复州河河道演变及采砂管理规划影响分析

2023-12-19王孟

陕西水利 2023年12期

王孟

（大连河海水利水电勘测设计有限公司,辽宁大连 116021）

1 引言

河道内的砂石资源是有限的,为了使有限的资源得到合理、高效的利用,同时保障河道防洪安全,必须对其进行科学的规划。泥沙是河床组成的主要物质基础,也是经济建设的重要原料。河道采砂是采掘河床表层的床沙,而床沙是挟沙水流与河床相互作用的产物。为保持采砂河段河床基本稳定,泥沙冲淤处于动态平衡,必须合理规划采砂范围和采砂深度。

2 工程概况

复州河是大连市第二大河流,发源于普兰店市同益乡老帽山南麓,海拔高程655.8 m。干流全长129 km（其中,普兰店区境内河段长40 km,瓦房店市境内河段长89 km）,总流域面积1647.7 km2,河道平均比降1.33‰。有20 km2以上的一级支流17 条,二级支流2 条。复州河干流上有大型水库2 座—东风水库、松树水库,中型水库1 座—七道房水库；拦河闸4 座—栾店拦河闸、虎头村拦河闸、杏树园拦河闸和西蓝旗拦河闸；水文监测站2 座—关家屯（二）水文站、三台子防汛特征水位监测断面。

3 河道演变与泥沙补给分析

河床演变从河流形态的变化形式来看,可分为纵向变形和横向变形。主要是由洪水产生的冲刷、淤积和人类活动的影响造成的。其中,局部河床纵向的周期性变形,是由于洪水期和枯水期或丰水年和枯水年对河道的冲刷、淤积不同引起的。横向变形是指塌岸、分汊、改道、裁弯等河床平面形状的变化,是河流横向输沙不均衡而引起的。人类生产经营活动,如筑堤、修桥、挖砂等也对河床纵向、横向变化产生影响。

3.1 历史时期演变

复州河干流全长129 km（其中,普兰店区境内河段长40 km,瓦房店市境内河段长89 km）,总流域面积1647.7 km2,河道平均比降1.33‰。有20 km2以上的一级支流17 条,二级支流2 条。

复州河属于山溪性河流,其中山区丘陵占86%,平原占14%。河流上游河床为卵石,水流湍急；中游河床为粗砂和砾石；下游河床为细砂,水流较为平稳。

由于缺少多年的河道断面资料,因此,本次规划选取规划河道不同年份的Google earth 卫星图对河道演变进行定性分析。

图1 河道平面演变图

经对比河道历史卫星图,规划内河道平面形态基本没有发生变化,但可以看出人为活动（工程建设,盗采河砂、耕地侵占等）对河道岸线的影响以及河道两岸的发展变化。

3.2 近期演变及趋势

3.2.1 平面演变

根据复州河不同河段的演变特性,可以将复州河大致分为3 段。

1）松树水库以上河段

东风水库以上河段为山区段,两岸居民较为分散,河道相对狭窄,大洪水在两山之间漫溢,河道演变以自然演变为主。局部段存在弯顶上提下挫或者左右岸摆动等,但本段上游部分由于受两岸山体限制,安波街道和同益乡等相对集中居民区均修建堤防工程,河道整体平面摆动范围不大。

2）东风水库～松树水库河段

东风水库～松树水库河段基本为山区段,沿岸村屯较松树水库以上密集,在沿岸重要村镇如松树镇、得利寺镇等河段均有堤防、护岸或者生物防护。这些人工节点的形成,限制了河道自然演变,成为相对归顺的河道。该段平面摆动较小,弯道相对固定,平面变化不大。

3）东风水库坝下～入海口河段

东风水库以下进入平原区,该段河道较宽,河道中分叉及浅滩增多。东风水库以下两岸基本有连续堤防,大洪水被限制在两堤之间,河道演变主要体现在主槽变化上。

决定河床冲淤的主要因素是河流的含砂量和挟砂能力,当含砂量大于河段的挟砂能力时,河床将发生淤积,反之,河床将被冲刷。本次采砂管理规划根据河流流势进行分析,规划段河道中泓线位置基本一致,河槽冲淤摆动基本平衡,河势比较稳定。

山区河道的稳定特性,加上堤防工程的限制、控导工程的约束,复州河河道在平面形态上不会有较大变化。

复州河干流上建有3 座水库,加上近年来对复州河河道不断进行综合治理工程,河道整体不会发生河道淤积。河道床质多为卵石和卵石夹砂,且卵石排列间隙小,河床表层粗化。在不发生大洪水的情况下,河道内卵石和砂石不会发生大量输移,即不会发生明显的河道冲刷。

复州河河道采砂河段的上下游河道变化以及局部变化,都将大部分来自于外界人为因素行为的影响。

3.2.2 横向演变

复州河干流从源头至入海口（七道房水库、松树水库和东风水库库区除外）仅有一处关家屯（二）水文站。

全河道仅有2019 年实测大横断面资料,同一断面多年实测资料较为匮乏。由于水文站基本位于复州河防洪重点河段,辅助以目前掌握的横断面资料,基本能够反应复州河重点防洪河段的横向演变特性。

1999 年和2009 年关家屯水文站监测河道断面为U 型河槽,经过10 年的洪水冲刷演变,河道两侧宽度演变基本无变化,河道断面两侧滩地基本无变化,主河槽由于冲刷、淤积导致河底高程下降0.1 m～0.68 m。因此,本段河道有洪冲枯淤的特性。

3.3 人类活动对河道的影响分析

2002 年以前,河道内无大规模集中采砂行为,岸坡相对稳定,岸线变化不大。特别是在1998 年丰水后,进入了连续枯水年,冲淤引起的河床多变化不大。但是从2002 年起,随着经济的发展和建筑市场的兴起,人们对河道内丰富的砂卵石资源进行了一定程度的无序开发,导致河床下切、河岸倒退,有些地方还形成了采砂坑和弃渣堆,造成河道纵向和横向的双向变形。但通过近些年复州河不断的整治管理,情况得到了很大程度上的改善。

3.4 河道泥沙补给分析

规划河道的泥沙主要来源于以下几个方面：洪水径流携带的下行陆相泥沙、沿岸支流汇流补给的泥沙。规划河段主要泥沙来源于流域内各支流的泥沙汇入,其次为洪水和特大洪水对上游丘陵区、平原区侵蚀、搬运。

复州河河道具有山区性河流的特点,属暴雨洪水产沙,多年平均降雨量550 mm～700 mm,降水由南向北递减,降水的时空分布极不均匀,年内降雨高度集中在6 月、7 月、8 月、9 月四个月份,产沙历时基本与暴雨历时同。区域水资源和年径流量分配不均匀,径流量主要集中在6 月～11 月,输砂量同样主要集中在汛期,输砂量年际的分配也极不均匀,主要集中在丰水年。

此次规划涉及复州河河道,流域内泥沙主要来源为洪水中挟带的泥沙。本次设计泥沙分析采用输沙模数法,输沙模数采用关家屯站多年平均输沙模数94.5 t/km2计算,推悬比采用15%,泥沙容重采用1.3 t/m3,计算结果见表1。

表1 规划河流多年平均年输沙量

由于复州河两岸有多条支流入汇,集水集沙面积较大,建库对复州河河道泥沙含量影响程度有限,下游河道仍然具有洪冲枯淤特性,河道内的泥沙主要来源于两岸支流的汇入,采砂基本为河道补给砂。

4 采砂影响分析

4.1 采砂分区规划

（1）保留区

本次规划保留区为8 个,保留区总长9.462 km,保留区可开采砂石量54.57 万m3。

主要规定为对河势稳定、防洪安全、水生态与环境保护等有可能产生影响的水域以及河势正处于变化之中的河段或水域可以划定为保留区；在一些管理困难的河段根据河道保护及管理要求划为保留区；保留区的划定应尽量体现作为禁采区和可采区之间缓冲区的特点,为规划期内不可预料的采砂和有弹性的采砂管理留有余地。

（2）禁采区

本次规划共划定12 处涉河工程禁采区,禁采区总长度为105.668 km,主要规定在涉河工程安全保护范围内禁采,规划段涉河工程包括堤防工程、已建及正在建设中的跨河桥梁、引水涵、拦河坝等。

（3）可采区

本次规划共划定5 个可采区,可采区总长度为长7.800 km,可采区可开采砂石量58.61 万m3。其中瓦房店市复州城镇2个可采区、瓦房店市太阳街道2 个可采区、普兰店区同益乡1 个可采区。可采区基本情况见表2。

表2 规划可采区基本情况表

4.2 采砂管理规划影响分析

4.2.1 采砂对河势稳定的影响分析

复州河河道为山区河流,受天然山体自然节点的控制,河道较稳定,部分河段修建堤防,在平面上人为约束和控制了河道形态,因此采砂对河道整体平面形态影响较小。可采区开挖边坡坡比为1∶5 开挖深度不超过上下游建筑物河底连线的控制高程,不会造成主槽河道的上下游比降不平衡,采砂时对局部河段的拓宽,有可能导致主流横向变化和河槽断面形态的变化。因此采砂对河势稳定的影响较小。

4.2.2 采砂对防洪安全的影响分析

本次规划按照相关法律法规、行业规范及政策文件,在涉河建筑物周围留足保护范围,其中河道整治工程附近区域,以及对防洪安全有较大不利影响的区域,均划定为禁采区,拟定采区距离堤防不小于20 m,满足河道管理部门对堤防安全的保护范围要求,因此采砂基本不会对现有防洪工程安全造成影响。

根据采砂管理要求,主汛期为禁采期,包括河道水位超过防洪警戒水位期间、依法禁止的其他时段,滩地内不允许有永久成品料堆放场地,临时堆放场地及采砂设备应该在河道管理部门监督下于汛期来临前撤离河道,采砂产生深坑需及时回填和平复。

规划采砂主要开采河滩部位的存量砂,采砂降低了河滩面高程,增加了河道的行洪断面,加大了河道泄洪能力,使岸线更加平顺,利于河道行洪,同时河道面貌得到了改善。

综上所述,本次河道采砂的实施,在坚决贯彻采砂规划及各项管理制度的情况下,对河道防洪安全无不利影响。

4.2.3 采砂对生态与环境的影响分析

采砂对河道内及岸边植物的生长、生存产生一定影响,采砂作业过程中不可避免地排放废水、废物,同时采砂作业人员由于无人管理,生活垃圾随处堆放,可能造成河道水质破坏,采砂作业期间的噪音粉尘可能会对沿线较近村庄有影响,较远村屯无影响。因此本次规划河段采砂可能会对滩地植物、河道水体及较近村庄有影响,故应加强开采期间的监管力度,开采结束后应对岸坡植被等进行恢复。

4.2.4 采砂对涉河工程正常运用的影响分析

本次规划河段内涉河工程包括两岸的堤防及险工护岸工程、拦河闸坝、穿河输水管线、跨河桥梁、水库、取水口、提水站、防汛特征水位监测断面及水文观测站,这些涉河工程的上下游均依据现行相关规范及文件划定了禁采区域,规划可采区均不在工程保护范围内,涉河工程安全可以得到保证。因此,采砂规划不会对规划河段内的涉河工程的正常运用造成不利影响。