渭河下游临渭区河段砂石资源可开采量分析

郭 亮

(陕西省水利技工学校，陕西 泾阳713702)

1 渭河临渭区河段河道概况

1.1 基本情况

渭河是黄河最大的一级支流，发源于甘肃省渭源县乌鼠山，流经甘肃、宁夏、陕西三省(区)，在陕西潼关县港口附近注入黄河。渭河的流域面积为13.48万 km2，河长818 km，其中咸阳铁路桥至港口为下游，河长208 km。渭河下游是1960年建成的三门峡水库的库区和影响区，泥沙淤积严重，2002年汛后淤积量最高为13.218 2亿 m3，到2011年汛前渭河下游共淤积泥沙11.754 9亿 m3，可以看出，从渭河下游整体上看，泥沙淤积已较最严重的2002年汛后减少1.463 3亿 m3，淤积状况有所缓解。

但是，临渭区河段淤积泥沙2011年汛前较2002年汛后泥沙淤积量仍增加0.155 8亿 m3;对属于三门峡库区淹没区及影响区临背差2～3 m、防洪形势严峻的临渭区河段来说，河道泥沙淤积仍处在持续发展过程中。因此，疏浚采砂对临渭区河段减少泥沙淤积、理顺河势仍具有重要的现实意义。

1.2 地质概况

渭河下游河床具有典型的上下二元结构［1］，地层上部河漫滩为砂壤土、粉质砂土，下部河床为中粗砂层。这些物质，自上游至下游由粗变细。其中交口—赤水段是受三王—雨金断层影响突出的河段，沉积物组成下粗上细，分选差，粗细混杂。渭淤17～13断面间河床质以细砂为主，大于2 mm的砾卵石仅占2%～3%，河漫滩由细砂和粉砂组成，河岸主要为壤土、粘土构成，粘粒含量达30%以上。

1.3 河段泥沙颗粒级配情况

渭河下游连续宽级配床沙的输移过程表现为输沙率从总的趋势上是随流速的增大而增大的连续过程。由于床沙组成与来水条件、边界条件及河道形态等因素有关，在渭河下游有泾河和南山支流汇入或有抛石护岸等局部因素影响，使局部河段床沙料径大于1 mm部分在料配曲线中占有一定的百分点外，临渭区以下河段，除南山支流零河、尤河、赤水河入渭河口段外，河床组成基本上为中细砂。

2 临渭区河段砂石资源贮量分析

2.1 主槽建筑用砂质量评价

渭河主槽目前为堆积阶段，主槽岩性以中粗砂为主。砂的成份主要以石英、长石为主，分选、磨圆均较好，泥质含量少。从试验结果［2］来看，主槽中的中粗砂可以作为3区建筑用砂，上游渭淤19#断面附近，颗分资料显示已接近2区砂，为较为理想的砼细骨料。从下游向上游，中值粒径d50=0.39～0.50 mm，细度模数 =1.8～2.2，渭河主槽的沉积粒径明显变粗。

上述数据为天然状态下的测试数据，采用抽砂船，利用传送带输送采砂，开采过程中可有效地将砂中的泥质含量、极细砂(＜0.158 mm及部分微细砂＜0.315 mm)筛选掉，使砂质总体颗粒更粗，有可能达到2区砂。

2.2 静态贮量计算

静态储量计算是指在不考虑河流淤积的情况下，按目前极限开采深度内(枯水期水位以下15.0 m)，考虑各段河槽的曲流长度及主槽宽度计算的开采范围内可供利用的建筑用砂储量。主槽曲流总长度为35.545 km，枯水位以下15 m、13 m、11 m、9 m、7 m范围内可供利用的建筑用砂的静态可利用总储量分别为6 812万 m3、5 804万 m3、4 796万 m3、3 788万 m3、2 780万 m3。按临渭区主槽最深点以下2.5 m开采深度考虑，各断面可采砂资源统计见表1，可以看出，考虑各段河槽的曲流长度及主槽宽度计算的开采范围内可供利用的建筑用砂静态总储量为843万 m3。

3 临渭区河段砂石年补给量分析

渭河下游河道中的推移质泥沙在床面推移具有明显的输移带，其位置和宽度取决于流量的大小、主流线位置和河道环流的强弱等因素。一般来说，处在主流过渡段附近，床面的泥沙才能呈冲刷或暂时性冲刷状态，并容易形成较好的砂料区，但在这些地方往往是影响主流方向的敏感区域。

3.1 不同级配悬移质输沙量分析计算

临渭区河段主槽泥沙堆积中主要是0.05～0.5 mm泥沙，以华县站悬移质泥沙实测资料来看，粒径大于0.05 mm以上的泥沙所占比例一般不足30%，平均18.9%;粒径大于0.1 mm以上的较粗颗料的泥沙所占比例一般不足5%，这部分泥沙既是渭南以下河段河床的主体，也是悬移质泥沙的重要组成部分。

本河段不同级配输沙量的计算，泥沙级配采用华县站历年悬移质年均泥沙颗粒级配成果，输沙量采用华县站历年输沙量进行计算。华县站粒径大于0.1 mm的年输沙量只有0.006～0.513 亿 t，年最大输沙量与最小输沙量相差 85.5倍，多年平均输沙量0.10亿 t，为0.05 mm以上输沙量的15.2%，减小非常多;粒径大于0.25 mm的中粗沙年输沙量为0～0.279亿 t，年最大输沙量与最小输沙量相差更大，多 年平均输沙量0.04亿 t，为0.1 mm以上输沙量的40%。

表1 渭河主槽最深点以下2.5m以内可采砂资源量计算一览表

3.2 推移质输沙量分析估算

依据1958～1967年推移质实测验资料成果，推移质一般为悬移质的1/1000左右，各年推移质数量与颗料级配相差很大，年推移质量介于 1.98～46.95 万 t，平均 17.60 万 t。推移质颗粒大于0.1 mm的泥沙平均占到推移质输沙量的45%左右，颗粒大于0.25 mm的泥沙平均占到推移质输沙量的19%左右，并据此直线内插进行了推移质的估算，平均粒径大于0.16 mm推移质占到输沙量的35%左历，年均粒径大于0.16 mm推移质输沙约6.2万 t，可见，推移质输沙量很小，但其主要由中粗砂构成，是河床组成的主要成份之一，对保持河床稳定有重要作用。

3.3 临渭区河段砂石年补给量的估算

由于目前渭河下游临渭区河段仍处于不断淤积的过程中，通过的该河段的悬移质中的中粗泥沙理论上在适当的水流条件下皆可能停止运动而淤积在临渭区河段河床上;但由于水流条件的限制，一般情况下洪水与输沙相对应，能够淤积在临渭区河段的泥沙在自然条件下要远较输沙总量小，建库以来1962年淤积测量至2006年汛后45 a该河段共淤积泥沙2.624 0亿 m3，年均泥沙淤积0.058 3亿 m3(0.082亿t)占输沙量的3.276亿 t的2.5%。

由河道断面主槽汛后水下部分淤积物泥沙颗粒成果统计情况可以看出，临渭区河段各断面主槽淤积物粒径多年平均大于 0.10 mm以上的比例介于 34.8%～49.9%，平均43.3%，是华县站输沙量多年平均粒径大于0.10 mm以上的比例2.4%的18倍。可见淤积在河道的泥沙粒径要远较输移泥沙的平均粒径要粗化得多，给临渭区河段抽砂提供了较好的基础。1960年以来临渭区河段的年均泥沙淤积0.082亿 t，根据临渭区河段河道淤积物组成大于0.10 mm的比例，这一河段淤积的泥沙中粒径大于0.10 mm以上的泥沙约0.04亿 t(285.7 万 m3)。

通过临渭区河段大于0.16 mm以上的可利用泥沙年输沙量(直线内插推求)约0.07亿 t(500.0万 m3)，远大于河道年均自然淤积中粗砂含量0.04亿 t;若把年淤积中的粗砂全部挖走，来沙量粗砂能够补充并落淤形成较稳定的河床。各开采段的补给量既与河段河道本身输水输沙有关，又与其年开采量有关，在其上年采砂量远小于下年河道输沙量的条件下，采砂具有多采多补的特点，即河道输移泥沙首先易在采砂坑回落淤积。

分析表明河段具体的补给量还与开采量有关，若采砂量较小，补给量应接近自然淤积量285.7万 m3;临渭区河段开采量大于214.3万 m3(0.03亿 t)时，该河段淤积状况将有一定程度的减轻，即采砂对减缓淤积有一定的作用。

综合上述分析，渭河下游临渭区河段砂石多年平均可能静态补给量约285.7万 m3;在进行砂石资源利用的情况下，渭河下游临渭区河段砂石多年平均可能补给量285.7～500.0万 m3之间(0.04～0.07 亿 t之间，按 1.4 t/m3进行折算)。

4 临渭区河段砂石资源开采量的估算

4.1 临渭区河段采砂坑允许深度的分析确定

研究表明在考虑采砂坑边坡稳定，当开采深度控制在水文年河床自然冲淤范围内时，有利于河床的自动调整［3］;考虑到临渭区河段为淤积性河道，采砂形式以机械抽砂为主，采砂坑开挖边坡在自然水流冲刷调整下一般能够自然保持稳定。为了使采砂的影响在可控制范围，不明显改变河床质的组成，河段采砂量应控制在一定量的范围内。由前述临渭区河段最深点分析可知，1960年以来临渭区河段自然冲淤变化范围在3.8～7.7 m之间，平均为5.4 m;水文年最大冲淤深度范围在1.4～3.6 m之间，平均为2.5 m。结合该河段河道整治的要求，使开采区上下淤、左右岸平顺衔接的条件下，临渭区河段采砂坑深一般应控制在2.5 m以内，最大深度不超过多年自然冲淤深度平均值5.4 m，采砂对河道的影响基本控制在允许范围内。

4.2 临渭区河段采砂坑允许长宽的分析确定

在顺直河道中，砂坑移动速度随L/b增大而增大。在顺直河道中，砂坑宽度与长度增大会使砂坑被泥沙填充速度下降，但宽度的影响更为明显。临渭区河道采砂为河道抽砂，采砂坑的位置、长宽比(L/b)对砂坑移动速度和砂坑回淤速度均有较大的影响，因而该河段开采区的长与宽(L/b)主要受河道主槽宽和形态的影响［3］。依据有关研究［3］成果:渭河下游临渭区河段砂坑宽一般小于主槽宽的1/6，最大宽不超过主槽宽的1/3(采砂坑位于顺直河道中心线时)，其长度为宽的4～6倍较为适宜。因此，近期(2003—2006年)河道主槽宽介于217～471 m，平均宽为360 m;按采砂坑宽为河道主槽宽1/6计算，临渭区河段近期单个采砂坑宽一般控制在60 m之内，长度控制在240～360 m之内。

表2 临渭区河段汛后各断面水主槽淤积物颗粒粒级成果统计表

4.3 临渭区河段砂石资源可开采量分析估算

依据《规划》确定的临渭区河段内开采区和保留区，布设6个采砂场和3个保留区，结合前述确定的开采允许深度2.5 m、宽为主槽的1/6和长度为宽的4～6倍的分析成果，以及河道主槽淤积颗粒级配成果，估算临渭区河段砂石资源可开采量分析成果。渭河下游渭南临渭区河段规划开采区、保留区和其它区域年可能开采砂石资源量约130.9万 m3。

临渭区河段年可开采砂石资源量约130.9万 m3，小于前述分析的多年平均砂石资源补给量285.7～500.0万 m3，约占多年平均砂石资源补给量的26.2～45.8%;而开采河段长为20.5 km，为总河段长 37.5 km 的 54.7%;这样的比例保证了对采砂活动按要求进行严格管理条件下，该河段开采量控制在130.9万 m3以下时，可基本维持河槽的稳定。因此，临渭区河段该可能开采量计算成果是较为合理的。

估算开采量河道主槽的宽度依据是近期(2003～2006年)平均河道主槽宽进行确定的，是一种近期平均的开采量成果;若没有较大的洪水过程，河宽和河势变化具有渐变特征，近一两年内在河宽与河势没有发生大的变化条件下可直接使用。在今后实际应用时，河道若发生较大变化的情况下，应根据当年的河宽和河势情况重新对采砂坑宽和长进行评估确定，按前述的确定的原则和方法，根据实际河宽与河势确定采砂坑的控制指标。

5 结论与建议

5.1 结论

1)渭河下游临渭区段渭河主槽中堆积的中粗砂可以作为3区建筑用砂，上游渭淤19#断面附近，颗分资料显示已接近2区砂，为较为理想的砼细骨料。临渭区河段采用抽砂船、利用传送带输送采砂，开采过程中可有效地将砂中的泥质含量、极细砂及部分微细砂筛选掉，使砂质总体颗粒更粗。

2)按目前极限开采深度内(枯水期河水位以下15.0 m)，主槽宽度计算的范围内可供利用的建筑用砂静态可利用储量为6 812万 m3;河底以下2.5 m开采范围内可供利用的建筑用砂静态可利用储量为843万 m3。

3)初步估算渭河下游临渭区河段砂石多年平均可能静态补给量约285.7万 m3;在进行砂石资源利用的情况下，该河段砂石多年平均可能补给量285.7～500.0万 m3之间。渭河下游渭南临渭区河段近期年最大允许开采砂石资源量约130.9万 m3，河势基本上可保持稳定。

5.2 建议

1)今后若河势发生较大变化，在这一情况下实际应用该分析成果时，应根据当年的河宽和河势情况重新对采砂坑宽和长进行评估确定，按前述的确定的原则和方法，根据实际河宽与河势确定采砂坑的控制指标，对开采量进行重新估算后才能用于管理控制。

2)根据分析目前临渭区河段局部若形成较大较深的采砂坑，对河道冲淤有一定影响;因此应加强采砂日常管理，严格控制采砂坑的合理深度和大小，以减轻非汛期采砂对河道行洪的影响。

3)在今后采砂许可管理中，应加强采砂坑不同位置、深度条件下对河道主槽冲淤和河势演变影响的观测和分析，积累直接观测分析数据，为采砂的精细化管理奠定坚实的资料基础和理论依据。

［1］陕西省水利厅.渭河流域近期重点治理规划可行性研究报告［R］.西安.2005.

［2］陕西省地矿局第七工程勘察所.渭河下游临渭区段渭河主槽建筑用砂资源勘查报告.2007.12.

［3］王金生.河道采砂与管理［M］.中国水利水电出版社.2006.9.