倪立建,蔡德迪

(1.平陽縣鰲江流域綜合治理辦公室,浙江 平陽 325400;2.平陽縣水利局,浙江 平陽 325400)

1 鰲江流域采砂現(xiàn)狀分析

1.1 砂石分布現(xiàn)狀

砂石資源作為工程建設(shè)所需的主要資源,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,其需求量日益增加。河流作為砂石資源的重要來源,越來越受到人們的重視。

鰲江是浙江省的八大水系之一,流域總面積為1 580.4 km2,干流全長90 km。鰲江流域砂石資源大多分布在鰲江中游段(順溪—水頭)及各條支流,主要是順溪、岳溪、懷溪、鬧村溪、鳳臥溪等,鳳臥溪出口以下河道中砂石分布量較少。

鰲江中游段土層地質(zhì)自上而下依次為卵石混細(xì)砂層、圓礫夾細(xì)砂層、卵石混粗砂層、卵石夾漂石層、含碎石粉質(zhì)黏土、塊石。各層描述:①卵石混細(xì)砂層:層厚1.0～4.5 m,卵石粒徑不均,中細(xì)砂含量在40%;②圓礫夾細(xì)砂層:層厚1.3～5.4 m,圓礫平均粒徑 1～2 cm,含量略大于50%,零星夾卵石,填充物為中細(xì)砂,含量40%;③卵石混粗砂層:層厚1.6～6.4 m,卵石粒徑2～5 cm,含量60%～70%;④卵石夾漂石層:層厚0.40～7.35m,卵石粒徑5～8 cm,填充物為砂礫石。

從土層地質(zhì)情況來看,可用砂石資源基本蘊(yùn)含在河床表層1～10 m范圍內(nèi)。根據(jù)埭頭水文站統(tǒng)計(jì)分析,鰲江中游多年平均徑流量為5.15億m3,其多年平均流量為16.33 m3/s,多年平均輸砂量為6.8萬t,多年平均來水含砂量為0.132 kg/m3。

1.2 砂石開采情況及存在的問題

前些年,在鰲江流域中河道采砂規(guī)模呈迅速擴(kuò)大趨勢(shì),無序開采現(xiàn)象屢禁不止。砂石開采主要呈以下特點(diǎn):①在開采種類上,以砂、卵石為主;②開采方式上有旱采和水采,以旱采為主;③在開采規(guī)模上,可采范圍小,規(guī)模不大;④在開采時(shí)間上,開采期長;⑤開采者以個(gè)人為主,管理難度大。

據(jù)統(tǒng)計(jì),2000—2005年期間鰲江中游砂石開采量在30萬m3(不包括洪水沖運(yùn)的砂石量),平均開采約5萬m3/a,而其多年平均輸砂量為6.8萬t(合約4.25萬m3),開采量大于輸砂量。由于采區(qū)范圍小,開采速度快,砂石資源在短時(shí)間內(nèi)被采完。而形成的采砂坑在洪水的作用下迅速淤積,又為下一次砂石開采提供來源。這樣持續(xù)開采引起了河床下降,造成防洪堤堤腳外露,危及堤防安全。部分河床形態(tài)因?yàn)椴缮笆艿絿?yán)重改變,影響到水流流態(tài)及流向。因此,鰲江流域的采砂活動(dòng)對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定和涉水工程安全的影響十分嚴(yán)重。

2 采砂對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定的影響

采砂對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定的影響主要體現(xiàn)在河段河床面下降和局部河段主流改道等。

2.1 河流演變特點(diǎn)

根據(jù)鰲江的測量資料,并結(jié)合實(shí)地調(diào)查分析,鰲江中游段在非洪水期河勢(shì)基本穩(wěn)定,河道漫灘部分沒有出現(xiàn)太大的沖淤變化,基本保持沖淤平衡的趨勢(shì)。平面狀態(tài)主要表現(xiàn)在局部的凸岸淤積,凹岸沖刷。河道沖刷主要集中于河道正常水位以下的主河道部分,主河道水面線以下河床總體呈較大的降低,水深加大,水面寬度變窄等。臺(tái)風(fēng)洪水期河段演變影響較大,由于河床比降較大,洪水呈山區(qū)河流特性,因而洪水暴漲陡落,水流沖擊力大,上段河道沖刷嚴(yán)重,下段部分河道淤積。

2.2 采砂對(duì)河床下降的影響

從輸沙平衡角度分析,采砂活動(dòng)對(duì)河床演變過程的影響主要是破壞了原有的輸沙平衡,并逐漸達(dá)到新的平衡過程。水流挾沙力為水流的輸砂能力,它與上游來水的含砂率比較,可以判斷河流的沖淤情況。

式中:K為系數(shù);V為流速,m/s;g為重力加速度,9.81m/s2;R為水力半徑,m;ω為床沙質(zhì)沉速,m/s;m為指數(shù)。

水流挾沙力主要與流速及水力半徑有關(guān),由于采砂活動(dòng)改變了河流的縱橫斷面幾何特性,使其水力要素及水流挾沙力發(fā)生變化。如上游來水含沙量不變,水流挾沙力增大,河床將會(huì)沖刷,反之產(chǎn)生淤積。對(duì)于挖沙形成的采砂坑,由于進(jìn)口段比降加大,流速變急,水流挾沙力增大,在進(jìn)口段形成沖刷;出口段水深加大,流速變緩,水流挾沙力減小,在出口段形成淤積。由于進(jìn)口段緣口部位遭受水流沖蝕,上游水面線的跌落點(diǎn)將逐漸向上游移動(dòng),床面不斷沖蝕,采砂坑的范圍不斷向上延展,形成溯源沖刷。出口段由于淤積,采砂坑逐漸向上游回淤,使采砂坑尾部也逐漸向上推移。

采砂坑對(duì)溪流影響過程可以分為3個(gè)階段:第1階段為溯源沖刷階段,即來水入坑時(shí)跌落造成的急流不斷淘刷上游面造成坍塌,并不斷向上游發(fā)展;第2階段為過渡階段,該階段水面坡降已不再受砂坑控制,但采砂坑坡降仍然比河道天然坡降陡,河道通過沖淤調(diào)整,趨向于形成全河段坡降總體上較為一致;第3階段為河流天然演變階段,經(jīng)過沖淤調(diào)整,砂坑坡降已趨于平緩,河道演變接近正常的天然演變。

采砂坑形成后,可通過以上3個(gè)階段逐漸調(diào)整成天然狀態(tài)。但過度采砂不僅取走河床上的泥沙,使河床下降,而且河床下降后形成采砂坑,在上游形成溯源沖刷,在下游形成淤積。而淤積的泥沙又再次被挖掉,使上游溯源沖刷不斷加大,下一河段的來砂又處于不飽和狀態(tài),如此下去,河道全線形成了普遍沖刷狀態(tài),從而造成河床全線下降。

2.3 采砂對(duì)局部河段主流改道的影響

主支流匯合口、河流彎道往往是砂石資源富集的區(qū)域,但也是對(duì)河勢(shì)影響較為顯著的河段。在這些河段,由于橫向環(huán)流的存在,砂石容易在匯合口的兩側(cè)邊灘、彎道的凸岸形成大量淤積。對(duì)該類河道進(jìn)行采砂疏浚,對(duì)增大行洪斷面、降低水面線有一定作用,但容易造成溪流改道,影響該河段的河勢(shì)穩(wěn)定。

在彎道凸岸采砂,如對(duì)凸岸邊灘采砂過量,邊灘變深,主槽向凸岸移動(dòng),縮短了彎道長度,水流直沖凹岸下游河段,造成下游塌岸,岸線后退。由于受水流直沖,彎道頂沖點(diǎn)同時(shí)向下游移動(dòng),造成彎道下移,彎道河勢(shì)改變。因此對(duì)于在彎道采砂,要認(rèn)真論證,對(duì)其開采范圍及高程要嚴(yán)格控制,在做好疏浚的同時(shí)不能影響其河勢(shì)穩(wěn)定。

在匯合口兩側(cè)邊灘采砂,如開采深度過深,使主槽位置改變,支流對(duì)主流的頂沖點(diǎn)發(fā)生了變化,造成主流頂沖點(diǎn)河段沖刷深度加大,岸線后退,影響其河勢(shì)穩(wěn)定。如開采范圍過大,支流邊灘遭大量削減,造成主流倒灌入侵支流,使原來不受頂沖的河段受到水流直沖,支流頂沖段沖刷深度加大,岸線后退,影響其河勢(shì)穩(wěn)定。因此對(duì)于匯合口采砂,要嚴(yán)格控制,認(rèn)真論證,如非必要?jiǎng)t不予開采。

3 采砂對(duì)涉水工程的影響

水閘、堰壩、橋梁上下游也是砂石容易淤積的部位。在水閘、堰壩、橋梁上下游及靠近防洪堤、公路路基的河段采砂,將會(huì)對(duì)這些工程安全產(chǎn)生危害。一方面采砂后由于沖刷,造成河床下降,水流橫向次生流發(fā)生變化,掏空建筑物基礎(chǔ),危及其安全;另一方面采砂后改變主流方向,甚至水流直沖工程建筑物或堤岸,危及其安全。鰲江中游蒲潭、堰壩由于受下游過度采砂影響,加大了其上、下游的水頭差,造成下游護(hù)坦、消力池的淘刷甚至破壞。因此對(duì)有涉水工程設(shè)施的河段應(yīng)控制開采范圍及深度,做到不影響工程安全及河勢(shì)穩(wěn)定。但在堰壩上游適量采砂,對(duì)恢復(fù)因淤積而減少的庫容,增加其灌溉面積及效益有一定幫助。

在論證采砂對(duì)涉水工程設(shè)施的影響時(shí),先要靜態(tài)估算由于采砂坑引起的河道地形及水力參數(shù)等的變化,如濕周、過水面積、水力半徑等;再要?jiǎng)討B(tài)分析由于挾沙力、輸沙率及水流頂沖點(diǎn)變化對(duì)該段河道演變的影響,分析河流的沖刷演變過程,得出最不利的影響參數(shù);然后根據(jù)改變后的地形及水力參數(shù)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定、消能、防沖等方面的復(fù)核,最后根據(jù)復(fù)核結(jié)果對(duì)其影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

4 采砂區(qū)規(guī)劃

采砂除了對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定、涉水工程有影響外,還對(duì)防洪、航運(yùn)、水生態(tài)、城市景觀等有影響。因此采砂區(qū)規(guī)劃要從有利于防洪、河勢(shì)穩(wěn)定及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等要求出發(fā),對(duì)河道采砂進(jìn)行通盤考慮,合理制定年度開采計(jì)劃,對(duì)砂石開采管理實(shí)行“統(tǒng)一規(guī)劃,分步實(shí)施,近遠(yuǎn)期結(jié)合”的原則,使砂石開采循序漸進(jìn),做到河道采砂與流域治理有機(jī)結(jié)合。

4.1 禁采區(qū)的劃定

對(duì)禁采區(qū)的劃定,可分為一級(jí)禁采區(qū)和二級(jí)禁采區(qū)(保留區(qū))2大類。一級(jí)禁采區(qū)是河道采砂對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定、防洪安全、水環(huán)境保護(hù)、擬建或在建工程以及一些重要設(shè)施有直接影響的河段和水域,主要包括水源保護(hù)區(qū)、旅游風(fēng)景保護(hù)區(qū)范圍、溪堤堤腳、公路路基保護(hù)范圍內(nèi)、堰壩、橋梁下游保護(hù)范圍、水文測驗(yàn)河段保護(hù)范圍、其他基礎(chǔ)設(shè)施等范圍,這類區(qū)域不得列為可采區(qū)。二級(jí)禁采區(qū) (保留區(qū))是河道采砂對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定、防洪安全、通航安全、水環(huán)境保護(hù)等有可能產(chǎn)生影響的水域以及河勢(shì)正處于變化中的河段或水域,這類區(qū)域應(yīng)隨河道防洪建設(shè)和河道治理以及河勢(shì)變化的趨勢(shì)確定能否列為可采區(qū)。

4.2 可采區(qū)的劃定

對(duì)于可采區(qū)的劃定,應(yīng)視其是否服從河勢(shì)穩(wěn)定、防洪安全、通航安全、水環(huán)境保護(hù)的要求確定,確保其在開采過程中保證沿岸工農(nóng)業(yè)設(shè)施的正常運(yùn)行。

可采區(qū)一般設(shè)置在灘地較寬、容易淤積的河段。如有需要疏浚的河段,應(yīng)優(yōu)先考慮?？刹蓞^(qū)邊界線應(yīng)順?biāo)骶€,與邊灘平緩連接。開采高程根據(jù)采區(qū)上下游深泓線和邊灘高程綜合確定,開采深度從邊灘向主槽逐漸減小,可采用階梯布置。

5 結(jié) 語

針對(duì)目前采砂活動(dòng)屢禁不止的情況,應(yīng)從采砂規(guī)劃出發(fā),根據(jù)采砂活動(dòng)對(duì)河流的影響程度,科學(xué)劃定可采區(qū)和禁采區(qū),加強(qiáng)對(duì)小流域的治理和對(duì)采砂活動(dòng)的管理,做到采砂及其管理與流域治理相結(jié)合,在充分利用自然資源的同時(shí),保護(hù)好我們的生態(tài)環(huán)境。