摘 要：河道采砂是目前河道存在的普遍現象。文章以梓江梓潼縣境內河段的采砂數據為例，結合河道演變以及泥沙補給情況，通過河勢變化，防洪安全以及生態與環境三個方面的影響來闡述采砂的影響。結果表明：采砂對河道河勢穩定影響較小，不會出現河勢變遷等問題出現;河道開采砂石之后拓寬了行洪斷面，使得水流更為順暢，提高了河道行洪能力;河道無通航要求，因此這方面不存在任何影響;采砂活動對河道水質有一定的影響，并產生一定的噪聲及揚塵，同時對于魚類也有一定的影響。分析采砂對河道演變以及泥沙補給的影響可以為河道進一步的整治及管理提供一定的指導意義。針對不同河道的具體情況制定不同的治理方案是目前河道治理的一項重要任務。文章根據具體的采砂情況對梓江梓潼縣境內河段的采砂提出一定的建議。
關鍵詞：梓江;采砂;河道演變;泥沙補給
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1 背景介紹
梓江梓潼河段為梓江由山區向丘陵地區過渡段，梓潼縣城以上為山區，梓潼以下為丘陵區。梓江為梓潼縣境內最大河流，沿途流經縣境內的仙峰鄉、許州鎮、豢龍鄉等11個鄉鎮，縣境內河道長99.9公里，流域面積965.1平方公里，是梓潼縣砂石資源主要分布區域。梓江梓潼河段內現有采砂場眾多，為當地基礎設施建設及社會經濟發展提供了大量的砂石資源，經統計，河段內現在大小采砂場共計19處，其中有數個砂場現狀儲量均已開采完，開采活動不同程度的影響了河段河勢穩定，另外有部分砂場位于橋梁保護區范圍內，開采活動危及橋梁安全。目前梓江流域內采砂總體來說缺乏合理的規劃，嚴重影響了梓江的行洪安全及砂石資源的可持續利用。
采砂可能對河道的演變和生態環境產生影響。易俊林[1]曾對河道的采砂管理現狀進行了分析，并對河勢演變以及生態環境的影響進行了分析。采砂對河道的有序性也會產生一定的影響。李自興[2]曾以黃河柳林段為例對河道的有序性進行了分析，并對河道的有序采砂提供了一些建議。隨著現在技術手段的進步，使用數模對采砂河道的模擬也有了一定的進展。劉亞婷和尹志剛[3]對采砂河段水流泥沙數值模擬研究進展進行了總結。丁繼勇等[4]為研究建立河道數學模型，預測河道采砂影響，分別從泥沙運移公式、采砂坑數值模擬、采砂河段水流數值模擬、泥沙數值模擬4個方面，對各種河型、水沙條件下的水沙特性及河床演變規律進行論述。
本文采用梓江梓潼縣內河段為例，通過河段內河道近期演變和泥沙補給的變化情況，結合縣內采砂的具體情況，分析采砂對生態環境的影響，并根據具體出現的情況，對河道整治提出一定的相關建議。試圖為河道整治提供一定的參考意義。
2 研究區域與現狀
2.1 研究區域
梓江為涪江一級支流，屬嘉陵江水系。梓江中下游河段位于梓潼縣城至河口段，河段長192.4km，屬丘陵地區，河流具有典型的丘陵區河道特點：干流河道彎曲，河床寬闊平坦，河岸低矮，比降小，沿岸有大小不等的一級階地分布，為主要城鎮、農業耕作區。流域中下游段植被一般，河流含沙量相對較大，天仙寺水文站懸移質含沙量為1.1kg/m3，輸沙量主要集中在5～10月，占全年總量的98%以上，沙峰多隨洪峰出現。本次采砂規劃的范圍為梓江干流梓潼縣境內河段，規劃河段全長99km，梓江干流沿途流經縣境內的仙峰鄉、許州鎮、雙板鄉、豢龍鄉、宏仁鄉、文昌鎮、長卿鎮、東石鄉、觀義鎮、瑪瑙鎮、交泰鄉共11個鄉鎮，涉及到的11個鄉鎮總人口18.04萬人，占梓潼縣總人口的47.7%， 2012年，梓江干流沿岸鄉鎮共實現地區生產總值41.36億元，占梓潼全縣的61.0%，為梓潼縣經濟最發達的區域。
梓江干流梓潼段共規劃禁采河32處，禁采河段全長44.3km，占規劃河段全長的44.78%。上段起始于K0+000(東方紅大橋)～K27+782(豢龍鄉)，中段K34+152(宏仁堰下游)～K38+332(梓橦縣城區上游)，下段K50+692(梓橦縣城區下游)～K99+000(三臺縣交界)，規劃河段共規劃11個可采河段。
2.2 河道的近期河道演變與泥沙補給
80年代以前梓江河道演變較為緩慢，河道內人類活動也相對較少，近年來，隨著流域內經濟飛速發展，砂石資源需求日益增大，梓江河沿線各鄉鎮大量在梓江河道及河灘采砂，受河道采砂的影響，局部河段河道大幅度展寬，河道深泓線沿程均有所下降，深泓線橫向也有小幅度擺動。受采砂影響最大的河段主要在梓潼縣城上、下游河段，該河段距離需求中心近，具有運輸上的便利，河段砂石資源基本開采枯竭，大多數河段歷史含量均被開采殆盡，部分河段被采出3～4m的深槽，數個河心島被開挖得千瘡百孔，河分河灘地被開采后，受洪水的沖刷，兩岸岸坡均有不同程度的崩塌，嚴重影響河道的河勢穩定。近年來，河道的自然演變規律與歷史演變規律基本一致，河道無大的變化，主要變化為人類活動影響的加劇，導致了河床局部的變遷，局部地方由于人為破壞，影響了河段的河勢及岸坡穩定，導致了河道局部的變遷。今后，隨著流域內采砂等人類活動的逐漸規范，河道的演變規律將會恢復至天然狀態的演變規律，即梓江上游河段總的演變趨勢仍表現為河床的緩慢下切，下游河段則表現為深泓槽的逐年淤積抬高，直到形成新的動態平衡。
規劃河段泥沙來源主要為上游輸沙及區間面積產沙，根據梓潼水文站實測成果，采用水文比擬法將梓潼水文站來沙比擬至規劃河段上游起點，經計算，規劃河段入境斷面上游多年平均懸移質來沙量為22.7萬t，推移質來沙量為3.4萬t;交泰鄉出境斷面多年平均懸移質輸沙量為44.2萬t，多年平均推移質輸沙量為6.6萬t;規劃河段區間面積為1068km2，區間產沙模數為214t/km2，區間懸移質產沙量為22.9萬t，推移質產沙量為3.4萬t。由此推算規劃河段砂石資源補給量，其補給量等于上游入境沙量與區間補給量之和，扣除出境量，由此計算出規劃河段多年平均泥沙補給量為1.6萬t。由于河段內現狀開采主要為歷史含量，其開采量遠大于河道砂石資源的補給量，為了保證河勢的穩定，年度開采量以現狀已有砂量為控制，年度補給1.6萬t(合0.94萬m3)，不預考慮開采范圍內。
3 采砂對生態與環境的影響分析
3.1 采砂對河勢穩定的影響分析
本次規劃采砂河段分部在梓潼縣境內，各采砂場在布置時均考慮了對河勢的影響，規劃的11個采砂場分布于梓江彎道處，開采彎道內側邊灘砂石資源，總體來說對河道河勢穩定影響不大。
對于河道的穩定分析，本次用洛赫金公式和阿爾圖寧公式計算了各采砂河段的縱向和橫向穩定指標。計算公式如下：
由表2分析可以看出，梓江各采砂河段縱向較穩定，縱向穩定系數遠大于臨界值1.0;橫向穩定性一般，大部分河段橫向穩定系數大于臨界值0.2。由以上成果可以看出，梓江橫向穩定性差于縱向穩定性，梓江各采砂河段在采砂時應及時進行采砂邊坡的處理，采砂后會使水流流態發生改變，雖不會對河道河勢產生較明顯的不利影響，但為防止因邊坡失穩而影響梓江河道的橫向穩定性，采砂后對邊坡進行處理是非常必要的。
3.2 采砂對防洪安全的影響分析
根據本次規劃采砂場的布置情況，各采砂場均結合河道的疏浚進行布置，規劃實施以后將會對河道行洪有一定影響。為了分析采砂對梓江行洪影響分析計算，采用恒定非均勻流水面曲線法計算采砂區域開采前后水面曲線的變化。
3.2.1 水面線計算的邊界條件
為滿足水面線推求，考慮到該計算河道較長，采用了本階段實測的63個大斷面資料，斷面平均間距0.1km。
河段糙率的確定：在分析中小河流水文站實測糙率的基礎上，參考目前國內外及省內各有關單位的分析研究成果，以及《天然河流河道糙率表》，并結合采砂規劃河段河床組成、堤防建設情況、斷面形狀、灘槽分布、流向流態等綜合因素經驗選取。
3.2.2 計算方法
式中：Z為水面高程;α為動能修正系數;V為斷面平均流速;g為重力加速度;he為斷面間的能量損失。下標1，2分別代表下游斷面和上游斷面。
兩斷面間能量損失包括沿程摩阻損失和斷面擴散放大或收縮造成的局部能量損失。能量損失可寫為下式：
式中：L為斷面間距;Sf為摩阻坡度;C為斷面放大或收縮能量損失系數。
兩斷面間摩阻坡度Sf用上下游兩斷面摩阻坡度的幾何平均值來計算：
由表3可以得出，本次采砂規劃梓江河段采砂后整體看來增加了采砂河段河道的過水面寬度，降低了該段的水位，可減小對河道的沖刷，對河道行洪是非常有利的。
