冲淤变化对渭河下游仓西工程安全的影响

包岁利

（陕西省河流工程技术研究中心，陕西 西安710018）

1 概况

1.1 仓西河段概况

渭河仓西控导工程位于大荔县韦林乡望仙村东南的渭河渭淤2断面左岸上下游，仓西湾所在河段是渭河下游的方山河～潼关入黄段，该河段长约58 km，属典型的弯曲性河段，枯水河床宽约400～600 m，河床局部摆动不定，河曲十分发育，平均弯曲系数约为1.43，河势弯化交为剧烈，侵蚀塌岸经常发生，河床纵向平均比降为10/000左右，在仓西工程下游6.0 km左右渭河左岸有北洛河汇入渭河。仓西工程位于渭河下游渭淤2断面附近，因为渭淤2在河道中间，选渭淤1～2或者渭淤2～3断面都不能代表这个河段，所以选渭淤1～3河段作为本次的研究河段。

1.2 仓西控导工程概况

仓西控导工程在《渭洛河下游河道整治初步设计》(下简称《初设》)中，工程布设起点在仓西湾上段，对应于沙苑围堤管理桩号为9+600，在仓西湾上段沿修正治导线与岸坎布置成直线，直线段布设12座雁翅坝垛抵御渭河洪水顶冲，中下段布设复合弯道，布置23座雁翅坝形成以坝护弯，以弯导流，并保护抽水站取水口和移民围堤。工程总长度2781 m，沿工程位置线共布置雁翅坝35座；其中水中进占雁翅翅坝11座，旱滩雁翅坝24座，加固1座。

2000～2002年，仓西河段河势不断恶化，主流直接顶冲仓西湾，致使仓西湾岸坎不断坍塌后退，湾顶下挫；2002年3月湾顶距沙苑围堤不到100 m，洪水直接威胁着沙苑移发围堤的安全。2003年1月，陕西省水利厅批复[1]同意安排新建仓西控导护岸工程建设。

仓西控导工程从2003年汛前、2003年汛后、2005、2008、2011 年 5 期建设，形成目前总长 5934 m、雁翅坝 35（0#～34#）座的规模。在施工过程中，2～4期建设时进行了设计变更，主要是水中坝变更为旱滩坝、抬高原设计冲刷底坑高程[2]两方面的变更。

1.3 工程历年出险基本情况

仓西控导工程2010年初次出险以来历次出险情况统计见表1。在2010年洪水期间，渭河下游大荔仓西工程4～6#坝及裆相继出现墩蛰、坝裆后溃等险情发生，工程整体下沉向前飘浮到原主河道后突然整体下沉，击起10余米水浪的特殊出险类型；2011年9月秋淋洪水期间，仓西工程2～3#坝段坝裆、坝头相继出险；2012年8月、9月渭河中下游形成了二次中常流量洪水，6～8#坝段坝裆出现土体坍塌险情长度12 m；2013年7月下旬洪水致使8～9#坝裆中下段及9#坝上跨笼石台发生墩蛰较大险情，出险长度52 m；2014年9月洪水，8～10#坝及裆出现根石走失、笼石倒塌入水，出险长度约140 m，水毁较为严重。

仓西工程历年出险情况统计表

可以看出，出险集中在3～10#坝段；出险主要表现为坝垛墩蛰（3-6#、9#坝）、坝裆后溃坍塌或土体坍塌（2-3#、4-8#坝裆）、坝及裆笼石墩蛰或倒塌（8-10#坝裆）3种形式。针对仓西工程3种出险形式，分析研究仓西工程特殊出险类型的原因，提出科学合理的除险加固方案，并组织实施、确保工程与堤防安全，是十分必要与迫切的。

2 仓西河段冲淤情况分析

由于仓西工程出险有河道冲淤、河势演变、工程设计与修建、地质[3]等方面的众多影响因素，十分复杂，因此本文仅对河段冲淤在工程出险中的影响进行分析，以期明确河道冲淤对工程设计有关参数的影响，提出今后工程设计中应怎样按冲淤成果确定相应参数。

2.1 河段冲淤情况

渭淤2典型断面河道形态变化变化见图1。可以看出，1960年以来渭淤2断面滩面、主槽最深点均大致抬升4.0 m左右，主槽变窄、深度变化不大，形成相对窄深的河槽，整个断面淤积抬升十分明显，淤积量巨大，形成了明显的临背差。从河槽形态变化分析，2010年以来仓西河段变得宽浅，不出槽的2500 m3/s以下各流量级洪水平均流速减小，冲刷能力减弱，对主槽岸坎与仓西工程稳定总体是有利的。

图1 仓西河段渭淤2典型年断面变化图

2.2 河段冲淤变化过程

渭河下游渭淤1～3各河段冲淤情况列于表2。可以看出，仓西河段2002汛后由淤转冲，2002年汛后至2012年汛后仓西河段（渭淤1-3）总体冲刷，共冲刷0.2506亿m3，其中2003、2010年度分别冲刷 0.1709亿 m3、0.0358亿 m3，幅度较大，占该时期68.20%、14.29%。2004～2008年是补偿性连续微弱回淤，2009～2012年度持续性微弱冲刷；由于渭河“冲槽淤滩”特点，仓西河段主槽平均冲刷下降1.03 m。2013年仓西河段“由冲转淤”引起该河段的变化调整，2014年又有较大幅度的冲刷0.0527亿m3，2015年该河段微淤0.0011 亿 m3。

出险前2002.09～2009.10仓西河段整体冲刷0.0809亿m3，呈现“一年冲多年淤”的冲淤过程；2010年汛期出险以来的2009.10～2015.10仓西河段共冲刷0.1979亿 m3，其中2009～2012年4年连续冲刷，2013年以来仓西河段年度冲淤变化已由“连续冲刷”变为“冲淤相间”。

3 河段冲淤对仓西工程出险的影响分析

3.1 河段最深点变化分析

2002年以来仓西河段各断面河底最深点变化过程见图2。可以看出：仓西河段渭淤1、2、3各断面最深点近期变化趋势大致相同，但有个明显特推征是多数年份形成河底倒比降，出现明显的拦门沙；如2002～2004年渭淤1相对渭淤2形成倒比降的拦门沙坎，2005年渭淤2相对渭淤3形成倒比降的拦门沙坎，2010年渭淤1、2相对渭淤3形成倒比降的拦门沙坎，渭淤1、2较渭淤3河底最深点分别高1.8 m、2.3 m，倒比降非常明显。

表2 渭河下游渭淤1～3河段淤积体分布表

近期2003与2010年汛期仓西各断面河底最深点均大幅度下降，河槽冲刷幅度很大；2003年汛期渭淤1、2、3断面河槽分别冲刷下降 1.86 m、1.68 m、1.99 m；2010 年汛期渭淤 1、2、3各断面河槽分别冲刷下降1.79 m、2.18 m、4.14 m，仓西河段呈从上游至下游冲刷幅度“由大减小”的沿程冲刷变化。可见，在2010～2014年较好的洪水条件下，对前期淤在河道的泥沙大量冲刷，仓西河段出现了一定程度的冲刷，引起河势变化与岸坡坍塌。

图2 仓西河段各断面汛后最深点变化过程图

3.2 河段最深点变化与工程设计冲刷底坑高程对比分析

仓西工程历年出险施工冲刷底坑高程与出险年份汛后河道最深点高程差值统计见表3，需要说明的是，上述比较是在洪峰过后河道回淤后的成果，在实际洪水过程中出险时河道最深点应较上述汛后最深点更深。

表3 仓西工程历年出险施工冲刷底坑高程与出险年份汛后河道最深点高程差值统计表

可以看出，2010年汛期洪水冲刷回淤汛后实测渭淤2最深点为324.74 m，较4#、5#、6#坝设计变更冲刷坑底高程分别低0.26 m、1.26 m、1.26 m，较坝裆设计变更冲刷坑底高程328.5 m低3.76 m。2011年汛期渭淤2断面汛后最深点为325.64，较出险的3#旱滩坝设计冲刷坑底高程328.50 m低2.86 m。2012年汛期渭淤2断面汛后最深点为325.18，较出险的6～8#坝裆土体坍塌段工程施工 (设计)冲刷坑底高程328.50 m低3.32 m。2013年汛期渭淤2断面汛后最深点为325.26，较墩蛰的8～9#坝裆中下段及9#坝上跨笼石台段工程施工(设计)冲刷坑底高程328.50 m低3.24 m。2014年汛期渭淤2断面汛后最深点为324.85 m，较出现根石走失、笼石倒塌8～10#坝及坝裆工程段施工(设计)冲刷坑底高程328.50 m低3.65 m。上述分析表明：仓西河段河道冲刷下切，河道最深点一般较出险工程施工(设计)冲刷坑底高程低，除4#坝垛低0.26 m差距不大外，5～6#低1.26 m、3#低2.86 m、其它均超过3.0 m。

仓西河段河道冲刷下切，河道最深点一般较出险工程施工(设计)冲刷坑底高程低，这种客观边界条件在充足的洪水动力条件下，洪水淘刷容易造成根石走失，工程吊空极易造成工程失稳出险。因此，仓西河道较大幅度冲刷，河道最深点下切较工程施工(设计)冲刷坑底高程低是仓西工程连年出险的一个重要原因。

4 结论与建议

4.1 结论

（1）在2010年洪水期间，渭河下游大荔仓西工程发生工程整体下沉向前飘浮到原主河道后突然整体下沉，击起10余米水浪的特殊出险类型，之后，2011～2014年汛期仓西工程4#～10#坝段每年均出现一定的险情。在洪水量级不大的情况下仓西工程2010～2014年连续5年出险，由于出险类型特殊、出险原因不明，直接危胁仓西工程坝后仅80余米的堤防工程。因此，分析研究仓西工程特殊出险类型的原因，为提出科学合理的除险加固方案、并组织实施，确保工程与堤防安全有着重要的意义，开展该项研究是十分必要的。

（2）仓西控导工程2010年初次出险以来历次出险出险集中在三期续建的3～10#坝段；出险主要表现为坝垛墩蛰(3～6#、9# 坝)、坝裆后溃坍塌或土体坍塌(2～3#、4～8# 坝裆)、坝及裆笼石墩蛰或倒塌(8～10#坝裆)3种不同出险类型。

（3）2002年汛后至2012年汛后仓西河段总体冲刷，共冲刷0.2506亿m3，其中，2004～2008年是补偿性连续微弱回淤，2009～2012年度持续性微弱冲刷。2013年仓西河段“由冲转淤”引起该河段的变化调整，2013年以来仓西河段年度冲淤变化已由“连续冲刷”变为“冲淤相间”。

（4）仓西河段河道冲刷下切，河道最深点一般较出险工程施工(设计)冲刷坑底高程低，这种客观边界条件是工程失稳出险必要的外在条件，在充足的洪水动力条件下，工程失稳出险必然成为大概率事件，因此，仓西河道河道最深点下切较工程施工(设计)冲刷坑底高程低，是仓西工程连年出险的一个重要原因。

4.2 建议

河道较大幅度冲刷下切、主槽最深点较工程施工(设计)冲刷坑底高程低，是造成2010、2011年仓西工程出险主要原因，但产生这一问题的根源是设计变更中将冲刷坑底高程抬升2.5～6.0 m，因此，在今后河道工程特别是控导工程施工中，重大变更要按照水规计[2012]93号《水利工程设计变更管理暂行办法》[4]要求进行。