杭埠河右岸(舒城县城关镇某段)非法采砂与堤防安全思考

2016-12-09鄢松栓

工程与建设 2016年3期

关键词：采砂砂石河床

鄢松栓

(安徽省六安市水利水电规划设计院,安徽六安 237005)

杭埠河右岸(舒城县城关镇某段)非法采砂与堤防安全思考

鄢松栓

(安徽省六安市水利水电规划设计院,安徽六安 237005)

从河道堤防安全和生态环境保护方面，思考在不破坏河道输砂平衡的前提下，科学有序地对河床表层的河砂进行开采利用，有利于稳定河势和维持河床冲淤平衡。由于经济建设的快速发展，建筑市场对砂石料的需求量不断增加，因为无序采砂，特别是近堤岸非法开采，将会对河势稳定、堤防及防洪安全造成极大的威胁和安全隐患，同时也破坏了水生态环境。

河道采砂；堤防安全；处理措施

1 河道非法采砂的主要原因

(1) 利益驱使。河道砂石资源属国家所有,但沿河不少地方政府为增加财政收入,不考虑河道主管部门意见,擅自与采砂业主签定开采协议,违法、违规开采,扰乱砂石开采秩序。

随着城规模的不断扩大,建筑市场对砂石资源需求量日趋增大,砂石价格不断攀升,受利益驱使,一部分采砂业主无证非法开采,从中获取暴利。

(2) 执法难度大。由于河道主管部门人员力量紧张,尤其缺乏专门执法性人才,缺乏必要的专业交通工具,造成采砂管理工作难以正常开展;另外行政执法难度大,程序较为复杂,非法采砂案件处理效率较低;此外,非法采砂业主开采时间不规律,执法人员很难掌握非法采砂的事实,执法难度较大[1]。

(3) 处罚力度小。目前除大江大河采砂管理外,对一般违反河道采砂管理法规的处罚,只能根据《河道管理条例》给予警告、罚款及没收非法所得3种行政处罚办法,明显缺乏打击力度。

2 河道非法采砂的危害

在河道中采挖砂石,原本平坦的河道将会出现大量深坑,河床高低不平,水流不畅,易形成旋涡,主流迫岸,淘空和切割堤脚,破坏了河床的完整性和稳定性,使堤防失稳,造成堤岸崩塌,危及防洪安全[2]。而采砂过程中随意丢弃废石废料,待运砂石堆放河中,阻碍水流运行,影响行洪速度及行洪能力。另外,采砂人员不顾挖砂点是否对堤坝安全构成威胁,在河堤附近进行无序采砂,会造成堤坝失稳,形成安全隐患,洪水来临时极有可能发生堤岸坍塌、决堤现象,淹没两岸居民村庄,冲毁农田。采砂致使河床下切,严重危及大桥、公路及沿江河通信设施、输油、输气、输水管道、建筑物的安全[3-4]。

由于无序挖砂活动影响,使河床下切,输水过程中加大河床入渗水量,使河道输水能力严重下降[5-6]。

无序过度采砂将破坏河道生态环境,使河床深度下切,入渗加重,枯季水位下降,水量变少,水面变窄,破坏了生物赖以生存的环境。

偷挖行为使砂石裸露,干燥后表层的细沙成为尘土,风吹造成扬尘,污染环境。

3 工程概况

杭埠河发源于岳西县境内的主簿园,全长为145.5 km,流经舒城、庐江两县,于大潭湾与丰乐河汇合入巢湖。该流域绝大部分在舒城县境内,于1958年在上游建有龙河口水库,总库容为8.2亿m3,水库上游集水面积为1 111 km2。杭埠河流域总面积为2 122.3 km3,河道比降为1∶300～1∶5 000。上陡下缓,河内滩多,河道弯曲,局部河道狭窄,河床宽不足百米。主要支流有滑石河、晓天河、河棚河、龙潭河、南岗河、九井河及干汊河等。

河道采砂历史悠久,但是进入21世纪后,伴随经济的发展,建筑行业迅速崛起,为建筑用砂提供了巨大市场需求,加之砂料投入少、价格高,河道采砂成为竞相涌入的行业。一些单位和个人在巨大利益驱使下,出现了乱采、盗采等违法、违规开采河砂现象。尤其是在杭埠河右岸舒城县城关镇石桥村段,开采更加严重,目前已经造成河床下切、局部堤防坍塌。杭埠河无序开采砂石料的行为既破坏了国家宝贵的矿产资源,又危害了两岸群众生产生活。

该段河道原岸坡坡比为1∶3左右,由于非法开采砂石料将岸坡变陡,现状坡比为1∶0.7。

3.1 设计洪水

杭埠河干流设计洪水采用《安徽省巢湖流域丰乐、杭埠河防洪治理规划报告》(1993年)成果,即对1977年下游将军挡以下河道进行治理时,六安地区水电局分析计算的设计洪水计算成果。20年一遇洪水,龙河口水库最大下泄流量为1 000 m3/s,下游河道考虑区间洪水加入。杭埠河分段河道设计流量见表1所列。

表1 杭埠河分段河道设计流量 m3/s

本次采砂河段位于新河口-龙河口段,其20年一遇设计流量为1 800 m3/s。杭埠河河道水面线起推水位按大潭湾14.0 m计算,具体大潭湾到将军挡滩地糙率取0.04、主槽取0.025;将军挡以上滩地糙率取0.05、主河槽取0.035,推得本次河道采砂断面20年一遇设计水位为22.99 m,河道断面平均流速为1.84 m/s。

3.2 地质概况

该层在场区内普遍存在,层厚较大,重型动探击数21.2～39.0击,容许承载力为320 kPa。

本次勘察采取部分土样进行室内9组渗透试验，试验结果表明，工程区①砾卵石层渗透系数范围值为2.93×10-1～7.58×10-1cm/s，为强透水性。

3.3 复核计算

(1) 计算标准。根据文献[8],杭埠河20年一遇设计流量为1 800 m3/s,堤防级别为4级。根据文献[9],区域地震峰值加速度为0.1g,相应地震基本烈度为7度。

(2) 渗流稳定计算。根据六安市水利水电工程勘察测绘大队现场取样及室内渗透试验,以及所取土样的代表性,并考虑包装、运输、土层的不均匀性、生物作用等因素,土层的渗透系数为7.58×10-1cm/s。

计算采用YanTu51理正程序进行堤身及堤基的渗流计算,该程序能较好地模拟各种地形地质条件,并能计算出每种工况下多层地基各部位的出逸坡降、浸润线、等势线及渗流量等。

Y4断面稳定渗流期渗流、施工期迎水坡、设计水位骤降迎水坡、多年平均水位+地震迎水坡4种工况稳定计算结果如图1所示。

图1 Y4断面4种工况下稳定计算结果

由图1(a)可见,选取断面处河道水位22.99 m,经计算,堤后出逸坡降为0.18 m,出逸点高程为12.17 m。根据堤防工程设计规范[10],在其出口段允许坡降,砾卵石为0.45～0.50 m。

堤防现状背水坡为高地,渗径足够长,渗透稳定能满足要求,本次渗流计算结果也表明堤防渗透稳定满足规范要求。

(3) 堤坡抗滑稳定计算。根据文献[10],采用瑞典圆弧总应力法和YanTu51理正程序进行计算。图1(b)～图1(d)计算结果见表2所列。

表2 Y4断面迎水堤坡抗滑稳定安全系数

由表2可以看出,断面上游堤坡在各种工况下的抗滑稳定安全系数均不能满足现行规范要求。

(4) 堤岸冲刷深度计算。参照文献[10],顺坡及平顺护岸冲刷深度计算公式为

(1)

(2)

(3)

其中,hs为局部冲深(m);α为水流流向与岸坡交角,α=30°;H0为冲刷处水深,H0=10.82 m;Ucp为近岸垂线平均流速(m/s);n与防护岸坡在平面上的形状有关,取1/4～1/6;η为水流流速不均匀系数,取1.0;Uc为泥沙启动流速(m/s);U为行近流速(m/s);d50为床沙中值粒径,d50=0.02 m;rs、r为泥沙与水的容重,rs=15 kN/m3,r=10 kN/m3。

经计算,Uc=1.01 m/s,Ucp=U=1.84 m/s。河道采砂前,取n=1/6,则hs=1.14 m;河道采砂后,取n=1/4,则hs=1.75 m。

根据上述2种情况得出的计算结果,本段堤防原冲刷深度为1.14 m,非法采砂后使堤脚处冲坑深度达到1.75 m,洪水期间容易出现岸坡崩塌,对堤防造成的危害非常大,存在较大的安全隐患,严重影响堤防和沿岸人民的安全。

3.4 处理措施

(1) 采用1∶3坡比降,对非法采砂形成的不稳定边坡进行土方放坡回填。

(2) 迎水坡采用C20混凝土预制块护坡进行防护。

(3) 迎水坡坡脚设C20混凝土齿坎进行防护。

(4) 管理单位对河道堤防加强管理。