近代渭河中下游河床组成变化及其稳定性指标研究

白少智，李 朗，张 蓉，范祎雯

（1.陕西省河流工程技术研究中心，陕西 西安 710018；2.陕西文化产业（韩城）投资有限公司，陕西 渭南 715499）

1 渭河中下游河床物质组成特性

1.1 河床组成特征

渭河中游主槽目前为堆积阶段，主槽岩性以中粗砂、含砾中粗砂及卵石为主。砂卵石的成分主要为石英、长石，分选、磨圆均较好，泥质含量少。咸阳铁桥往西至黑河入渭口，河漫滩为上薄层砂、下卵石的单一粗粒土结构；黑河入渭口至宝鸡，河漫滩为上砂砾石、下卵石的单一粗粒土结构。咸阳～泾河口段由于受左岸黄土塬边断裂线控制和右岸沣、灞河口向外延伸的影响，自西汉以来河槽定向侧蚀北移，多心滩，河床基本冲淤平衡。泾河口以上河床冲积层较薄，咸阳附近厚5.30～8.50 m（个别地点10 m），草滩农场厚约15～18 m。河床沉积物下部为粗砂砾石，上部中细砂夹零星小砾石。泾河口～交口段河床冲积层厚约17～18 m。河床沉积物下层物质较细，河床质为粗砂夹砾石，漫滩沉积砂质黏土；上层物质变粗，河床质为砂砾石，漫滩沉积粉砂和黏质砂土。交口～赤水段是受三王～雨金断层影响突出的河段，沉积物组成下粗上细，分选差，粗细混杂。赤水以下河段，河床质很细，分选差。

渭河下游河床具有上下二元结构，底层上部河流漫滩为黏质沙土，下部河床为砂砾石层。这些物质自上游至下游由粗变细。其中渭淤35～渭淤28 断面河床质以中、粗沙夹小砾石为主，河漫滩为粗、中、细沙（粗、中、细砂粒径分别为2～0.50 mm、0.50～0.25 mm、0.25～0.075 mm，粉砂为0.075～0.005 mm，下同）；渭淤27～渭淤22断面河床质中砂卵石含量高达60%左右；渭淤17～渭淤13断面河床质以细砂为主，大于2mm砾卵石仅占2%～3%，河漫滩由细砂和粉砂组成，河岸质主要由壤土、黏土构成，黏粒含量达30%以上；渭淤12断面以下河段，受三门峡水库蓄水淤积的影响，河床主要由细砂、粉砂构成，河岸上部为松散粉砂、砂壤土，下部以粉砂、壤土、黏土为主。

1.2 河床质特征值变化

根据1960-2020年实测河床质数据，咸阳站河床质粒径总体上表现为两个变化阶段：1960-1995年咸阳站河床质平均粒径基本在0.4056 mm 上下波动；中数粒径在0.3616 mm 上下波动；2010年渭河全线整治以后，咸阳站河床质粒径有增有减波动变化，但相比较1995年以前总体呈现减小的趋势，且中数粒径普遍小于平均粒径。1960-1976年，华县站河床质粒径先增大后减小，1967年达到最大值，1977年后处于波动状态。

1973 年三门峡水库改为全年运用后，咸阳站河床平均粒径及中数粒径（d50）随时间逐渐减小，华县站河床平均粒径及中数粒径逐渐趋于稳定，基本都小于咸阳站。见图1。

图1 咸阳站、华县站平均粒径及中数粒径变化图

2 河床稳定性指标特性

选择钱宁公式：K=d/hJ对渭河稳定性进行分析研究。

2.1 控制站稳定性指标

结合渭淤37和渭淤36断面实测大断面资料数据系列，得到咸阳站1965-2020年河床纵比降数据系列。可知，1999年咸阳站附近河道出现淤积，河床纵比降为-0.08‰，其他年份河床纵比降0.18‰～1.25‰。结合渭淤11、渭淤10、渭淤9和渭淤8实测大断面资料，得到华县站纵比降数据系列，可知1968、1975 和2011 年华县站附近河道出现淤积，河床纵比降分别为-1.61‰、-0.15‰、-0.93‰，其他年份河床纵比降0.40‰～3.18‰。绘制咸阳站、华县站历年纵比降变化图，从图2可以看出华县站历年纵比降普遍大于咸阳站。

图2 咸阳站、华县站历年纵比降变化图

根据钱宁公式计算咸阳站稳定性指数。可知，1965-1973年咸阳站稳定性指数平均为0.76，1974-2010 年平均为0.75，2011年渭河综合治理至今稳定性指数平均为0.08。2011年后河床趋于稳定，但相比2010 年以前，河床稳定性变差。

根据钱宁公式计算华县站稳定性指数。可知，1965-1973年咸阳站稳定性指数平均为0.11，1974-2010 年平均为0.09，2011 年渭河综合治理至今稳定性指数平均为0.07。河床稳定性指数逐年波动变化，但总体上华县站河床稳定性变差。相比较咸阳站，华县站稳定性较差。

2.2 河床稳定性评估

基于咸阳、临潼及华县水文站实测水文数据，咸阳～临潼段河床比降0.48‰～0.60‰，自1965-1973 汛后三门峡水库改为全年控制期间该河段河床比降呈递减趋势，1974-2000年共27 a间河床比降基本平稳，2001年渭河开始综合治理至今，河床比降又开始逐年下降。临潼～华县段的河床比降0.19‰～0.31‰，1995-1973年河床比降逐年下降，1974～2000年间下降幅度变大，2000年至今河床比降逐年增大。

整体来看，咸阳～华县段的河床比降0.31‰～0.40‰，1965年至今河床比降一直呈下降趋势，但下降趋势在1973年、2000年均出现缓解。可以看出渭河咸阳以下河段河床比降的变化主要由临潼以下河段的河床形态、结构变化影响着，同时反映了三门峡水库运行带来的泥沙淤积对渭河河床比降的影响主要体现在临潼以下的河段。

结合水文站及渭淤26～37断面实测水文数据，1965-2020年间渭河咸阳～临潼段的平均水深0.58～2.07 m，河段稳定性0.01～1.16；渭河临潼～华县段的平均水深0.94～4.64 m，河段稳定性0.03～1.18。

从渭河下游河床稳定性的年际变化序列来看，自1973年汛后三门峡水库改为全年控制运用后，渭河咸阳～华县整个河段在1973-2000年基本处于平稳状态，2001年至今渭河咸阳～临潼段河床稳定系数逐年下降，临潼～华县段呈现逐年递增趋势，咸阳～华县整体河段河床稳定系数逐年下降。

为进一步说明渭河中下游河段稳定性指数序列的变化趋势，这里针对各河段1965-2020年的河段稳定性指数序列采用Mann-Kendal 非参数检验，得到统计量的顺序、逆序变化曲线UF、UB，取显著性水平α=0.05，得到两条临界线y=±1.96，分别绘制各河段稳定性指数检验曲线。

咸阳～临潼段UF曲线1965-2020年均小于0，说明序列值一直呈下降趋势，且2000-2004、2009-2020 年下降趋势更显著。2006-2009年两条曲线有3个交点，2008年为一个突变点。

临潼～华县段稳定性指数系列UF值在1974-2009年小于零，其他时间均大于零，说明1974-2009年该系列呈减小趋势，且1977-1984、1986-1988、1996-2000 年下降趋势更加显著。其余时间段呈增加趋势。Mann-Kendal 检验结果与渭河河床稳定性指数随时间的变化序列曲线反映的规律一致。

3 近期河床形态特性

3.1 河床纵剖面形态变化

依据渭河中下游典型年（三门峡水库建库前1960 年汛前和建库后1966 年汛后、1969 年汛后、1973 年汛后、2002 年汛后、2015年汛前、2020年汛后）实测大断面资料，分析其河槽最深点、滩唇高程的纵剖面形态演变。其中渭河中游2015 依据实测监测断面资料，其余典型年依据林家村、魏家堡两站实测大断面资料；渭河下游至潼关依据渭淤和黄淤监测断面资料。

3.2 纵剖面形态方程

选取渭河中下游典型年（1960汛前、1969汛后、1973汛后、2002 汛后、2015 汛前、2020 汛后）大断面资料，点绘河槽深泓点、滩唇与距潼关里程曲线关系图，建立二者的关系方程，即渭河中下游的纵剖面形态方程。

4 结语

渭河下游主槽与河漫滩的淤积物组成表现出不同的特性：水下淤积物的粒径变化由水流强度、来沙粒径、支流汇入及河道冲淤变化等多方面因素影响，在时间与空间上的主槽中值粒径变化幅度大，沿程细化趋势明显。

1966-1973 年，渭河中游河道纵剖面河底高程呈上升趋势；1973-2020年，河底高程呈明显下降趋势。河底高程下降，表明河道处于泥沙冲刷状态，主要是受到上游来水来沙量减小、水土保持措施以及三门峡水库运行方式的影响。

依据渭河中下游河段稳定性指数序列的变化趋势，结合河道来水来沙条件与三门峡水库运用方式和潼关高程的分析判别，得出在现状河床条件下，未来渭河下游的河道演变基本保持目前的状态，河道将继续向维持泥沙冲淤平衡的状态发展。