第１期 ２０１１年１月 广东水利水电 ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰＯＷ ＥＲ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１１ 采砂引起增江干流下游河床近期演变及水文变异研究 谭超 ，李枫 ，邱静 （１．广东省水利水电科学研究院，广东省水动力学应用研究重点实验室，广东广州 ５１０６１０； ２．中交广州航道局有限公司，广／ｊ－．广州 ５１０２２１） 摘要：通过河床形态特征及冲淤变化计算，定量分析了近年来增江干流下游河床演变过程，结果表明：增江干流下游近期 演变直接受人类采砂活动的影响，其中派潭河口至荔城水位台河道因为长期高强度采砂导致河床严重下切，其余河段除荔 城水位台至初溪坝上河段略有淤积外，其他河段亦呈下切的状态；河床地形的剧烈变化引起了河道水动力的变化，如水位 流量关系的变化、同级流量的水位下降及河道的最枯水位逐年下降而使潮汐动力不断上溯等。大规模无序挖沙是引起增 江干流下游河道演变及水文变异的主要原因。 关键词：增江干流下游；河床演变；水文变异；采砂活动 中图分类号：ＴＶ８５３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８—０ｌｌ２（２０１１）叭一０００１一ｏ３ ２０世纪９０年代中后期以来，增江干流下游河道兴 起了大规模的采砂活动，引起河道河床演变发生剧烈变 化Ｈ 。本文收集了近期增江干流下游河床地形资料， 定量分析了河道河床形态变化及冲淤演变特征，并探讨 了河道地形剧变影响下的河道水文变异，以期加深对人 类活动影响下的河道演变规律的认识，为流域规划、河 道整治等工作提供参考。 １河道概况 增江是东江的主要支流之一，发源于广东省新丰县 七星岭，从永汉河口以下进人增城市境，在增城市经大 楼山又与派潭河、二龙河两条支流汇合，从此增江进入 了平川，流经增城市区后，出石滩，在增城市的观海口处 汇入东江北干流。增江干流自东北向西南流，河道总落 差为４８４ｍ，河道平均比降为０．０７％。增江上游河道落 差较大，水流湍急，水力资源丰富，河床以沙、卵石为主， 河道迂回于山岭之间，峡谷较多。进人增城沙塘以下的 珠江三角洲河网区后，河道变宽，流速减慢，中下游河道 水面宽为２００～４００ｍ，河道比降较小，且受东江河水和 下游潮水影响 。增江干流下游河道示意见图ｌ。 ２近年来增江下游采砂概况 图１增江干流 游河道示意 砂质好，又靠近增城市区，是近年来采砂活动较集中的河 段。根据相关资料，仅２００５年一年，增江干流中下游河 道经采砂许可的采砂场共有ｌ０处，主要位于荔城棠夏村 河段、荔城水边村河道、增江小楼河段、正果圭头潭至黄 塘河段、正果大桥下游河道以及正果拦河坝上游河段。 增江干流下游河道采砂始于２０世纪９０年代初，到 本世纪初达到高峰。２００６年后，增江中下游河段已全面 禁采。据调查，派潭河口至荔城水位台河段河砂存量大、 收稿日期：２０１０—０７—２６； 修回日期：２０１０—１０—０７ 作者简介：谭超（１９８５一），男，硕士，从事河口海岸动力、过程、沉积地貌研究。 ２０１１年１月 第１期 谭超，等：采砂引起增江干流下游河床近期演变及水文变异研究 １０处采砂点日均采砂量之和为１ ７００ｍ ，由此推算２００５ 年一年增江干流中下游河道采砂量达６２万ｍ ３＿引。 ３采砂活动影响下的河床演变分析 增江干流河道长期以来以缓慢淤积为主并基本保 持冲淤平衡，但近２０多年来的大规模挖掘河床泥沙，在 很大程度上改变了河道河床演变的性质，对河道的边界 条件产生了多方面的影响，引起了河道动力条件的迅速 改变，以下从近年来河床形态变化及河床冲淤变化来探 讨采砂活动对河床演变的影响。 ３．１河床形态变化 １）河床深泓线变化 根据２０００年和２００８年增江干流中下游河道地形 资料，套绘出两个年份深泓高程沿程变化图（见图２ａ）， 从图中可以看出，深泓高程除派潭河口至荔城水位台段 显著下切外，其余河段深泓高程冲淤交替。永汉河口至 正果坝上河段在玲丁洲附近河段深泓高程有淤积的趋 势，该河段位于河道卡口下游的展宽区，泥沙淤积较为 严重，而在一些特殊地形河段深泓高程下切较大，如地 形卡口和弯道凹岸等，其他河道深泓高程冲淤交替，该 河段深泓高程平均下切０．１３ｍ；正果坝下至派潭河口河 段处在正果水位台下河道深泓高程有明显下切外，其余 河道深泓高程有冲有淤，整体变化不大，该河段深泓高 程平均下切０．６１ｍ；派潭河口至荔城水位台河段深泓高 程普遍冲刷，下切严重，特别是小楼镇至下扶罗上河段 下切尤为剧烈，深泓高程平均下切３．９ｍ，最大下切幅度 达７ｍ；荔城水位台至初溪坝上河段深泓高程升降交替， 总体变化不大，该河段深泓高程平均下切０．４３ｍ；初溪 坝下至河口河段总体呈轻微下切的趋势，该河段深泓高 程平均下切０．５９ｍ。 ２）河床平均高程变化 增江干流中下游河段河床平均高程沿程变化与深 泓线沿程变化有相似的变化规律（增江干流中下游河 段河床平均高程变化见图２ｂ）。永汉河口至正果坝上 河段冲淤交替，河床高程平均下切０．８２ｍ；正果坝下至 派潭河口河床平均高程变化较小，平均下降０．６１ＩＴＩ；派 潭河口至荔城水位台河段河床下切严重，河床平均高程 最大下切达４ｍ，平均下切２．８ｍ；荔城水位台至初溪坝 上河段属坝上回水区，河床呈轻微淤积状态，河床高程 平均淤高０．３３ｍ；初溪坝下至河口河段属坝下冲刷区， 河床总体呈下切状态，河床高程平均下切０．９ｍ。 ３）河床宽深比变化 河床宽深比是指河床宽度和平均深度之比，习惯用 ￣／Ｂ／ 表示河床宽深比 。本文以多年平均水位作为 ・２・ ＾－＾ 卿 — － ｌ ｉ ｉ 》 ＇【 ５ ｍ …】 】５ ｎＩｍ ２０一……３５ ｎ … … ５０…５ ∞…∞０ ７０∞０ 日№ ，ｍ ａ．深泓高程 。 ．ｆ１．Ｉ ” １Ⅲ 一 ｈ，Ｉ 卿 Ｉ 蔷 ’ ．口 １……… … ………… … ……… ，， ｈ．平均高程 图２近年来增江干流下游河床形态变化 计算宽深比的平均宽度。增江干流中下游河道２０００年 与２００８年宽深比变化见图２ｃ。 从图中可以看出，增江下游宽深比大多在４以下， 在空间上，存在沿程宽窄相间现象。节点附近河道束窄 变深明显，宽深比达６以上，江心洲分汊处河道宽浅，宽 深比亦较小。荔城水位台以上河道，山地节点较多，河 道曲折，沙洲纵横交错，故宽深比变化较大。而荔城水 位台以下河道，河道相对顺直，沙洲较少，宽深比变化较 为平缓。从时间变化来看，２００８年宽深比相对２０００年 有减小的趋势，其中永汉河口至派潭河口河段宽深比以 震荡变化为主，减小不明显；正果水位台至荔城水位台 河段宽深比减小显著，该河段宽深比从２０００年的平均 ５左右下降到２左右；荔城水位台至初溪坝上河段宽深 比变化较小，在部分河段略有增大；初溪坝下至河口段 宽深比亦呈轻微下降的趋势。 ３．２河床冲淤变化 河床冲淤变化是反映河道演变的重要指标，河床的 冲淤特征存在空间和时间的差异性，表１为２０００年与 ２００８年增江干流中下游河道冲淤量对比，从表中可以 看出，从２０００～２００８年增江干流中下游河道累计冲刷 量（含采砂量，下同）达１ ３４１万ｍ ，年均冲刷量为 １６７．６万ｍ 。不同河段冲淤量差异较大，其中以派潭 ２０１１年１月 第１期 广东水利水电 河口至荔城水位台河段冲刷量最多，累计冲刷量达８８０ 万Ｉｌｌ ，年均冲刷量为１ １０万ｍ ；其次为初溪坝下至新 家铺河段，冲刷量约为派潭河口至荔城水位台河段的 平均下降１ＩＴＩ以上。 ｌ 一 — — —— —一 ————一 —２５％，累计冲刷量为２２０万ｍ ，年均冲刷量为２７．５万 ∥／ ｒｉ ／／ ｍ ；永汉河口至正果坝上河段及正果坝下河段至派潭 河口河段冲刷量较小，累计冲刷量分别为１７１万１ＴＩ 和 １５０万ＩＩ＇ｌ ，年均冲刷量分别为２１．４万ｍ 和１８．８ 万１ＴＩ 。而荔城水位台至初溪坝上河段则表现为轻微淤 ＼ ∥， ／ ／ ／ Ｉ／ 积，累计淤积量为８１万ｍ ，年均淤积量为１０．１万ｍ 。 近几年增江干流中下游河道不同河段冲淤变化特 征与人类活动关系密切。增江历史采砂活动主要集中 在派潭河口至荔城水位台河段，该河段河床下切最大； 正果坝下至派潭河口采砂强度小，河床冲刷亦小，永汉 河口至正果坝上河段交通不便，采砂强度较小，故河床 冲刷量亦较小，新家埔至初溪坝下河段床沙较细，几乎 无采砂活动，但是该河段位于初溪坝下冲刷区，河道冲 刷主要是枢纽建成蓄水后清水冲刷造成的。而荔城水 位台至初溪坝上河道位于增城中心城区，为禁采河道， 且该河道位于初溪水电枢纽库区内，属泥沙淤积区，故 该河道表现为河床轻微淤积。 表１增江干流中下游河道冲淤量比较（２０００—２００８年） 注：正为冲刷，负为淤积 ４ 采砂活动驱动下的水文变异 近年来，增江ｆ流下游的采砂活动大幅度地改变了 河床形态及河道冲淤平衡，河床地形的剧烈变化将引起 河道水动力的变化。采砂活动引起的增江干流下游水 文变异主要表现在以下几个方面。 ４．１水位流量关系的变化 收集１９５９年、１９６８年、１９８０年、１９９０年及２０００年 的增江下游控制站麒麟咀站的水位流量资料，绘制了麒 麟咀站的水位流量关系曲线（如图３），从图中可以看 出，１９５９年、１９６８年、１９８０年及１９９０年４年份在流量小 于ｌ ５００ｍ ／ｓ时，水位流量曲线基本重合，而２０００年水 位流量曲线明显下移，相比前４个年份，同流量下水位 【 ｌ 『图３麒麟咀站历年水位～流量关系曲线 ４．２ 同级流量的水位下降，河道的最枯水位逐年下降 由于河床的下切，过水面积增大，使同级流量的水 位下降，这在枯水时期表现得较为明显。以麒麟咀站为 例，２００１～２００５年最低水位连续４年创新低。２００５年 最低水位已达１．４８ｍ。水位的下降将对沿河取水口造 成取水困难，并将对沿河生态环境及地下水等造成一定 的影响。 ４．３潮汐动力有不断上溯的趋势 表２是近几十年来新家铺站潮汐特征值，由表２可 知，近几十年来随着大规模人类活动，新家铺站多年平 均高潮位和低潮位均不断下降，但潮差加大，这与珠江 三角洲地区受人工采砂影响造成的水文变化规律基本 一致 Ｊ。从表中可以看出，２０世纪６０年代和７０年代 各潮汐特征要素变化不大，而８０年代之后，特别是９Ｏ 年代之后，潮差增大的趋势相当明显。近２０多年来高 强度的人工采砂使得增江下游乃至整个珠江三角洲地 区河床下切，河床容积增大，从而增加了河道的纳潮量， 改变了径潮动力的格局，增强了珠江ｉ角洲的潮汐动 力。这也是近些年珠江三角洲潮区界、潮流界上移，咸 潮灾害频繁的重要原因。 表２新家铺站潮汐特征值（珠基：ｍ） ５ 结语 １）增江干流下游河道采砂始于２０世纪９０年代 初，到本世纪初达到高峰， （下转第２０页） ・３・ ２０１１年１月第１期 广东水利水电 Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２Ｏ１１ 橡胶坝塌坝工况： １）在补水流量Ｑ＝８．４ｍ ／ｓ时，桩号３＋０２５橡胶 坝址上游涌内能维持０．２５～０．４ｍ的水深，断面平均流 速介于０．７４～０．１０ｍ／ｓ之间。 ５河涌闸门运行管理 根据《广州市中心城区河涌水系规划》的要求，为 了美化环境，避免河道底部裸露，需要在沙河涌内维持 一定的景观水位。河涌上游段的景观水位可通过设置 ２）在补水流量Ｑ＝４．２ｍ ／ｓ时，桩号３＋０２５橡胶 坝址上游涌内只能维持０．１５～０．３ｍ的水深，断面平均 流速介于０．５４—０．０５ｍ／ｓ之间。 ３）在补水流量Ｑ＝２．２５ｍ ／ｓ时，桩号３＋０２５橡胶 坝址上游涌内大部分水深低于０．１５ｍ，断面平均流速介 于０．５２—０．０５ｍ／ｓ之间。 橡胶坝来维持，而在末级橡胶坝（桩号３＋０２５）到涌口 河段则需要对在涌口现有挡潮闸进行改造，增设１座宽 ４ｍ的小型闸门，通过调节闸门开度来维持１．７０ｍ的设 计景观水位。 在非汛期建议的闸门运行管理方式是：通过闸门关 闭、局部开启以维持涌内水位在１．６０～１．８０ｍ的区间内。 ６结语 ４）从成果分析可见，天然河道在补水流量较大的 工况下仍不能维持理想的水深。 ４．４试验成果分析 本文对沙河涌进行水力模型试验研究，验证橡胶坝 布置的合理性及维持景观水位的作用，提出了最佳补水 流量，本文的试验研究成果可供类似的工程参考。 参考文献： 在较小的补水流量下，设置橡胶坝可使河涌内维持 合适的水深，下游段橡胶坝维持景观水位作用效果较 好。 ［１］ 广东省水利水电科学研究院．广州市北部水系建设沙河涌 等三条河涌联合补水第四期工程水工物理模型试验研究 报告［Ｒ］．广州：广东省水利水电科学研究院，２００８． 根据河涌运行流态、水面线等试验成果，推荐沙河 涌选用补水流量Ｑ＝８．４ｍ ／ｓ或４．２ｍ ／ｓ。 （本文责任编辑马克俊） （上接第３页） ２００６年后，增江中下游河段已全面禁采。其中派潭河 口至荔城水位台河段是近年来采砂活动较集中的河段。 ２）河演分析表明：河道近期演变趋势直接受人类 变化；同级流量的水位下降，河道的最枯水位逐年下降； 增江河口受河床变化的影响，潮汐动力有不断上溯的趋 势。 参考文献： 活动影响。派潭河口至荔城水位台河道因为长期高强 度采砂导致河床严重下切，深泓高程最大下切可达７ｍ， 平均下切为３．６ｍ。其余河段除荔城水位台至初溪坝上 河段略有淤积外，其他河段亦呈下切的状态；从２０００～ ２００８年增江干流中下游河道累计冲刷量达１ ３４１ 万ｍ 。不同河段冲淤量差异较大，其中以派潭河口至 ［１］ 罗章仁，罗宪林，杨干然，等．人类活动对珠江三角洲水道 河床演变的影响［Ｊ］．热带地理，１９９９，２０（２）：１—１５． ［２］杨创鹏，余树歆．增江河道演变［Ｊ］．中山大学学报论丛， ２００２，２２（６）：２５３—２５６． ［３］ 陈其幸．增江河道采砂论证［Ｊ］．水利科技与经济，２００６，１２ （７）：４４２—４４４． 荔城水位台河段冲刷量最大。 ３）近年来，增江干流下游的采砂活动大幅度地改 ［４］钱宁，张仁，周志德．河床演变学［Ｍ］．北京：科学出版社， １９８７． 变了河床形态及河道冲淤平衡，河床地形的剧烈变化将 引起河道水动力的变化。采砂活动引起的增江干流下 ［５］ 王质军．增江流域水文特性及其近期变化规律分析［Ｊ］．珠 江水运，２００７，６（３）：３６—４０． 游水文变异主要表现在以下几个方面：水位流量关系的 （本文责任编辑马克俊） ・２０・