工程采砂对耦池河的影响分析

刘飞　冯伟　龙振华　何姣云

摘要：为了研究小范围的局部采砂对河道的影响，收集整理了河道河势、地质、涉水建筑物、水环境和水生态等基本情况，采用数值模拟的方法分析了采砂前后河道内水位和流速的变化情况，结果表明：采砂后河道过水断面面积扩大，将有利于河道防洪安全;采砂对水位和流速的影响基本集中在采砂区域附近，对河势基本无影响;通过选择合理的采砂设备和禁采期，可有效地减轻采砂对河道水环境和水生态的影响。

关键词：采砂;水位;流速;河势;防洪;水生态

中图分类号：TV143 文獻标识码：A 文章编号：1674-9944（ 2020） 2-0164-03

1 引言

砂石是建筑工程必要的建筑材料，伴随我国社会经济的快速发展，大量的基础设施建设开工修建，对砂石消耗巨大。长江中下游河砂作为优质的砂石原材料被大量开采，无节制的开采一度对长江生态造成严重影响，并得到了广泛关注。马中和[1]就长江中下游大规模无序开采江砂的危害进行了研究，并提出了相关对策。毛野[2]等在研究了长江中下游河道采砂现状后，重点探讨了河道无序采砂对河床稳定和航运交通所造成的危害;肖平安[3]分析了不合理采砂症结，并提出了遏制非法采砂的几点建议。王金生[4]从体制机制的建设方面，初步分析了长江河道采砂管理长效机制，以期对促进全国河道采砂管理工作提供帮助。王继勇[5]等在分析了多个长江河道砂石开采案例后，提出了科学构件长江河道砂石交易方式等3大策略，并探索了疏浚泥沙和三峡工程库区砂石资源利用可行性。王治[6]从采砂管理机制方面提出，以“一政事务一家负责”、增加刑法保护等制度创新的方式加快破解河道管理难题。数值模拟是研究采砂对河道影响的重要手段，曾慧俊[7]等综合评述了经验分析法、水流数值模拟等国内外河道采砂影响分析的数值模拟方法，并就下阶段该领域的数值模拟提出了预测。王国栋[8]等、隋保生[9]采用数值模拟的方法分析了采砂对涉水建筑物、河道生态的影响，对采砂方案或河道生态修复提出了建议。王金生[10]从采砂船采砂能力方面，分析了采砂设备对采砂管理的影响。李志威[11]等分析了荆江河段和洞庭湖水系多年的采砂量，为该区域采砂管理提供了有效参考。

科学合理的采砂对维系河道生态稳定有重要意义，本文以藕池河采砂为例，分析了藕池河局部区域内开采河砂后，对河道的影响，论证了本次河道采砂方案确定的合理性。

2 采区基本情况

2.1 河道基本情况

藕池河水总长296 km，系1852年长江溃口后未加修复，至1860年大水，溃口逐渐冲成大河，成为长江水流分泄人洞庭湖的水道，分东、中、西三支。藕池东支为主流，自藕池口经管家铺人东洞庭湖，全长91 km;东支在黄金咀处又分一支南下，称藕池中支;在梅田湖处又分一支，长26 km。中支在陈家岭处又分为东西二支，西支称陈家岭小河，东支称哑吧渡小河，东西二支又汇合南下，与藕池西支相汇后入南洞庭湖。藕池西支，全长86 km（图1）。

2.2采区地质情况

采区下部岩土大体可分为两层，自地面向下第一层为粉砂夹细砂，主要成分以长石、石英为主。层厚较均匀，最薄处为2. 40 m，最厚处为4.10 m，平均厚度为3. 20 m;第二层为细砂，主要成分以长石、石英为主。最大揭示厚度为7. 90 m，层底最浅埋深为10. 00 m、最深埋深为12. 00 m，层顶最高高程为26. 07 m、最低高程为25. 65 m。

2.3 水环境和水生态情况

藕池河入口至洪波渡段为水环境保留区，水质管理目标为Ⅲ类。河道内分布有鱼类20科82种，其中鲤科鱼类45种，鳞科7种、鳅科5种，其他各科鱼类均只2种或1种。据调查，藕池口距石首10 km的“四大家鱼”产卵场产卵规模占整个长江干流产卵规模的1. 10%。

2.4 现有水利工程及其他设施情况

拟定采区附近藕池河上游4.70 km左岸处有北尖闸，北尖闸为一民用灌溉闸，上游1O km右岸处有南口镇渡口，距采区距离均在1.00 km以上。采区上下游3.00 km内无取水口及水厂等各类水利设施，距离采区最近的为下游5. 30 km的管家铺取水口。

3 采砂方案

3.1 规划采砂区布置

此次采砂区域位于藕池河杨林寺村河段，采区下边界距该保留区下边界管家铺水文站5.3 km，采区上边界距该保留区上边界藕池河口9.5 km。采区右岸为杨林寺村，沿河为荆南长江干堤，采区左岸为官剅口村，沿河为Ⅲ级堤防荆南支堤藕池河左兴学垸堤。本次规划采区长1000 m，宽100 m，采区平均高程为28.5 m，控制开采高程为27.3 m，控制开采平均深度约1.2 m，控制开采量为18万t。

3.2 采砂船采砂功率及数量

拟布置1艘功率为220 kW采砂船进行采砂，通过直径320 mm管道输送，管道过堤路面处架设钢结构支撑跨越，便于来往车辆通行，输砂管道全长约2.O km，将河砂输送到临时堆场后通过15 t自卸汽车转运5 km至施工区域。

3.3 禁采期

根据《湖北省河道采砂管理办法》的规定，《湖北省荆南四河采砂规划（2015～2019年）》从长江防洪的实际特点出发，将长江中下游干流河段的禁采期确定为每年6～9月及河道水位超警戒水（潮）位期，对处于“四大家鱼”产卵场附近的可采区，其禁采期延长至每年4～9月及超警戒水（潮）位期。采区附近无“四大家鱼”产卵场，也不是珍稀保护动物活动及洄游区域，因此禁采期为每年的6～9月。

4 采砂对河道的影响分析

4.1 水位影响分析

根据数模计算结果表明，采砂后采区内河床高程降低引起局部流态调整，总体表现为采砂区上游段水位降低，而采区内表现为略有壅高;同时，水位大于0.5 cm的范围限于采砂区上游1000 m和下游800 m的有限区域内，随着流量的降低，采砂对水位的影响幅度呈逐步减小趋势。总体而言，采砂对其所在河段水位影响较小，随着采砂后河床冲淤调整，其对水位的影响幅度和影响范围将趋于减小。

4.2 流速影响分析

根据数模计算结果表明，除采砂区及临近区域流速、流向稍有变化外，砂源区附近河段流场变化较小，表明实施采砂对局部河段流速场影响较小。相对于采砂前，采砂区及其左右两侧区域流速减小，减小幅度超过0. 04 m/s的范围沿河道走向基本不超出采砂区上下游两端，垂直河道走向在采砂区左、右两侧流速总体表现为减小。采砂区上游及下游流速变幅相对较小，同时采砂区域流向变幅一般在±1。以内，表明采砂对砂源区附近区域流速影响较小。

4.3 对河势的影响

根据数模计算结果表明，采砂后主流线未发生明显偏移，仅在采区附近局部范围内有所平移;采区上、下游流速增大有限，最大增加约1.8 cm/s，采区内流速最大减小值为4.7 cm/s，采砂内流速的减小有利于采砂区域内的泥沙回淤;采砂后右岸主河槽流速变化较小，一般减小在0.5 cm/s以内。采砂后采砂河段河床总体冲淤变化不明显，不同水文年条件下，工程河段冲淤变化幅度在2%以内，工程局部区域略有调整，但对总体河势影响较小。总体上看，采砂河段内流速影响范围有限，对采砂河段总体河势不会产生明显不利影响。

4.4 对防洪安全的影响

采砂后河道过水断面面积扩大，将有利于河道防洪安全，而且采区远离河道两岸，布置在平行主流方向，采区面积不大，开采深度较浅，对本河段流速、流向变化造成的影响较小。开采至控制高程后，采砂前后河床形态变化较小，开采前后断面水位增加或降低值，流速以及流向的变化值均较小，不足以对防洪安全造成影响。因此，采砂后对河道防洪安全影响较小。

4.5 对涉水工程及设施的影响分析

根据数模计算结果表明，采砂后已有护岸工程附近流速总体表现为减小，不会影响现有护岸工程的稳定。本次规划采区右岸为荆南长江干堤，堤脚与采砂区域边缘最小距离为130m，采区左岸为荆南支堤藕池河左兴学垸堤，堤脚与采区右缘最小距离为265 m。采砂河段上下游1000 m以内均无电缆、桥梁、水文站和取水口等涉水工程，与涉水工程保持足够的安全距离，同时采砂船舶在运行过程中无需经过桥梁等跨、拦河设施，此次采砂工程对各种涉水工程正常运用影响较小。

4.6 对水环境和水生态的影响

采砂对水环境的影响类型主要有施工行为引起局部河段的水体悬浮物浓度增加对局部水质的影响。施工期挖沙及弃沙等施工行为将导致水体SS浓度增加，由于采砂作业采用泵吸方式通过输砂管道输送至临时堆场，因此采砂过程中造成的悬浮物浓度增加和底泥重金属释放均较小，采砂造成悬浮物浓度增大可短距离恢复，且采区上下游1 km沿岸范围内无城镇居民和取水口，对近岸水质和取水源污染较小，不会影响采区河段的水功能，同时通过对采砂船只的管理，禁止采砂船只生活污水在采砂江段任意排放，对采砂作业可能出现的油污染问题，采取加强对作业船只的管理和配备油水分离器措施，防止出现船舶漏油事故对该河段水质造成污染。采砂远离自然保护区，拟定采区范围内无保护鱼类，且不在“四大家鱼”产卵场范围内，无其他保护野生动植物，对水生生物数量、种群、“三场”、生境、生活习性、迁徙途径影响不大，对主要水生生态的影响较小。

5 结论

（1）定性看，采砂后河道过水断面面积扩大，将有利于河道防洪安全。根据数学模型计算结果，在各洪水水情条件下，采砂实施后砂源区附近局部区域的洪水水位变化较小，且影响主要集中在砂源区附近，对河道防洪无明显不利影响。

（2）本河段采区左、右岸地质条件良好，从采砂前后流速及水位的变化来看，采砂后采砂区上下游河段总体流态未发生大的变化，仅砂源区附近的流速和流向有小幅变化，采砂区域流向变幅也较小，不会改变本河段河势稳定的外部条件，同时采砂后在河床自动调整作用下;采区会有一定程度的泥沙回淤对采砂区附近河床冲淤影响将进一步减小，因此采砂对附近的河势稳定影响较小。

（3）采砂作业实施后，对防洪及河道两岸堤防、护岸无影响;采砂区位于藕池河杨林寺村河段的沙滩上，在防洪设计洪水位条件下采砂前后流速变化很小，采砂后对河道两岸防洪大堤的影响较小。

（4）本次规划采区上下游1 km以内无取水口，采砂对近岸水质和取水水源污染较小。采砂区域不在“四大家鱼”产卵场江段，且采区作业趸船功率小、数量少，作业面相对较小。在施工期只要加强管理，水上施工不会对周围环境造成不良影响。

参考文献：

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[8]王国栋，杨文俊，河道采砂对河道及涉水建筑物的影响研究[J].人民长江，2013，44（15）：69-72.

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[10]王金生，淺析采砂船采砂能力对长江河道采砂管理的影响[J].江河治理，2005（4）：37-39.

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作者简介：刘 飞（1986-），男，硕士，主要从事流体力学数值模拟研究。