沁河下游河道采砂治理方案研究

□ 刘 欣 □ 孙 妍 □ 王凤群（河南黄河勘测设计研究院）

0 前言

河砂是缓冲河道水流、涵养水源、保护堤防与河岸的重要屏障，也是非常重要的建筑材料。近年来，随着地方经济迅速发展，城市基础设施建设对砂石料需求量逐渐上升，促进了采砂业的发展。人们在经济利益驱使下，出现了滥采乱挖的现象，在主槽内大量采挖砂石。由于采砂业主不顾及河道生态环境和河床稳定，在河道乱采滥挖，加剧了部分河段畸形河势的恶化，造成河道坑堆增多，河流紊乱，甚至局部岸坡淘空，工程根石外露，一旦洪水到来，可能导致河势发生大的变化，直接威胁着河道的防汛能力和沿岸群众的生命财产安全。

目前，沁河下游河道内规划有采砂点30处，除规划的采砂点外，还有零星的非法采砂点。对于河道采砂，必须进行科学规划，强化管理，以实现砂石资源的合理开发利用，确保河势稳定、行洪安全，保持水生态环境良好。

1 沁河下游河道基本情况

1.1 近期来水情况

沁河属季节性河流，径流年内分配不均，在非汛期来水较枯，断流时有发生。沁河武陟站1950-2000年间，最大洪峰流量4130m3/s，其中3000m3/s以上的洪水有2次，分别为1954年和1982年，600m3/s以上洪水共25次，600m3/s以下枯水时间达52%。1982年大水过后至2000年18年间超过600m3/s洪水仅5次。2000年以后，沁河下游枯水现象越趋严重，径流量衰减明显。统计整理武陟站2001年至2012年流量资料，近十年来，武陟站未发生1000m3/s以上洪水，超过600m3/s洪水也仅2次，全年大部分时间流量都在100m3/s以下。

1.2 沁河下游采砂现状

沁河下游的采砂活动始于1985年，2000年以后五龙口至丹河口河段采砂现象较为严重，河道采砂使部分断面主槽深泓下切、主槽展宽，主槽局部展宽达80m左右，采砂深度超过10m。

2 河道基本参数分析

对沁河五龙口至石荆桥河段内布设的27个河道大断面资料进行整理，分析了河段相关的河道参数，对沁河下游河道采砂治理具有重要指导意义。

2.1 平滩流量

平滩流量即造床流量，是河道整治的一个重要技术指标。该流量对塑造河床形态所起的作用最大，但它并不等同于最大洪水流量。本次研究在沁河下游寻找造床流量的目的，是确定造床作用最大时对应的流量及相应的河床平面形态。国内外计算该流量方法很多，本次采用两种方法计算研究河段的平滩流量。

图1 Q-Q2JP曲线图

2.1.1 马卡维也夫法

绘制Q-QmJP关系曲线，找出QmJP最大值，相应该值的Q即为造床流量。借用黄河输沙率公式QS=kQβ，可以绘制Q-kQβP关系曲线，当kQβP最大值时对应的流量为造床流量。为简化起见，绘制Q-Q2JP曲线即可。本次利用这种方法，采用1985至2012武陟站流量资料，绘制了Q-Q2JP曲线。见图1。

一般来讲，相应最大峰值的流量值为决定中水河槽的流量应为第一造床流量，相应次大峰值的流量值仅对塑造枯水河床有一定的作用。对比图1中Q2JP出现的两个明显峰值，第一造床流量应为700m3/s。

2.1.2 断面计算法

结合武陟水文站所在河道大断面套汇图读出该断面位置平滩水位为104.50m，依据武陟站多年水位流量关系曲线，查找该平滩水位对应流量为592m3/s，即武陟断面平滩流量为592m3/s。

采用HEC-RAS软件建立2012年沁河下游现状河道模型，对本次研究河段内27个河道大断面逐段试算，其中最上段C.S.1、C.S.3断面和C.S.8断面为采砂情况较为严重的典型断面，这些断面由于乱采滥挖导致大断面主槽大幅展宽、深泓明显下切，相应平滩流量也比挖砂前增大，因此除最上段平滩流量估算值为700m3/s以外，其余河段的平滩流量平均值为580～650m3/s，这与多年水位流量关系曲线读取的592m3/s相吻合。

总结上述算法:根据简化马卡维也夫法，推求沁河下游河段造床流量为700m3/s；根据沁河下游武陟站多年水位流量关系曲线，推求沁河下游平滩流量为592m3/s，采用模型对研究河段分段进行试算，推求该河段的平滩流量均值为600m3/s左右。

2.2 河宽

根据沁河五龙口至石荆桥河段内1985至2012年大断面套绘结果，选取各断面多年主河槽平均宽度。1985年以来，五龙口至石荆桥河段河道主河槽平均宽度为229m。

2.3 河床比降

利用各河道断面现状平均河底高程，推求河段河床比降。伏背至石荆桥河段平均比降为0.46‰，其中伏背至丹河口河段平均河床比降为0.60‰，丹河口至石荆桥河段平均河床比降为0.40‰。丹河口至石荆桥河段河床比降明显比丹河口以上河段变缓。

3 沁河下游河道采砂治理技术方案

通过有序实施河道采砂的方式对沁河下游河道进行疏浚改造，使采砂和河道治理有机结合，最大限度发挥采砂对河势的有利影响。

3.1 设计流量

根据平滩流量的分析结论，考虑沁河下游近年来多是枯水系列，河床有萎缩的趋势，故本次沁河下游河道采砂治理方案的设计流量取为600m3/s。

3.2 设计整治河宽

3.2.1 整治流量推求整治河宽

利用水流连续方程和曼宁公式得出整治河宽:

根据以上五龙口至石荆桥河段河道参数统计分析数据成果，式中:K—河相关系；Q—设计整治流量；n—主槽糙率；J—设计流量下河床比降。

当设计整治流量取600m3/s时，按公式计算，丹河口以上整治河宽B=196m，丹河口以下整治河宽B=215m。

3.2.2 治理河段主河槽宽度

根据统计结果，1985至2012年五龙口至石荆桥河段主河槽实测多年平均河宽为229m。考虑丹河汇入及其以下河段游荡程度较强，确定丹河口以上河段河道整治宽度为250m，丹河口以下河段河道整治宽度为300m。

3.3 设计水深

采用曼宁公式试算，设计流量取600m3/s，丹河口以上河段设计主槽宽度250m及丹河口以下河段设计主槽宽度300m条件下相应的断面水深值，计算成果见表1。

表1 主流线摆动强度统计表

丹河口以下河段逐渐从冲淤相间河段过渡到淤积河段，综合考虑丹河口以下河段的冲淤趋势，确定本次河道采砂治理方案的设计水深为3m。

3.4 采砂平面控制线

在收集整理分析沁河下游历年河势主流线、河道大断面等有关资料基础上，根据河道基本参数的分析成果，结合现有河势流路，初步规划确定沁河下游采砂治理方案的平面控制线。

4 结论与建议

本次沁河下游河道采砂治理方案研究在正确处理堤防防洪安全、河道疏浚以及滩区利用三者关系的前提下，提出了疏浚与河道治理相结合的治理方案。方案通过有序实施河道采砂的方式对沁河下游现状河道进行疏浚改造，拓宽主河槽，改善水流形态，提高河道过流能力，从而归顺现有上下游河势，并使河势向健康有利的方向发展。

本方案研究的主要范围为采砂现象较为集中的五龙口至石荆桥河段。如果只对该河段实施采砂方案，石荆桥以下河槽仍为现状断面，河床断面突然由挖砂后的300m主槽宽变为天然状态的窄深河槽，水面线的连续性必然受影响，局部产生壅高，不利于大洪水的行洪。从防洪安全角度考虑，建议治理方案实施范围扩大至沁河口，即整个沁河下游河道范围内。

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