沁河下游河床下切的研究与探析

□原小利（水利部黄河水利委员会）

□朱雪梅（河南省建筑科学研究院有限公司）

□彭 凯（沁阳沁河河务局）

一、沁河下游河床下切的现状

沁河与黄河同属于多泥沙河流，具有河势游荡、临高背低、历史灾害频繁以及“善淤、善徙、善决”的特性。因而，沁河是黄河下游唯一一条被纳入国家直接管理的支流。沁河防汛也和黄河防汛一样，需要确保大堤不决口，河床不抬高，河道不断流，污染不超标。从某种意义上说，河床不断抬高是沁河下游防汛工作的一大隐忧。但自20世纪80年代以来，这一状况发生了一些明显的转机，沁河下游五龙口至丹河口河段33km河床在不断下切，丹河口至石荆桥33km冲淤平衡，石荆桥至入黄口河段24km淤积严重。这就是说沁河下游绝大部分河段的河床不但没有抬高，而且呈下切状态。下切最严重的堤段是五龙口至丹河口段，例如1982~2008年期间，堤防断面CS5（沁左9+100-沁右9+199），平均高程下切1.22m，主槽深泓点高程下切6.12m。

二、沁河下游河床下切的原因分析

（一）天然径流量持续减少

1986年前,五龙口站以上地区曾发生连续5年降水量偏枯的系列为1977～1982年,多年平均降水量为537mm,与1986～1998年系列多年平均降水量539mm基本相同。前者多年平均天然径流量为8.02亿m3,径流系数为0.16；后者多年平均天然径流量为7.73亿m3,径流系数为0.15。可见,五龙口以上降雨径流关系并没有太大变化。

由于沁河大部分穿行在太行山区,地质条件为石灰岩、砂岩及页岩,砂岩、页岩易风化,石灰岩溶洞发育,泉水较多,因此沁河流域的稳定下渗率较大,其径流系数与一定量级的雨量有关,当连续几年降水量偏枯(如年降水量小于600mm),则径流系数明显偏小。20世纪五六十年代沁河流域径流系数之所以偏大(平均为0.25),就是由于该时期属丰水期,年平均降水量约为665mm。20世纪70年代为平水期,径流系数减小为0.20。20世纪八九十年代为枯水期,尤其是90年代年平均降水量仅为525mm,因此流域平均径流系数只有0.15。从以上五龙口、山路平两站不同时期的相似典型年(时段)对比分析可知,近20年上游地区降水持续偏少，相应导致径流量偏枯，致使河流夹砂能力严重降低，下游河道来砂锐减。

（二）人为工程减少河流含沙量

20世纪90年代，山西省在沁河干流上修建马连疙瘩、张峰等大中型水利枢纽工程，由于上游干支流产流少，河水大多在上游就被拦截，修建水库对多沙量河流的主要影响是泥沙大量淤积到库区，下游河道的来沙量自然减少。

（三）上游植被履盖率增加，减少下流来砂

1998年以来我国实施大规模的退耕还林、退牧还草政策，沁河上游各县市山地植被覆盖率迅速提高，水土保持工作成效显著，沁河上游水土流失明显减少。据统计，2000年之后沁河上游来砂要比20世纪最后10年减少约30%左右。

（四）大规模的河道采砂导致河床迅速下切

沁河出山口至水南关河段是细度模数2.3~3.7中粗砂沉积区域，而这种河砂是建筑业不可或缺的材料。根据粗略统计，上世纪90年代以来，随着建筑业的发展，采砂业随之兴起，平均每千米就有2艘采砂作业船，每年的开采量达140余万立方米，大规模的开采加上上游来砂持续减少的情况下，采砂户常采取深挖河床、塌老滩的方法攫取过去沉积在河床下层和滩地下层的旧砂。近10年的超负荷开采加剧了沁河主河床的严重下切。

三、沁河下游河床下切的利弊分析

客观地说，挖砂疏浚了河道，阻止了河床抬高，但由于河床严重下切、人为改变河势流路，导致“斜河”、“横河”现象不断出现，给防洪工程带来了发生重大险情的隐患；过度深挖河床为两岸涵闸引水带来了困难，使两岸数万亩良田得不到沁河水的自流灌溉，使沿河农业发展受到影响等等。总体来说河床下切利弊兼有，得失显见。

（一）河道容沙空间增大

河床下切之后，河床自然容砂、容水空间加大，沁河发生中常以下量级洪水，在水南关以上河段基本不会出槽，老滩不会落淤，在现有河床空间和现行年均来砂量条件下，未来10年基本不会发生河床抬高现象。

（二）归顺主流流向，增大行洪能力

河床的下切使河床容水量增大，河床行洪能力相应增强。1982年8月2日沁河五龙口站发生4280m3/s洪水时沁阳西庄以上河段曾发生漫溢险情。但同样的河段若再次发生类似洪水，该段堤防至少出水1.5m以上。

（三）靠河工程根石失稳

由于河床下切，靠河工程根石裸露，河道冲刷加剧，坝前冲刷坑加深加大，水南关险工根石在20世纪80年代时只外露1m左右，而现在却外露4m以上，工程基础失稳，根石、坦石在横向螺旋流和竖向螺旋流的共同作用下，向冲刷坑底部滚动，根石、坦石极易出现走失、坍塌险情。

（四）河势上提下挫，坝岸出险频率增多

由于不少下切河段的河床是垂直下切，这种滩床关系的水沙条件下，极易发生塌滩险情，特别严重的是滥采滥挖的地方极易导致斜河、横河现象的发生，加上河道整治工程缺少统一规划布局，工程控溜能力不足，工程着溜位置易发生变化。部分险工在小水流路下经常不靠溜，甚至不靠河，一旦靠溜，原来基础薄弱的坝岸，根石下的土基础极易被水流快速淘刷，致使根石、坦石失去支撑，不能抵抗洪水的侵蚀，从而发生坍塌甚至墩蜇险情。

1996年、2003年沁河发生了多处重大险情，其中的王曲、北金村、孔村、马铺、水南关险情均发生在斜河、横河河段处。

四、沁河下游河床下切的发展趋势前瞻

（一）天然径流量继续缩减

近十几年来，随着国民经济发展和城市化进程加快，沁河流域的工业及城市用水均有较大增加，这部分主要用水水源是地下水。由于沁河流域特殊的水文地质条件，地表水和地下水重复量大，开采地下水在某种意义上讲就是夺取了地表水，必将导致地面径流量的减少。

（二）河道冲淤预测

根据《黄河小浪底水库枢纽设计技术总结》的研究成果，小浪底水库投入运用后，可保持铁谢至花园口段20年以上不淤积，从小浪底水库运行以来的情况看，1999年10月~2006年10月黄河下游累计冲刷13.22亿t泥沙，其中花园口以上河段累计冲刷4.61亿t泥沙。随着沁河入黄口黄河河床高程的降低，沁河下游河床也将出现下降趋势。

（三）下游河道采砂有待于进一步强化管理

近年来，沁河下游无序采砂日趋严重，特别是西王曲以上河段已经出现严重超采，河床严重下切，人为改变泥砂冲淤平衡，破坏河床形态，导致行洪能力急剧下降，引起河势上提下挫，造成平工段成险工段，险工段更险的局面，如进一步发展，将加剧河势恶化，危及堤防安全及两岸人民群众的生命财产安全。

五、沁河下游河床下切的干涉与控制

（一）加强采砂管理，杜绝滥采滥挖

过度开采和滥采滥挖是导致沁河河床严重下切的主要原因，要做到对河床下切的干涉和管控，首先必须从干涉和管控沁河采砂开始，而干涉和管控沁河采砂就必须制定科学合理的采砂规划，规定可采总量、可采区域及时限。而逾越这些规划和规定的范围，均被视为滥采滥挖或违规、违法开采，必须停止作业，及时驱离设备和人员，并给予处罚。

1.规定年可采总量

无论从河道管理还是资源管理、市场管理的角度来说，采砂总量的控制都是必要的。要研究河道的正常下切极限、砂资源的承载能力以及市场的需求，在不能逾越河道的适应能力、砂资源的承载力的基础上，确定一个适度的不饱和供应市场的开采总量，反对砂市场供大于求现象。

2.规划可采区域

采砂虽然有降低河床之利，但并不是任何地方都可以开采，特别是对黄(沁)河这样的防洪河流来说，靠近堤防、险工、涵闸、跨河工程、卡口河道以及其它影响安全、民生和他人利益的地方都是不能随便开采的，因而划定可采区和禁采区是十分必要的。这就需要相关部门制定采砂规划，规划要向社会公示，经上级主管部门批准后实施，而且可采区应和禁采区实行动态管理,随着河床的变化而调整。由于沁河下游河道是动态变化的,且近年河床演变得较为剧烈,随着河道来水来沙的变化,一些河段仍会发生河势调整,有些采区的河道地形可能会发生变化,因此,在开采前和开采的过程中应定期进行必要的监测和分析工作,若出现河势的明显调整,防洪以及沿岸工农业和交通等重要设施有新的变化和要求时,应及时对规划进行修编,并按修编后的规划执行。

3.规定可采期

除了可采区域外，可采时限也必须有一个刚性的规定，因为对于防洪河流来说，伏秋大汛、凌汛以及可预测的春汛期间，既不适宜有太多的人员在河道作业，也不应当有阻水障碍物在河道存在。另外，汛期水量较大，河道自身可能处在拉深和下切状态，再加上采砂的扰动，就会加速其拉深和下切，因此应当规定一个采砂期限，即可采期和禁采期。

（二）创造靠河工程前落淤的边界条件

靠河工程根石过度裸露，已成为沁河水南关以上河段面临的一个普遍问题。如何进一步探索河势游荡的规律，创造让工程靠河并在坝前落淤的边界条件，不失为解决问题的一个办法。在洪水主溜顶冲堤防折射后回旋至下游时，水流的冲刷力会变小，如果在垂直（或斜交）于水流或堤防的方向，建设潜水坝或安装小型橡胶坝的方式拦截水流，在局部壅高水位时，洪水与堤岸相切的坝前水位相应升高，这时在来水方向抛柳石枕，加速堤坝前落淤，从而使河势向河心游荡，使斜河、横河向中心线归顺，改变斜河顶冲和槽高滩低的危势，因此，这种方法既能解决斜河、横河顶冲时的坝岸险情问题，也是解决河道游荡性问题的一种方法。采取这一措施的难点是拦水截流时水中进占的难度较大，但我们可以在未来水之前根据可能发生斜河、横河河势或已经存在斜河、横河河势的堤段采取前瞻性的措施，对可能抬高的水位或淹没的区域进行测量计算和设计，做好中常洪水到来前的充分准备。

（三）加固根石确保靠河工程安全

黄河下游河道整治工程的稳定性主要受坝垛稳定性的制约，而坝垛的稳定性主要取决于坝垛根石基础的强弱（即根石的深度和坡度）。根石加固是通过根石探测，掌握坝垛根石的缺石情况，然后有针对性地对坝垛缺石部位进行加固，从而使根石起到稳定边坡，增加工程根石强度、使工程安全度汛的作用。通过根石加固，可有效地增加坝体的稳定性，提高工程的抗洪能力，增大工程的防洪安全系数。

六、结语

河床下切对于黄沁河下游防洪河道来说是求之不得的好事，是多年来人们辛勤治理孜孜以求的结果，对于保障“四不”目标中的“河床不抬高”具有积极意义，但同时要对这一现象发生的机理和规律进行研究。

应加强对沁河下游河床下切问题的科学研究。对沁河河床下切进行科学的干预和控制，对河床下切的速度和深度提出一个具有科学发展意义的量化指标，因势利导地使河床下切这一现象向趋利避害的方向、人水和谐的方向发展。

沁河下游河床下切问题的研究对黄河河道治理具有借鉴作用。沁河下游防洪河道与黄河下游存在许多类似的特征，因而沁河一直被人们称为“小黄河”。目前，黄河河床下切也面临与沁河相同的河势游荡、工程安全、引水难度加大以及水上安全等问题。30年来对沁河河床下切问题的研究，为研究黄河下游河床下切问题提供了借鉴。