摘要：

河道無(wú)序采砂導(dǎo)致淮河蚌埠段河床發(fā)生劇烈變化，為了分析采砂對(duì)該段河勢(shì)穩(wěn)定和河道防洪安全的影響，開展了蚌埠段河道采砂影響研究?；诤拥浪程匦?、河床演變規(guī)律，通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、理論分析和數(shù)值計(jì)算等方法，從堤防灘地、水文測(cè)站、水利工程、橋梁管線等方面對(duì)河道采砂影響進(jìn)行了評(píng)估，并提出了淮河蚌埠段河道安全保護(hù)范圍。結(jié)果表明：① 淮河干流蚌埠閘至沫河口段2008年以前自然演變緩慢，河床較為穩(wěn)定，而2008年以后無(wú)序采砂造成了河床劇烈變化，且長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)難以自然修復(fù)；② 采砂坑具有數(shù)量多、深度大、邊坡陡且極不穩(wěn)定等特性，易導(dǎo)致斷面滑動(dòng)、河道不平整影響水文測(cè)驗(yàn)，危害防洪安全以及其他涉河設(shè)施安全和管理；③ 根據(jù)河道管理要求，淮河干流蚌埠閘至沫河口段河道兩堤范圍內(nèi)，需要進(jìn)行保護(hù)的區(qū)域面積占總面積的95%以上，即淮河蚌埠段河道已無(wú)可采砂區(qū)域，需將其劃定為禁止采砂區(qū)。研究成果可為淮河采砂規(guī)劃、河道保護(hù)管理和工程治理提供參考。

關(guān) 鍵 詞：

河道采砂； 河床演變； 河勢(shì)變化； 防洪安全； 蚌埠段； 淮河

中圖法分類號(hào)： TV131

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.03.003

0 引 言

安徽省淮河河道采砂始于20世紀(jì)80年代后期，至90年代后期已形成一定的規(guī)模，2000年以后濫采亂挖現(xiàn)象日趨嚴(yán)重?；春娱_采的砂石大部分為遠(yuǎn)古年代沉積的地層砂，而且由于河道狹窄彎曲，險(xiǎn)段多，濫采亂挖易造成灘地塌陷，嚴(yán)重影響堤防安全和河勢(shì)穩(wěn)定。

關(guān)于河道采砂影響的研究，涉及河床演變［1-2］、采砂管理［3-4］、河湖生態(tài)［5-6］、航道整治［7-8］ 、防洪安全［9-10］等諸多方面，采用方法主要為原型觀測(cè)資料分析、物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬方法。楊興菊等［11］通過實(shí)測(cè)資料分析了人工采砂對(duì)蚌浮段河床演變的影響；陳曉宏［12］、韓龍喜［13］等分析了采砂對(duì)近珠江三角洲河道水文情勢(shì)、河床特征、口門延伸及河口萎縮等的影響；毛野等［14-15］采用河工模型試驗(yàn)的方法研究了大規(guī)模采砂對(duì)河床局部變形及河段變形的極限影響；賴永輝等［16-17］構(gòu)建了采砂河段二維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，可以精細(xì)地模擬和描述采砂河流中的水沙運(yùn)動(dòng)變化情況。以上研究多數(shù)從某一方面進(jìn)行深入分析，理論性較強(qiáng)，而對(duì)具體河道采砂影響的綜合性分析不多，難以直接應(yīng)用于河道管理和工程治理。

為了保障淮河干流河勢(shì)穩(wěn)定和防洪安全，基于河道水沙特性及自然沖淤演變規(guī)律，通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、理論分析和數(shù)值計(jì)算等方法，評(píng)估了采砂對(duì)該段河道河勢(shì)和涉河設(shè)施的影響。研究成果對(duì)于淮河采砂規(guī)劃和加強(qiáng)采砂管理具有較大的意義，也可以為河道保護(hù)管理和工程治理提供參考。

1 河段概況

淮河干流蚌埠閘至沫河口段河長(zhǎng)約28 km，是蚌埠市的城中河，為順直微彎河段，現(xiàn)狀堤距為750～1 780 m。河段上游為蚌埠閘水利樞紐，左岸為淮北大堤，右岸為蚌埠城市圈堤、方邱湖防洪堤，是保護(hù)淮北平原和蚌埠市的主要防洪屏障。吳家渡水文站位于蚌埠閘下游8 km處，是淮河防洪重要控制節(jié)點(diǎn)。此外，還分布了龍子湖等13座排澇站，解放路淮河大橋等8座跨河大橋，以及眾多碼頭、管線、取水口等。

近年來(lái)，淮河濫采亂挖現(xiàn)象嚴(yán)重，相關(guān)部門已經(jīng)采取一系列工程和非工程措施，遏制了非法采砂，處理了險(xiǎn)工險(xiǎn)段，保障了河道安全，但是無(wú)序的偷采活動(dòng)仍然造成了嚴(yán)重后果?；春痈闪靼霾汉佣沃鞑圩兓瘎×?，部分?jǐn)嗝婕眲∠虑?，出現(xiàn)多個(gè)深坑，深泓變化劇烈，岸坡變陡、失穩(wěn)，多處灘地出現(xiàn)崩退現(xiàn)象，局部河段灘地寬度不足20 m。局部深坑導(dǎo)致部分河段水流紊亂，對(duì)所涉及淮河干流堤防、水利工程、水文測(cè)站、港口橋梁、過河管線、水運(yùn)航道等方面產(chǎn)生了不同程度的影響?；春影霾憾魏拥篮觿?shì)及主要工程位置見圖1。

吳家渡水文站位于蚌埠閘下游8 km處，其水沙資料可以反映蚌埠閘至沫河口段河道的來(lái)水來(lái)沙情況。基于1950～2016年吳家渡長(zhǎng)系列水沙資料，從徑流量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見圖2）可知：吳家渡水文站多年平均徑流量為264億m3，不同年代徑流量總體呈隨機(jī)變化特征，無(wú)明顯增加或減少的趨勢(shì)。從泥沙的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見圖3）可知：吳家渡站多年平均輸沙量為773萬(wàn)t，多年平均含沙量為0.27 kg/m3，各年代平均輸沙量及含沙量隨時(shí)間推移均呈明顯遞減趨勢(shì)。2000年之后，含沙量基本維持在0.10～0.20 kg/m3，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍然處于少沙期［18］。

2 采砂對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定的影響

2.1 河床自然演變規(guī)律

淮河干流蚌埠閘至沫河口段河道在2008年之前采砂量較少，河床沖淤主要為自然演變結(jié)果。采用1971～2008年實(shí)測(cè)地形計(jì)算河道沖淤量及其分布，結(jié)果表明：灘地表現(xiàn)為微淤或沖淤基本平衡狀態(tài)，淤積

總量524萬(wàn)m3，平均每年淤積1.07 cm；主槽表現(xiàn)為沖刷，沖刷幅度較小，沖刷總量1 522萬(wàn)m3，平均每年沖刷2.63 cm?；春觾砂兜谭赖男拗购樗s束在兩堤之間，有利于河勢(shì)控制和河道發(fā)育，平面形態(tài)基本穩(wěn)定，在上游來(lái)水、來(lái)沙條件不發(fā)生較大變化的情況下，淮河干流中游河道在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)仍將保持較穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.2 采砂對(duì)河床演變的影響

2.2.1 地形法沖淤計(jì)算

2008～2015年蚌埠閘至沫河口段河道采砂量巨大，河段主槽河床出現(xiàn)多個(gè)深坑，局部河段灘地寬度減少，主槽寬度增加。采用2008年和2016年兩次實(shí)測(cè)地形圖對(duì)河道近期變化進(jìn)行詳細(xì)分析，見圖4。河段總長(zhǎng)約28 km，下切較為嚴(yán)重的河段長(zhǎng)度約9 km，占總河長(zhǎng)的1/3；小蚌埠段切灘工程位置灘地略有回淤，信家灣灘地大量崩塌，導(dǎo)致主槽局部抬高；其他區(qū)域河床高程變化較小，高程變化基本在0.5 m以內(nèi)。采砂坑具體分布于蚌埠閘下游2 km處、大慶路橋、吳家渡水文站、解放路橋、長(zhǎng)淮衛(wèi)橋以及信家灣至沫河口段等位置，局部下切10 m以上，其中信家灣附近下切深度接近20 m。2016年河道容積（計(jì)算高程為22 m，包括全部主槽和灘地）相對(duì)2008年增加了約3 600萬(wàn)m3，其中6處深坑容積變化約3 500萬(wàn)m3，其他區(qū)域容積變化較小，有沖有淤。

2.2.2 輸沙法沖淤計(jì)算

為了和地形法沖淤結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，選取2008～2016水沙資料，進(jìn)行輸沙法計(jì)算。該段河道水沙進(jìn)口控制站為吳家渡站，河段下游有小柳巷站，可以作為水沙出口控制站。2008～2016年間，吳家渡站總輸沙量2 100萬(wàn)t，約1 400萬(wàn)m3，年均輸沙量233萬(wàn)t，約155萬(wàn)m3。吳家渡至小柳巷段河道長(zhǎng)110 km，累計(jì)沖刷量約為120萬(wàn)t，約80萬(wàn)m3。輸沙法計(jì)算表明：蚌埠段來(lái)沙量較小，河床沖淤基本平衡，局部微沖，沖刷量較小。輸沙法計(jì)算的沖刷量遠(yuǎn)小于地形法的容積變化量，

且在現(xiàn)有的水沙條件下，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)河床難以自然修復(fù)。

2.3 水文斷面分析

1971～2015年吳家渡斷面灘槽位置保持穩(wěn)定，灘地基本保持穩(wěn)定，深槽偏右岸，主槽發(fā)生兩次顯著下切，主槽演變主要分為兩大階段。

第一階段：1971～2009年，其間經(jīng)歷了1975，1982，1991，2003年和2007年較大洪水，但斷面河底高程并沒有因?yàn)榇蠛樗l(fā)生突變，自然狀態(tài)下，主槽一直保持穩(wěn)定，略有下切，深泓年平均下切約0.05 m。

第二階段：2010～2015年，與第一階段相比，主槽變化較大，河底高程下切至-4.2～-10.3 m之間，主槽斷面面積擴(kuò)大較多，斷面圖見圖5。2014年10 m水位以下河槽面積與2012年相比，增大了70%，而2014年吳家渡站實(shí)測(cè)最大流量為3 320 m3/s，屬于中小洪水年份，不會(huì)造成大規(guī)模沖刷，而非法采砂導(dǎo)致斷面劇烈變化，進(jìn)而造成大規(guī)模沖刷。

3 采砂對(duì)防洪安全的影響

3.1 堤防灘地穩(wěn)定分析

依據(jù)GB 50286-2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算的規(guī)定，對(duì)現(xiàn)狀堤防及岸坡抗滑穩(wěn)定進(jìn)行技術(shù)分析，計(jì)算方法采用畢肖普法計(jì)算，計(jì)算工況為設(shè)計(jì)洪水位。選取典型斷面對(duì)堤防和灘地抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行分析，即蚌埠閘與大橋路橋之間（D1）、解放路橋下游（D2）、鄭家渡鐵路橋上游（D3）和蚌埠至五河高速路橋上游（D4），原河段斷面和采砂后河道灘地坡面穩(wěn)定性對(duì)比結(jié)果見表1。

根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)于1級(jí)堤防正常運(yùn)用條件下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25。計(jì)算結(jié)果表明：原河道斷面穩(wěn)定系數(shù)均大于抗滑穩(wěn)定系數(shù)，河道斷面是穩(wěn)定的；采砂后斷面邊坡變陡，砂層裸露，斷面穩(wěn)定系數(shù)顯著降低，小于抗滑穩(wěn)定系數(shù)，不滿足抗滑穩(wěn)定要求，斷面可能發(fā)生滑動(dòng)。

3.2 水文測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)影響分析

蚌埠段吳家渡水文站設(shè)立于1913年，是淮河中游重要控制站，是國(guó)家Ⅰ類水文站，主要監(jiān)控蚌埠段淮河干流水量，其測(cè)量精度為一類的基本閘壩站。主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有水位、流量、含沙量、降雨量、蒸發(fā)量、懸移質(zhì)輸沙率、水質(zhì)、土壤墑情和輔助氣象等，為省、市、縣各級(jí)防汛抗旱部門提供重要水文數(shù)據(jù)。

由前述分析可知，水文斷面附近河道地形不穩(wěn)定，河道不平整，出現(xiàn)明顯的不良流態(tài)，增加了測(cè)驗(yàn)難度和測(cè)驗(yàn)誤差，主要表現(xiàn)在：① 枯水時(shí)期，水文測(cè)量斷面面積增加較多，顯著改變了測(cè)流斷面流速，導(dǎo)致河道流速低于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子流速儀最小量程，流向不穩(wěn)定，測(cè)驗(yàn)幾乎無(wú)法開展；② 使用ADCP測(cè)流時(shí)，測(cè)流斷面河道底部有較大深坑，受斷面不平整及河道停船影響，走航式多普勒流速儀的多次測(cè)量數(shù)據(jù)存在差異，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，給測(cè)驗(yàn)帶來(lái)難度；③ 在河道流速較低時(shí)，整個(gè)河道流態(tài)紊亂，各點(diǎn)流速流向無(wú)規(guī)則脈動(dòng)，隨機(jī)性很大，除了水平方面的“紊流”，斷面垂直方向也存在“漩渦”，使測(cè)量流速不一致，導(dǎo)致斷面測(cè)驗(yàn)流量跳動(dòng)較大，增加測(cè)驗(yàn)難度和數(shù)據(jù)誤差；④ 大洪水時(shí)期，斷面突然擴(kuò)大，導(dǎo)致灘地出現(xiàn)大面積回流，難以準(zhǔn)確測(cè)量斷面流量，且水位流量關(guān)系發(fā)生變化，流量誤差顯著增加，水面橫向比降大，給相關(guān)防汛部門調(diào)度決策帶來(lái)困擾［19］。

3.3 涉水建筑物安全分析

3.3.1 防洪工程

蚌埠段河道局部灘地崩退，主槽急劇下切對(duì)水工建筑及其他涉河建筑產(chǎn)生不利影響，形成險(xiǎn)工險(xiǎn)段，增加防汛壓力，如蚌埠閘閘下護(hù)坡和海漫、淮河堤防、部分取水口及排澇溝等。

蚌埠閘位于淮河干流，是淮河中游大型水利樞紐工程，具有防洪、灌溉、航運(yùn)、水力發(fā)電、交通、旅游等綜合功能。近些年，蚌埠閘下游1 500～2 500 m出現(xiàn)一個(gè)較大的采砂坑，2008年河床高程在7.5～8.5 m左右，2016年河床高程降至-2.0～-5.5 m，采砂坑最大深度約14 m。護(hù)坡下部土方掏空，造成護(hù)坡塌陷；蚌埠閘下海漫下游的采砂坑邊坡失穩(wěn)，沙坑不斷向上游延伸，導(dǎo)致海漫末端被損壞，影響其消能防沖效果。如果任由采砂活動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，發(fā)生大洪水時(shí)，可能危及護(hù)坡、閘下海漫和消力池安全，甚至閘室安全。

淮北大堤鄭家渡段，灘地局部已至坡腳，水涯線位置已形成陡坎，岸坡主體大面積整體下墜，灘地岸唇均有不同程度的后退，局部岸唇距堤腳距離不足20 m，部分水面以上坡比僅為1∶0.5～1∶1.5，并有持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。

3.3.2 橋梁管線

從2008年和2016年地形比較可以看出，大慶路、解放路和長(zhǎng)淮衛(wèi)淮河公路橋上、下游河段河床高程變化較大。以解放路淮河公路橋?yàn)槔?008年橋墩附近主槽河床高程為7～8 m，2016年橋墩附近主槽河床高程為-3～8 m，平均下切6 m，局部下切深度10 m以上，且分布極不均勻；橋下游更是形成高程-10 m的深坑，高程變化見圖6。采砂導(dǎo)致橋梁上下游河床劇烈下切，引起橋墩位置沖刷和邊坡失穩(wěn)，向上、下游及兩岸發(fā)展，造成橋墩墩臺(tái)基底埋置深度不足，影響橋梁安全；橋下流態(tài)紊亂，斷面流速分布差異較大，嚴(yán)重影響通航安全；橋墩處河底高程差別較大，進(jìn)一步加劇了沖刷。

3.4 其他方面影響分析

（1） 灘地砂場(chǎng)嚴(yán)重阻水，影響防洪安全。沿淮砂堆場(chǎng)眾多，大多數(shù)沿外河灘地順岸布置，每年汛前清除灘地砂堆場(chǎng)都是防汛部門的一個(gè)難題。淮河汛期洪水來(lái)勢(shì)迅猛，水位陡漲，有些砂堆場(chǎng)無(wú)法及時(shí)清除，留在河道內(nèi)占據(jù)行洪斷面，影響淮河防洪安全。

（2） 航道堵塞流態(tài)惡化，影響航運(yùn)安全。采砂船集中某一地點(diǎn)卸砂作業(yè)，占據(jù)了航道，造成航道堵塞，過往船只無(wú)法通行。局部河段地形劇烈變化，過流斷面面積突變，進(jìn)而使河道水動(dòng)力軸線出現(xiàn)擺動(dòng)、局部回流和流速偏大等不良流態(tài)，也影響航運(yùn)安全。

（3） 淮河水體嚴(yán)重污染，破壞生態(tài)環(huán)境。非法采砂船以柴油為動(dòng)力，造成水體石油類污染急劇增加；采砂人員排放的生活廢棄物、垃圾，也嚴(yán)重污染水體；采砂作業(yè)還造成周邊水體渾濁、透明度降低、硫酸鹽濃度和pH升高。

（4） 影響在建和規(guī)劃工程的設(shè)計(jì)與施工。蚌五高速橋址處灘地出現(xiàn)崩退，橋墩附近出現(xiàn)大面積坍塌，迫使設(shè)計(jì)和施工單位臨時(shí)改變橋墩施工工藝，進(jìn)行大面積的灘地護(hù)岸工程，影響橋梁施工。蚌埠市延安路過河通道工程原規(guī)劃為隧道工程，由于擬建隧道處河道下切嚴(yán)重，河床高程由5～7 m下切至最深處-11 m左右，增加了隧道埋深，也增加了兩岸的接線困難，隧道方案無(wú)法進(jìn)行，只能改為橋梁方案。

4 河道安全范圍確定

根據(jù)河道管理要求中灘地（堤防）、港口橋梁、水利樞紐建筑物、水文站點(diǎn)、閘門泵站等保護(hù)范圍，繪制蚌埠段河道安全采砂區(qū)域見圖7。結(jié)果表明：淮河干流蚌埠閘至沫河口段河道兩堤范圍內(nèi)，需要進(jìn)行保護(hù)區(qū)域面積占總面積的95%以上，即該段河道內(nèi)任何區(qū)域的采砂及其他破壞河床活動(dòng)，均可能影響涉河工程設(shè)施安全和日常管理，影響河勢(shì)穩(wěn)定，危害防洪安全。

5 結(jié) 論

（1） 淮河蚌埠段河道自然演變緩慢，灘地基本穩(wěn)定，主槽微沖，沖刷幅度較??；而采砂導(dǎo)致局部河床劇烈變化，出現(xiàn)多處深坑和崩岸現(xiàn)象，其影響遠(yuǎn)大于自然演變，且河道天然來(lái)沙量少，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)該段河床難以得到自然修復(fù)。

（2） 淮河蚌埠段河道采砂坑分布較多，且深度大、邊坡陡、極不穩(wěn)定，已經(jīng)影響河道灘地和堤防穩(wěn)定，危害防洪安全。此外，河床劇烈變化增加吳家渡水文站測(cè)驗(yàn)難度和數(shù)據(jù)誤差，影響防洪調(diào)度；采砂坑對(duì)橋梁、管線、碼頭等涉水建筑物安全產(chǎn)生不利影響，增加日常運(yùn)行管理難度。

（3） 淮河蚌埠段河道已經(jīng)沒有可采砂區(qū)域，建議將其劃定為禁止采砂區(qū)，并加強(qiáng)該段河道、橋梁、管線、航道、碼頭等防洪及其他涉水工程設(shè)施的觀測(cè)和維護(hù)；進(jìn)一步強(qiáng)化河段的采砂管理，嚴(yán)格杜絕非法采砂，并對(duì)危害防洪安全的部位加強(qiáng)治理。

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（編輯：謝玲嫻）

Impact of sand mining on river regime stability and flood control safety in Bengbu section of Huaihe River

BEN Peng1，2，LU Meining3，LU Haitian1，2，PENG Liang1，2

（1.Water Resources Research Institute of Anhui Province and Huaihe River Commission of MWR，Hefei 230000，China； 2.Anhui Province Key Laboratory of Water Conservancy and Water Resources，Hefei 230000，China； 3.Jiangsu Hongze Lake Water Conservancy Project Management Office，Huai′an 223100，China）

Abstract：

Disorderly sand mining in rivers leads to drastic changes in the riverbed of Bengbu section of the Huaihe River.In order to analyze the impact of sand mining on river regime stability and river flood control safety in this section，the impact of sand mining in Bengbu section was studied.Based on the characteristics of water and sediment in the river channel and the law of river bed evolution，the impact of river sand mining was evaluated from the aspects of embankments and beaches，hydrological stations，water conservancy projects，bridges and pipelined，etc.And the range of river channel needed to be protected in Bengbu section was proposed.The results show that：① Before 2008，the natural evolution of the section from Bengbu Gate to Mohekou，the main stream of the Huaihe River，was slow and the riverbed was relatively stable.After 2008，the disorderly sand mining caused drastic changes in the riverbed，and it was difficult to recover naturally for a long time.② Sand pits have the characteristics of large number，large depth，steep slope and extremely unstable，which can easily lead to section sliding and uneven riverbed，affecting the hydrological test work，endangering the safety of flood control and the management of other river-related facilities.③ According to the requirements of river management，within the scope of the two embankments of mainstream from Bengbu Gate to Mohekou Section，the area to be protected accounts for more than 95% of the total area，that is，there is no sand-mining area in the Bengbu section of the Huaihe River，so it is required to be designated as a sand mining prohibited area.The research results can provide a basis for sand mining planning，river channel protection management and water conservancy project management in Huaihe River.

Key words：

river sand mining；riverbed evolution；river regime change；flood control safety；Bengbu section；Huaihe River