。

3.2 對(duì)現(xiàn)有水利工程安全的影響分析

平陸運(yùn)河工程的建設(shè)影響范圍內(nèi)己建堤防工程、閘門(mén)、泵站主要分布在欽州城區(qū)。涉及欽江西Ⅰ、Ⅱ堤、欽江東Ⅰ、Ⅱ堤、大欖江北Ⅰ、Ⅱ堤、大欖江南堤、犁頭嘴海堤8段堤防，城區(qū)防洪堤防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，堤防總長(zhǎng)度57.58km。經(jīng)對(duì)堤防安全及岸坡穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核分析，受平陸運(yùn)河建設(shè)影響的堤防有6段，分別為欽江西Ⅰ、Ⅱ堤、飲江東Ⅰ、Ⅱ堤、大欖江南堤、犁頭嘴海堤，總長(zhǎng)16.68km；占用城區(qū)防洪堤8.77km；受影響的泵站2座、閘門(mén)3座，1處攔河橡膠壩。

平陸運(yùn)河工程的建設(shè)對(duì)欽州城區(qū)的堤防、泵站、閘門(mén)等水利工程產(chǎn)生不同程度的影響，對(duì)欽江的防洪安全造成一定隱患。在初步設(shè)計(jì)階段，擬將對(duì)受到影響的防洪堤、排澇閘門(mén)及排澇泵站按照原標(biāo)準(zhǔn)、原規(guī)模、原功能恢復(fù)建設(shè)，并將其投資列入平陸運(yùn)河工程總投資中，以保障欽州城區(qū)的防洪排澇安全。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)由于平陸運(yùn)河的建設(shè)，欽江流域的防洪總體布局、水文情勢(shì)發(fā)生較大變化，運(yùn)河的實(shí)施使得河流由天然游蕩式河道轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏捻樦鼻?，已有的流域綜合規(guī)劃、防洪排澇規(guī)劃等成果均不適合繼續(xù)實(shí)施，需加強(qiáng)與相關(guān)水行政主管部門(mén)的溝通，重新編制相關(guān)規(guī)劃；必要時(shí)，單獨(dú)編制平陸運(yùn)河綜合規(guī)劃，統(tǒng)籌謀劃平陸運(yùn)河的水資源保護(hù)、防洪減災(zāi)、生態(tài)環(huán)境等工作，為平陸運(yùn)河沿線經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的水安全保障。

(2)欽江流域內(nèi)的現(xiàn)有河道均已完成了河道管理范圍劃定，明確了河管理范圍線以及水利工程保護(hù)范圍線，建立了較為完整的河長(zhǎng)管理體系。平陸運(yùn)河建設(shè)，將對(duì)現(xiàn)有河道進(jìn)行拓寬疏浚、裁彎取直，現(xiàn)有的河道管理范圍劃定成果已不再適用，河道管理范圍線己不符合平陸運(yùn)河工程建設(shè)的實(shí)際管理要求，建議在平陸運(yùn)河建設(shè)期，同步啟動(dòng)對(duì)運(yùn)河的河道管理范圍及水利工程保護(hù)范圍的重新劃定及確權(quán)工作。

(3)平陸運(yùn)河工程建設(shè)對(duì)影響范圍內(nèi)的堤防、水閘、泵站等水利工程，擬按照原標(biāo)準(zhǔn)、原規(guī)模、原功能進(jìn)行恢復(fù)重建?？紤]到平陸運(yùn)河建成后，沿線的經(jīng)濟(jì)社會(huì)將迎來(lái)快速發(fā)展，保護(hù)區(qū)范圍擴(kuò)大，保護(hù)對(duì)象重要性提高，防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)有所提高，現(xiàn)有的防洪排澇工程規(guī)模已不能滿足未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，因此，對(duì)平陸運(yùn)河影響范圍內(nèi)的水利工程復(fù)建應(yīng)考慮未來(lái)發(fā)展要求，對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)模和功能進(jìn)行重新論證。

(4)平陸運(yùn)河兩岸堤防工程應(yīng)結(jié)合其護(hù)岸工程同步建設(shè)，以避免后期堤防工程建設(shè)對(duì)運(yùn)河邊坡穩(wěn)定安全造成影響；同時(shí)，護(hù)岸應(yīng)考慮采用生態(tài)化護(hù)坡型式，打造綠色生態(tài)工程。