浅谈西江流域下游河道采砂对河床的影响及控制

　　摘要：该文对西江流域水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。分析西江流域水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
　　
　　1、前言
　　珠江三角洲河口是世界上最复杂的河口之一，口门及网河区河道水沙交换频繁，为加强整治开发活动的监督、规划、实施等管理，保障河口良性发展，必须加强水行政执法，建立水资源管理的水务一体化管理体制。
　　近年来，西江流域下游的采砂问题非常突出，河道大规模盲目采砂，严重危及河道堤岸的稳定和航道的安全，加剧了三角洲河道及口门和自然不协调的演变发展，导致三角洲网河区水位过高和河汊间分流关系发生了不协调的变化，同时影响了水道的航运条件。
　　
　　2、珠江三角洲水道来砂概况
　　珠江是我国七大江河中含沙量最小的河流，全河多年平均含沙量0.27kg/m3，虽然含沙量较小，但由于年径流量大，全流域多年平均输沙量达8872万t。含沙量的年内变化显著，汛期4月～9月含沙量在0.14kg/m3～0.53kg/m3之间，非汛期的含沙量在0.02kg/m3～0.07kg/m3之间，一般涨水时的含沙量大于退水时的含沙量。输沙量的年际变化与径流的年际变化相应，即丰水年多沙，枯水年少沙。
　　珠江流域的输沙量主要来自西江，占珠江流域总输沙量的82.8%。每年进入珠江三角洲的泥沙约有80%输出口门外，约20%留在网河区内。上游来砂在口门外形成大量滩涂，在人工围垦影响下，浅滩最大伸展速度可达70-100米/年，珠江口外水深小于5米的浅滩大约1256平方千米，相当于平原面积的18.2%。水深0米的可垦滩地约8.17万公顷。
　　
　　3、采砂对水力状况的影响
　　3.1、采砂坑的情况
　　河道采砂为水下作业，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。
　　3.2、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1)。如果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2)。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。
　　
　　4、采砂对河床的影响
　　4.1、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，水流途经坑口其运动类似“跌水”，上下游缘口水面向下跌落呈弯曲状，水流运动明显加速，水流挟砂能力显著提高，冲刷能力加强。因缘口部位遭受水流冲蚀，上游水面的弯曲点逐渐向上游移运，床面不断冲蚀，采砂坑的范围不断延展，形成溯源冲刷。
　　4.2、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化，不断淘刷河床与堤岸交界处，使冲刷范围加剧，扩大。水流挟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，水流的挟砂能力超过水流实有挟沙量，河床就要冲刷，反之淤积。河床变化以后，又反过来影响水流。河床的调整是冲刷河床突出部位而回淤低洼处，采砂坑横断面不断展宽范围不断扩大的过程，游荡性河道在潮区枯水和洪水时这一作用十分明显。尤其是采砂坑横向变化，范围的扩大可能危及两岸堤防安全。从而出现“砂走石沉”的现象。
　　
　　5、西江流域下游水道采砂影响情况
　　西江流域下游水道河段，多年来一直在挖沙。近期随着经济建设事业发展，挖沙量逐年增加，水量增加后处于不饱和状态下的水流必然要进一步冲刷河床，使河床床面进一步下降和拓宽。
　　挖沙量增加与来沙量减少，两者结合在一起将进一步促进河道冲刷。根据输沙平衡原理，在一定水流条件下，来沙量若小于本河段的水流挟沙力，水流将从河床上冲起泥沙以达到输沙平衡的要求。河道发生冲刷后，冲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，停留泥砂又被挖掉，下一河段的来砂又处于不饱和状态，如此下去，河道全线形成了普遍冲刷状态。
　　
　　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，但采砂管理涉及多方利益，至今难以有效的协调，加强对河道采砂管理，充分利用有限资源，兴利除害是国民经济可持续利用发展的迫切需要。
　　采砂将导致河流形态的调态，产生河床变化，首先要控制作业范围，设立必要禁采区。在作业区内可考虑采砂设备性能限制，控制采砂作业范围和深度。对河道采砂要正确引导，利用采砂整治河道，控制河床演变。河道采砂的决策和领导应当以科学研究的成果为依据，定性弄清河道采砂时具体河床的稳定和演变的影响，还应根据上游来砂情况与河床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，禁止河道采砂则可能浪费自然资源，科学地按照河床整治的要求合理进行河道采沙，可兴利除害，疏竣河道，使淤砂变成砂石原料。大规模采砂使河床严重变形，水流流态发生变化，导致河床全面调态，影响河流形态的稳定，要加强统一协调管理，有效控制河道有序采沙，创造良好生态平衡。

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