沁河主要河段河道演变分析

2018-03-26王飞

山西水利 2018年9期

王飞

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 沁河流域概况

沁河流经晋、豫两省，是黄河三门峡至花园口区间一条较大的一级支流。沁河发源于长治市沁源县霍山东麓的二郎神沟，源头分水岭高程在2 200 m左右。河流在太岳山崇山峻岭间蜿蜒南下，经临汾市安泽县、晋城市沁水县、阳城县，于泽州县栓驴泉附近入河南省，由河南省济源市五龙口出太行山至武陟县南贾村汇入黄河。流域总面积13 532 km2，山西省境内12 304 km2，其中临汾2 255 km2，晋城7 803 km2；干流全长485km，山西省境内363km，其中临汾段长107km、晋城段长154 km。

沁河流域呈阔叶形，地形北高南低，大部分为山区，干流按其自然特征分为上游、中游、下游三段。源头至张峰水库坝址为上游河段，张峰水库坝址至省界为中游河段，河南省段为下游区。山西省境内沁河属河流的上、中游段，上游为石质山区，植被良好；中部多为土石丘陵区，人类活动频繁，植被较差；河谷两岸分布的河谷平川区，土地肥沃，是发展农田水利的重点区域。

2 河道演变分析

山西境内沁河流域呈阔叶形，干流大致自北而稍偏东南穿行于山区，两岸支流众多，基本呈对称性分布。干流河道大部分为砂页岩地层，坡陡流急，两岸峰峦重叠、山高谷深，地高水低，壁陡岩高，除沁水县南部、阳城县北部部分河段稍显宽浅，其余河段基本属窄深“U”型河道，加之泥沙淤积较轻，河床稳定性总体较好。

2.1 分段河道演变分析

沁河流域地貌包括两大单元，即太岳山区和晋东南高原，基本可分为石质山区、土石丘陵区、河谷平川区三种地貌类型，河道演变依此分段分析。

2.1.1 石质山区

石质山区主要分布在沁河王家庄大桥以下流域，两岸山体灰岩出露，中部大都是石炭、二叠、三叠纪砂页岩，此区植被一般良好，水土流失轻微，河道横向变化很小。河道两岸一般为悬崖峭壁，河床质为卵砾石，主槽水流大，滩地上也大都是卵砾石，有的河段山脚下有洪积物。

从该段1974年测5万地形图和2000年测1万地形图的套绘图中看，1974年和2000年的的河岸线基本重合，说明横向基本没有变化，从该段代表站润城水文站实测大断面图中看，河道横向和纵向变化都很小，河床稳定，1966—1993年，只是河底略有抬高，河岸很稳定。

2.1.2 土石丘陵区

土石丘陵区主要分布在沁河安泽段的安泽县城以上流域。该段河道蜿蜒曲折，弯道甚多，主槽忽左忽右，随山就势。河谷丘陵坡地多开垦种植，导致水土流失较严重，是沁河上游泥沙的主要来源。从套绘河岸线看，2000年的凹岸因冲刷比1974年更凹，凸岸因淤积更凸，河道整体呈淤积状态，河滩比主槽淤积严重。该段河道代表站是飞岭水文站，从飞岭站实测大断面看，飞岭段河道横向摆动幅度很小，纵向有冲有淤，但总体呈逐年淤高趋势，右岸是河谷阶地，淤积明显，左岸冲刷明显，河床冲淤基本相当。

2.1.3 河谷平川区

河谷平川区主要分布在安泽县城下游。河谷两岸是洪积平川及缓坡地带，人口集中、耕地连片、经济发达，流域内90%以上的大中型工矿企业和灌溉面积都在本区。从年代河岸线套绘图看出，1974—2000年，该段河道横向变化明显，右岸1974年是自然河岸线，2000年河岸线沿公路，左岸有扩张有回缩，总体上河道越来越规整。

2.2 主要工程河道段演变分析

2.2.1 和川水利枢纽

和川水利枢纽位于临汾市安泽县和川镇附近的沁河干流上，拦河大坝为浆砌石混凝土重力坝，最大坝高27 m，坝顶长235 m，设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准500年一遇，泄洪设施为12孔泄洪排沙底孔。汛期调度方式为敞泄，不控制下泄流量。

根据工程初步设计报告，多年平均悬移质入库沙量91.84万t、推移质入库沙量13.78万t，其中悬移质泥沙中值粒径0.029 8 mm、平均粒径0.036 2 mm；坝下游设矩形消力池，池宽12 m，池长48 m，池深12.5 m。

据此分析，和川水利枢纽正常运行后，库区将逐渐淤高，主要为颗粒较细的悬移质，推移质泥沙将在库尾一定范围内发生溯源淤积；紧邻坝下游河段因有消力设施防护，不冲不淤，基本保持建设后状况；再向下游一定河段，河道较窄，略有弯度，坡度平缓，河床质为砂、卵、砾石，形成抗冲层，所以下游河道冲刷不会太严重，左岸为土石山，也让侧蚀展铺没有太大余地。

2.2.2 西里水电站

西里水电站位于临汾市安泽县马必乡郎寨村附近的沁河干流上，拦河大坝为浆砌石重力坝，最大坝高33.25 m，坝顶长159.5 m，设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准200年一遇，泄洪设施为：长110 m的溢流坝和1孔4 m×4 m泄洪冲沙孔。水库调度方式为：下游河道未有防洪要求，所以水库下泄量无限制；汛期6—9月份，在库水位不高于汛期限制水位789.6 m、入库流量小于泄流能力时，开启底孔泄流，保持库水位在汛限水位；当入库流量大于泄流能力、库水位超过汛限水位时畅泄，直至水位回落至汛限水位。

根据工程初步设计报告，多年平均悬移质入库沙量151.6万t、推移质入库沙量22.7万t，其中悬移质泥沙中值粒径0.029 8 mm、平均粒径0.036 2 mm，水库淤积形态为锥体淤积；消能采用挑流消能方式，挑坝高程780 m，挑射角22°，弧半径12 m。

据此分析，西里水电站正常运行后，因非汛期水库高水位运行，拦水坝前形成很大水面，坝前逐渐淤高，主要为颗粒较细的悬移质，推移质泥沙将在库尾一定范围内发生溯源淤积。汛期利用洪水冲沙，水流挟沙而下，冲刷下游河道，紧邻坝下游河段因有消力设施防护，不冲不淤，基本保持建设后状况；再往下游一段，河道河床质为卵砾石，河滩上也随处可见卵石、砾石，河床抗冲能力强，所以下游河道纵向变化不会太大，两岸为土石山，所以横向也不会有太大摆动。

2.2.3 张峰水库

张峰水库位于晋城市沁水县郑庄乡张峰村附近的沁河干流上，拦河大坝为粘土斜心墙堆石坝，坝顶长627.0 m，宽10.0 m，最大坝高72.2 m。设计洪水标准100年一遇，校核洪水标准2 000年一遇。泄洪设施为：4孔每孔宽12 m的溢洪道和6.5 m×6.5 m导流泄洪洞。张峰水库调度方式，2008年汛期限制水位738.0 m，当洪水位超过738.0 m时，泄洪洞闸门开启泄洪，但下泄流量不得超过800 m3/s；当洪水位超过741.6 m时，泄洪洞和溢洪道同时开启，进行敞泄。

根据工程初步设计报告：正常蓄水位759.0m时库区水面长25 km左右，多年平均悬移质入库沙量264.9万t、推移质入库沙量39.7万t，其中悬移质泥沙中值粒径0.029 8 mm、平均粒径0.036 2 mm，水库淤积形态为典型的三角洲淤积；消能采用挑流消能方式。

据此分析，张峰水库正常运行期，库区逐渐淤高，主要为颗粒较细的悬移质，推移质泥沙将在库尾一定范围内发生溯源淤积。水库泄洪洞在大坝左岸，坝前淤积较其他水库严重些。紧邻坝下游河段因有消力设施防护，不冲不淤，基本保持建设后状况；再往下游一段，河道较窄，河势平缓，河床质为卵砾石，抗冲能力强，河滩砂土夹杂着石头，抗冲能力一般，水库泄洪时下游河道将受到冲刷。横向受限于两岸山体和道路，不会有太大变化。

2.2.4 杜河水库

杜河水库位于晋城市泽州县李寨乡马安村附近的沁河干流上，拦河大坝为浆砌石重力坝，坝顶长214 m，最大坝高47 m。设计洪水标准50年一遇、校核洪水标准500年一遇。泄洪设施有溢流坝和冲沙闸。因水库无防洪任务，汛期发生洪水时，超过汛限水位即开始敞泄。

根据应急除险加固报告，杜河水库冲沙闸下游无消能工，溢流坝长期小泄量运行，使大坝下游河道冲刷严重，影响冲沙闸下游左岸边坡稳定。目前已经在下游形成长约140 m、顺河向深7.5～10.0 m的冲坑。

据此分析，杜河水库正常运行期，库区逐渐淤高，主要为颗粒较细的悬移质，推移质泥沙将在库尾一定范围内发生溯源淤积。该段河道位于峡谷区，两岸是陡峭的石山，横向变化的可能性甚微。紧邻坝下游河段因没有消能设施，已经形成很大的冲刷坑。应急除险加固报告中，坑内积水形成的水垫也会对下泄水流起到一定的消能作用，因此对冲沙闸下游冲坑不做处理。再往下游一段，河床质是卵石、块石，河滩地上也铺了厚厚一层卵石、块石，抗冲能力强，河道坡降缓。下游河道冲刷不会太严重。