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1、赵群(福州市水电局 ,福建 福州350002)摘要 :该文对闽江河道采砂从水流流态变化到河道采砂形成采砂坑引起溯源冲刷产生河床演变进行论述 。分析闽江南北港河道采砂导致河床冲刷 ,危及堤岸安全等问题 ,强调河道采砂要统一 管理 ,实行许可制度 ,以科研成果为基础指导有序采砂 ,力求变害为利 。关键词 :河道采砂 ;河床演变 ;采砂管理中图分类号 : TV14文献标识码 :B文章编号 :1002 - 3011 (2001) 01 - 0023 - 04闽江下游采砂概况闽江下游自水口坝下至出海口长约 128km ,河道贯穿福 省会福州市区 。闽江两岸是社会经济 、文化高度发达 、繁荣 带 ,因此加
2、强闽江下游特别是福州河段的河床演变观测 ,以 水文泥砂测验工作 ,严格控制河道采砂 ,提倡北港禁采 ,南 疏通原则 ,确保两岸堤防安全 。近年来 ,闽江下游曾出现河道大规模盲目采砂 ,严重危及 道堤岸的稳定和航道的安全 , 尤其北港 河 段 , 产 生 急 剧 变,河床刷深 ,解放大桥倒塌 ,部分防洪堤段受淘刷出险情 ,龙 角 ,洪山桥晨光村大小数十处堤岸崩塌 。洪水期北港分流 增加 ,南港枯水断流等一系列问题 。各级政府 、人大均已明文做出规定 ,北港严禁采砂作业 ,港及其它河道 、河段实行采砂许可制度 。省政府两个规章闽江下游水口坝下至梅溪口长 15km 为峡谷段 。一般河宽 300m 左
3、右 ,河床深切 ,由基岩或卵石夹砂组成 。梅溪以下进入丘陵区 ,河床开始展宽 ,河床由小卵石 、粗砂 、中砂组成 ,竹岐以下河道进一步放宽 ,为丘陵与平原相间的地形 ,河床宽窄不一 ,多洲滩河汊 ,河床系中粗沙组成 ,岸滩多粘土和砂土 ,抗冲性差易崩 ,枯水时河宽 450m。侯官以下经南台临河道分为两汊即南北港 。北港穿越福州市至出海口 34km ,河道窄深为通航河道 ,南港河道宽浅 ,滩槽多变 ,为泄洪河道 。闽江属少砂河流 ,根据竹岐站实测资料 ,1951 年1989 年平均年悬移质输砂量为 715 万 t ,最大年悬移质输砂量 2000 万t ,最小年悬移质输砂量 272 万 t 。19
4、93 年 8 月水口电站大坝蓄水后 ,大量悬移质输砂量停留在大坝库区 ,从而使坝下河段的来砂量减少 。据分析 ,全沙中泥砂 d50 015mm 的为悬移质 ,禁止在闽江下游北港河道采砂的通知、禁止在闽江下游河011mm110mm 的为砂质推移质 ,其中 011mm015mm 的为悬堆放行洪障碍物的通知、市人大审批通过的福州市河道砂管理办法为整顿河道采砂秩序提供有效的法 律 依 据 。 去的重点是理顺关系和依法统一管理 ,而今后河道采砂如 科学地控制和管理还需多加思索 。我省对闽江下游河道疏浚与河床演变的研究已有较长历,如为保证马尾港水深要求 ,7080 年代整治过该河段 ,抛 了鱼咀 、丁坝和
5、潜坝 ,保证马杭水道有足够分流 ,维持马尾 水深要求 。建设洪山桥时为不增加北港分流比 ,保留了旧 山桥所有桥墩 ,满足防洪分流要求 。但在闽江河道研究工 小组以前 ,关于河道采砂与河床形态的稳定及河床演变的 究较少 。1997 年以来 ,由于闽江下游地处的重要性 ,已引起 府及有关管理部门高度重视 ,提高防洪标准 ,确保行洪安全 是十分迫切的要求 。因此 ,加强对闽江河砂作为河床重要 成部分的闽江河砂研究 ,显得非常必要 ,也取得了一定的成。闽江下游河道形态及泥砂概况移质中的床砂质 ,它与沙质推移质经常交换 ,造床泥沙的分界粒径约为 011mm 。3 采砂对水力状况的影响311 采砂坑的情况
6、河道采砂的水下作业 ,多用挖斗式和吸泥式两种采砂船采砂坑呈点 、线和面状 。河道采砂坑的位置可能位于顺直河段的主航道 ,也可能位于弯道上 ,分汊河段采砂坑常常位于江心洲附近 。312 采砂河道水流 、流态 、流场的变化水流流经采砂坑其作用类似跌坝 ,流动水面有明显跌落 ,采砂坑上下游缘口处当地流速均有增加 ,坑内缘口附近分别形成一个回流 。推移质泥砂的输运过程使河床高程发生变化 ,从而又引起水流流场的变化 ,水流流场与泥砂的推移质的输运是互相耦合的 ,二者的运动具有明显的三维特征 。采砂使河床发生变形 ,水流的横向次生流相应进行调整 。当采砂坑位于河道a 采沙坑在河道中部b 采砂坑偏于河道一侧
7、图 1 河床有采砂坑时的横向次生流图 2 优化防洪岸线 100 年一遇洪水南港上段地形图中间 ,在一段时间内水流仍可维持平衡 ,但次生流已有变形 ,角部次生流在不断淘刷堤岸 (如图 1a) 。如采砂坑位于河道主 流一侧 ,则断面的次生流的变化较为明显 ,可能形成类似于弯 道水流的断面环流 ( 如图 1b) 。点状采砂坑对水流的影响有 限 ;线状采砂坑对纵向水流的影响较大 ,但对横向次生流的影 响有限 ,因而研究的重点应以面状采砂坑对河床稳定的影响 为主 。河道采砂导致平面流场发生变化 ,特点是采挖分拣堆弃 物直接影响水流流向和叉江的分流比 。据 100 年一遇洪水南港上段地形图 (图 2) 所
8、示 ,因局部采 砂 ,洪塘桥下游心滩冲刷下切 ,吉园洲边滩上端冲深 ,使原大 边滩挤压新洲水流有所缓解 ,以至较大潮中洪水位时水流漫 滩 ,使南港分流比 。因此采取工程措施 ,在下游 S24 断面右岸 长下挑丁坝 ,将水流挑至对岸 , + 3m 等深线全线贯通 ,消除了 洪塘大桥上下 + 4m 的高滩 ,有利于提高南港分流比 ,缓解北 港的压力 。而呈头砂洲采挖 、堆弃卵石在江中改变了中枯水 位流向 ,造成岸滩冲刷 ,甚至冲毁岸上公路 。4 采砂对河床的影响411 溯源冲刷的形成河道采挖砂石 ,在河床上形成线状或面状采砂坑 ,水流经坑口其运动类似“跌水”,上下游缘口水面向下跌落呈弯状 ,水流运
9、动明显加速 ,水流挟砂能力显著提高 ,冲刷能力强 。因缘口部位遭受水流冲蚀 ,上游水面的弯曲点逐渐向游移运 ,床面不断冲蚀 ,采砂坑的范围不断延展 ,形成溯源刷 。412 河床冲淤演变过程采砂坑范围上下游扩展过程 ,水流横向次生流发生变不断淘刷河床与堤岸交界处 ,使冲刷范围加剧 ,扩大 。水流带泥沙就容易回落在采砂坑内 ,沉积下来 ,逐渐回淤 。冲积河流的河床与水流是不断相互工作的 ,水流的挟能力超过水流实有挟沙量 ,河床就要冲刷 ,反之淤积 。河床化以后 ,又反过来影响水流 。河床的调整是冲刷河床突出位而回淤低洼处 ,采砂坑横断面不断展宽范围不断扩大的程 ,游荡性河道在潮区枯水和洪水时这一作
10、用十分明显 。其是采砂坑横向变化 ,范围的扩大可能危及两岸堤防安全5 闽江河道南 、北港采砂影响情况511 闽江北港吹 、挖沙闽江南北港河段 ,多年来一直在挖沙 。近期随着经济图 3 北港 4m 高程以下断面面积及平均河底 ( 与 1992 年差值) 沿程变化图表 1 北港吹 、挖沙量调查表单位 : 万 t时间洪山桥解放桥解放桥魁岐魁岐快安总 和811593106215915246153715521537159810225153131528152815131105011542315174101281523815973151993199419951996总计事业 发 展 , 吹 、挖 沙 量 逐
11、 年 增 加 , 从 表 1 可 以 看 出 北 港93 年 - 1996 年年平均挖沙量至少有 240 万 t 。若来沙量按 移质与悬移质之比为 011 计 , 近年来竹岐推移质平均来沙 约 36 万 t , 1996 年只十几万 t , 实际分到北港的沙量只占 来沙量的一小部分 , 则北港的来沙量远 远 小 于 河 道 上 的、挖沙量 。1996 年吹 、挖沙量又远大于 1994 年 - 1995 年 ,量增加后处于不饱和状态下的水流必然要进一步冲 刷 河, 使河床床面进一步下降和拓宽 。吹 、挖沙量增加与来沙量减少 , 两者结合在一起将进一 促进河道冲刷 。根据输沙平衡原理 , 在一定水
12、流条件下 , 沙量若小于本河段的水流挟沙力 , 水流将从河床上冲起泥 以达到输沙平衡的要求 。从北港的水流条件来看 , 若以河 平均水深 2m , 平均流速为 115m/ s , 泥沙 d50 = 014mm , 计 流挟沙力在 016kg/ m3 左右 。而近年来水流的含砂量约为1kg/ m3 , 说明河床冲刷是必然的结果 。河道发生冲 刷 后 ,起的泥砂逐步满足了水流挟沙力值时 , 达到输沙平衡 , 原则上应停止冲刷 , 然而由于挖砂一方面取走河床上的泥砂 ,使河床床面下降 , 床面下 降 后 使 上 游 来 砂 又 在 此 聚 集 、停留 , 停留泥砂又被吹 , 挖掉 , 下一河段的来砂
13、又处于不饱和状态 , 如此下去 , 河道全线形成了普遍冲刷状态 。图 3 显示近年来北港地形的变化 , 二桥以下渔轮厂断面至魁岐码头一带普遍冲深 3m - 4m。快安附近 , 由于河中取砂 , 吹填滩地 , 资料表明快安一带 1993 年 - 1998 年采砂量约 800 万 m3 , 占北港吹 、挖沙量 95 %以上 。1994 年比 1992年河床降低 8m 多 , 从 13 # 、15 # 断面可知 , 在快安一带已形成相当大采砂坑 , 平均宽度 200m - 300m。同时采砂坑不断展宽 , 该断面也被冲刷 , 由于沙石采集引起河床溯源冲刷不断向上游延伸 , 上游沿线刷深明显 , 解放
14、大桥上下游影响最为严重 。512 采沙对南北港汇流区影响由图 4 看 出 北 港 下 段 是 马 尾 南 、北 港 汇 流 区 , 水 面 放宽 , 平 均 河 宽 3 km , 两 条 水 道 在 白 岩 潭 附 近 交 汇 。马 杭 水 道个规顺稳定的槽 , 将摆动多的 主 流 稳 定来 , 形成一条顺 、微 弯 的槽 。经过科学采砂或疏竣 ,续性的深河槽明显 , 即可消枯水期南港断现象 , 而且有于 航 运 等 级高 , 随着滩槽位稳定 , 河道顺 , 洪 、中 、水 期 主 流 摆少 , 洪水期河阻力减小 , 从增大了南港的水 能 力 和 分比 , 也相应减图 4 马尾附近 - 5m
15、线及深泓变化图了北港的洪水和炎山水道之间形成一沙洲称道庆洲 , 受地势约束 , 江面缩小 , 汇流区水面放宽 , 流速减小 。一般情况 , 泥沙在此沉积 一部分 , 泥沙沉积后 , 床面抬高 , 水面也相应抬高 , 有减缓 北港河道冲刷的趋势 。但是 1995 年马尾附近地形与 1992 年相比 , 可以看出其 河床 - 5m 线的深槽范围已大大加宽 , 1996 年情况更为严重 , 汇流区的冲刷加深进而加剧北港冲刷 , 其原因之一是航道部 门为冲深马尾港 , 在炎山水道建潜坝 , 马杭水道明显扩大 。 二是快安投资区大量吹砂 , 至今投资区内几家企业仍在运沙 填地 , 2000 年约 70
16、万 m3 , 大量砂石来自汇流区域内 。三是 马尾港区也大量挖砂 , 1996 年挖 60 万 m3 , 因此马尾汇流区 的冲淤变化与上游来砂和人为因素有密切的关系 , 马尾汇流 区的冲刷又进一步促进了北港的冲刷 。513 南北港分流口及南港采沙南北港分流口河面宽阔 , 水流散乱 、泥沙运动复杂 , 多 年来河床冲淤变化频繁 , 河流动力轴线左右大幅度摆动 , 分 流口河段是闽江干流河床变化剧烈 、水文复杂的浅滩之一 , 在此有 3 - 5 只挖砂船常年作业 , 年挖沙量 80 万 m3 , 挖沙船 作业盲目性大 , 形成大量面积不等的采砂坑 。南港上段采砂要考虑现有河道情况 , 其上段为一宽
17、浅 、 游荡性河道 , 沿程河宽变化大 , 在西岸洪水河漫滩之间的河 床中 , 滩槽高差小 , 主流动荡不定 , 摆幅大 , 河床不稳定 。胁 。6 河道采砂建议要求目前河道采砂有充足的法律法规可遵循 , 但采砂管理及多方利益 , 至今难以有效的协调 , 加强对河道采砂管充分利用有限资源 , 兴利除害是国民经济可持续利用发展迫切需要 。采砂将导致河流形态的调态 , 产生河床变化 , 首先要制作业范围 , 设立必要禁采区 。在作业区内可考虑采砂设性能限制 , 控制采砂作业范围和深度 。对河道采砂要正确导 , 利用采砂整治河道 , 控制河床演变 。河道采砂的决策领导应当以科学研究的成果为依据 , 定性弄清河道采砂时体河床的稳定和演变的影响 , 还应根据上游来砂情况与河的反应和变化调整河道采砂 。在河道中乱采沙石必然危及河床稳定与堤岸的安全 ,止河道采砂则可能浪费自然资源 , 科学地按照河床整治的求合理进行河道采沙 , 可兴利除害 , 疏竣河道 , 使淤砂变砂石原料 。大规模采砂使河床严重变形 , 水流流态发生变导致河床全面调态 , 影响河流形态的稳定 , 要加强统一协管理 , 有效控制河道有序采沙 , 创造良好生态平衡 。作者简介 : 赵群 ( 1961 - ) , 男 , 福建厦门 人 , 工 程福州市水电局水政水资源处主任 , 主要 从 事 水 资 源 管 理
