河道平面变动对引汉济渭二期工程穿泾河倒虹吸布置的影响分析

刘 哲

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

河道平面变动分析是河道演变分析的主要内容之一，与涉河建筑物工程布置设计密切相关。穿泾河倒虹吸是引汉济渭二期工程的重要节点工程，是实现将陕南调水输送至关中渭北缺水区域的必要联通工程，对国家西部大开发战略、“一带一路”战略的实施均具有重大意义，也是实现关（中）-天（水）经济区快速发展、加快西安国际化大都市建设进程、西咸新区快速建设的重要措施之一。分析研究穿泾河倒虹吸上下游河道平面变动，对工程设计具有一定的参考价值，对保障工程安全运行至关重要。

1 工程概况

引汉济渭二期工程穿泾河倒虹吸[1]位于咸阳市泾阳县县城西侧约9.0 km，南起太平镇孙家堡村与牛杨村交界附近，北至中张镇南王浩村附近，在泾河干流控制水文站张家山水文站和桃园水文站之间，上距张家山水文站21 km，下距桃园水文站28 km。距上游规划泾河东庄水库约50 km。

引汉济渭二期工程属Ⅰ等大（1）型工程。泾河倒虹吸设计流量13.5 m3/s，建筑物级别为1级，设计标准50年一遇洪水，洪峰流量11000 m3/s；校核洪水标准200年一遇，洪峰流量16300 m3/s。

泾河倒虹吸工程位于泾阳县太平镇牛杨村和南王浩村之间，线路平面走向由西南至东北，呈直线布置，倒虹吸与泾河河道夹角约50°，起点桩号77+393，末点桩号80+343，全长2.95 km。其中：主河槽段长629 m，左滩段长1348 m、右滩段长492 m。采用双根DN2400 mm钢管，按地埋式倒虹吸设计，双管中心距为3.7 m。见图1。

图1 泾河倒虹吸上下游河道平面变动分析示意图

主河槽段长629 m管顶控制埋深不小于9.8 m。主河槽以外右岸高滩地段长492 m管顶最小埋深2.3 m，左岸滩地段长1384 m管顶最小埋深4.55 m。

2 河道基本情况

泾河是渭河左岸最大支流，系陕西省关中地区第二条大河，发源于宁夏回族自治区泾源县境内的老龙潭。干流流经甘肃省平凉、泾川，由长武县汤渠镇进入陕西省，于西安市高陵区陈家滩汇入渭河，干流全长455 km，河道比降2.47‰，流域面积45421 km2，多年平均径流量20.15亿m3，涉及陕、甘、宁三省（自治区）33个县（区）。张家山水文站以上集水面积为43216 km2，占全流域面积95%，干流长396.8 km，河道平均比降2.78‰。河系呈不对称扇形，支流多集中于左岸，左岸支流集水面积约为右岸的五倍。泾河是黄河流域输沙量较多的一条支流，含沙量极高，其多年平均含沙量144.5 kg/m3，汛期平均高达252 kg/m3，多为悬移质，泥沙中值粒径0.022 mm。张家山站多年平均输沙量为2.86亿t，占渭河入黄河沙量的3/4，占黄河沙量的近1/5。

泾河在陕西省境内长258 km，流域面积9210 km2，其中：陕北1413 km2，关中7797 km2。干流由上至下流经长武、彬州、永寿、淳化、礼泉、泾阳、高陵等七县（区）。省境内河床总跌差561 m，河道平均比降2.09‰。

陕西省境内泾河河道特性沿程差异较大，大致可分为三段：

上段起自长武县地掌镇汤渠村，终于彬州早饭头，干流长约71.0 km，河床比降1.5‰，河谷宽阔，滩槽明显，为山区性河流开阔段，河宽在500 m～2000 m之间。

中段起自彬州市早饭头，终于泾阳张家山泾惠渠渠首，河道长127.0 km。该段河谷狭窄，山坡陡峻，中水河床与洪水河床之间多无明显界线，系一典型的山区性河段。早饭头至老龙山断层比降为2.1‰，基岩裸露，河宽在100 m左右；老龙山断面至张家山为峡谷河段，比降6.3‰，河宽仅30 m左右。

下段起自泾惠渠渠首，终于泾河入渭口处，干流穿行于关中平原区，长约60 km，比降为1‰，呈平原性河流特性。该段干流河床宽浅，滩槽明显，主流游荡多变。

3 河段特征

泾河干流下段总体呈西北-东南向斜穿渭北原区，区间干流无大的转折。河道沿岸地势平坦、土层深厚，区间干流河道除泔河一级支流加入外，再无大的支流加入和大的转折。河槽总体呈上游窄下游宽之势，但从具体河段来讲，则是沿程宽窄相间。河道的弯曲程度沿程变化不定，曲折系数一般在1.20左右。个别河段稍大。河道在纵断面上主要表现为上陡下缓趋势，在横断面上河槽总体上呈现出上游窄下游宽之势。根据河道地貌地形特点，泾惠渠渠首～泾河西铜铁路桥段河道又可分为以下3个子河段。

①泾惠渠渠首～泔河口段：河道长约5.5 km，河床较窄，边滩不发育，多为单式“U”型断面，河床宽度一般在300 m～600 m，岸坎高出河床7.8 m，河心有基岩裸露，河床为大卵石堆积。河床纵剖面相对起伏较大，形态不规则，呈上凸台阶型，河道比降约为1‰。由于该段河道深切于古生代基岩和砂砾石、巨石、亚粘土组成的河床之中，河槽窄深，河道明显受构造控制，基本属半山区性河流。

②泔河口～临泾村段：河道长约11.0 km，河床逐渐放宽，漫滩发育，滩槽明显，主流集中归槽。河床宽度一般在500 m～700 m左右，岸坎高出河床9.0 m。河床纵剖面相对起伏较小，无明显台阶状变化，呈不明显下凹型，并间有倒坡出现，平均比降为1.08‰。该段河道基座位于第四系中更新统冲积的亚粘土层上，有较厚的松散沉积物，有利于河道的摆动及分汊河道形成。

③临泾村～泾河西铜铁路桥段：河道长约34.0 km，是本工程区河段。该段河床较为开阔，河床宽度一般在650 m～900 m左右，最宽处达2.5 km，岸坎高出河床6.0 m，漫滩及江心滩比较发育，汊道、串沟较多，以复式断面居多，主要为顺直分汊到微弯分汊型河道。按照河道纵剖面特征，该段河道河床纵剖面相对起伏较小，无明显台阶状变化，平均比降为1.3‰。主要是由于该段河道基座于第四系中更新统冲积的亚粘土层上，有较厚的松散沉积物，有利于河道的摆动及分汊河道的形成。

拟建泾河倒虹吸位于上下游2个连续“S”型弯道连接段。河道呈天然状态，几无人为干扰，两岸为天然岸坎，无堤防工程。河道滩槽界限明显，主流稳定、单一，主河槽宽度100m～300m，无支汊流，左岸受水流作用，有轻微侧蚀。河道比降较缓，流速不大。工程穿河点处左滩极为发育，沿东北方向展布超过2 km，右滩受高坎（高差70 m以上）限制，宽度约1.5 km，比左滩略高3.0 m。两岸滩地以农田、果林地为主，少量村庄分布其中。

4 平面变动分析

泾河下游从张家山到入渭口约60 km为平川段，平川段之前的峡谷段和原梁沟壑段泾河明显下切，河道稳定，平川段入口（张家山）位置较为稳固，从郑国渠至今之泾惠渠渠首，引泾河水的位置只是沿河上溯、并未脱离河槽即是例证。根据历史考证，进入平川段后，在地层抬升、渭河北移以及自身水沙等因素的共同作用，泾河尾闾发生摆动，入渭口总体趋势是自东向西移动，期间有间断性的摆动。

泾河倒虹吸上、下游现状河道滩槽分界明显，右岸滩槽分界以牛杨村（1980年迁来此处）东侧岸坎为界，右滩受右侧高坎（地面高程407 m左右）限制，发育有限，展布范围较小；左岸以现状河道东侧岸坎为界，边滩发育成熟，范围极广。此外，左滩北部以云田王村-河滩杨村-张百姚村-北王浩村南侧（D1～D3）、南王浩村（1940年代迁来此处）南侧（C1～C2）天然形成两道高坎，D1～D3一线地面高程约411 m、C1～C2段地面高程在404 m左右，现状岸坎较为稳定。据现场实地调研、走访了解，1940年至今，近80年以来倒虹吸处附近河道较为稳定，已发生的多次洪水从未上右滩，左滩受洪水淹没，洪水位没有高过C1～C2段地面高程，但主槽没有受洪水影响发生摆动，较为稳定。见图1。

根据《陕西省洪水调查资料》[2]，张家山站近一百年来，最大一次洪水发生在1911年，洪峰流量为14700 m3/s，可靠，重现期88年。若河道河滩糙率取0.036，河槽糙率取0.027，按现状河道断面测算，洪水位超过405.5 m，高过C1～C2段高坎。泾河倒虹吸校核洪水标准200年一遇，洪峰流量16300 m3/s，校核洪水位为406.26 m，低于D1～D3一线地面高程。

分析河段（Z1～B3段）长5.8 km，现状河道宽约100 m～300 m。为了便于分析，对该段河道套绘1982年五万分之一、2000年万分之一航测地形图。分析河段共包括3个弯道段：Z1～Z2段、A1～A2段和 B1～B2 段，Z1～Z2段和 B1～B2段受河流冲刷影响，右岸有侧蚀现象，Z2点紧贴右岸高坎、较为稳定；倒虹吸位于“S”型弯道上部A1～A2段和下部B1～B2段之间，穿河处河道较为顺直，河流有向右岸侵蚀的趋势。A1～A2段左岸有侧蚀现象，现场调研来看，该处为天然河岸，仍有进一步发展的趋势。若A1～A2段进一步侧蚀，岸边则可能向北侧迁移至D1～D2段高坎处，如遇200年一遇洪水时，穿河处右岸岸坎较高、洪水不会漫滩；左岸则会漫滩，则C1～D4段受洪水冲刷风险较大。

5 结论

泾河是陕西省关中地区主要河流之一，水沙条件复杂，是渭河泥沙的主要来源地，下游地区特别是张家山～入渭口段进入平原区，河流摆动频繁、洪水灾害频繁。泾河倒虹吸跨河处上下游现状为天然河段，水流侵蚀岸坎现象明显。本文通过河道平面套汇结合实地调查，分析河道平面变动影响，从考虑工程安全的角度出发，建议将倒虹吸左滩部分、滩槽分界点以东水平长度524 m段（即C1～D4段）按主河槽埋深控制，以减轻河道平面变动对工程安全的影响。