靳高阳，何 俊

(中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 510610)

人工运河、水系连通、重大引调水等工程往往依托现有河湖水系输水，工程的建设及运行改变了现有水系的形态特征和水力特性，需采取有效措施保障工程区域的防洪排涝安全以及工程本身的安全稳定[1-4]。平陆运河是西江流域与北部湾的江海连通工程，起点为广西南宁市西津水库库区平塘江口，跨沙坪河与钦江支流旧州江分水岭，经钦州市灵山县陆屋镇沿钦江进入北部湾，全长约135km。平陆运河建设对钦江干流及支流旧州江进行大幅度拓宽疏浚和多次裁弯取直，造成河道平面和纵向形态变化，工程建成后航道运行也将改变钦江流域原有的水文特性，对流域防洪产生较大影响。本文在分析河势变化、河道演变、泥沙淤积、对河道行洪及现有水利工程影响的基础上，从保障钦江流域防洪安全的角度，对平陆运河建设提出意见建议，亦可为后续其他运河以及国家水网等类似工程的建设实施提供参考。

1 平陆运河工程概况

平陆运河的主要开发任务是航运，通过建设航运梯级枢纽和运河航道工程，构建连接西江内河航道网和北部湾港的江海联运体系，在满足航运的同时结合供水、灌溉、防洪、改善水生态环境等功能，实现水资源综合开发利用。平陆运河从上游至下游依次建设马道枢纽、企石枢纽和青年枢纽，采用3个梯级方案对全河段进行连续渠化，按内河Ⅰ级航道标准建设，通航5000吨级船舶，各枢纽同步一次性建设双线5000吨级船闸。平陆运河工程建设，主要采取拓宽挖深现有河道，并对局部弯曲河段进行裁弯取直，同时对沿线跨河、临河、拦河建筑物进行改造，解决碍航问题，使其满足内河Ⅰ级通航标准[5-8]。

2 工程建设对钦江河势的影响

平陆运河跨越分水岭后进入钦江流域。旧州江是钦江的一级支流，钦江干流整体河势蜿蜒曲折，河道两岸植被茂盛，岸线稳定，河道横向未发生展宽或缩窄，河型河势稳定。

2.1 平陆运河工程对河势的影响

平陆运河工程建设拟对现有旧州江和钦江干流进行拓宽挖深，局部河段裁弯取直，以满足设计通航条件。根据设计方案，原钦江弯曲河道大部分被填埋，部分故道保持原状。由于现状钦江河道的河床较高，一般在15.0～17.0m，运河工程建成后，通常情况下不再发挥行洪作用，只有在钦江发生大洪水时，钦江故道才作为行洪河道。为减小运河修建后各支流对运河通航水流条件的影响，对支流汇入运河口段进行了放坡衔接布置。

平陆运河的建设改变了现有旧州江和钦江干流的河道特性，河道平面和纵向形态均发生了巨大变化，裁弯取直使得河长缩短，河道大面积拓宽挖深，过流能力增强，同时河床比降降低，相同流量下水流流速较原河道有所减缓，河道水流趋于平顺。钦江现状及运河裁弯取直段的平面变化如图1所示。

图1 钦江现状及运河裁弯取直段的平面变化图

2.2 泥沙淤积引起的河道演变分析

根据陆屋水文站实测资料分析，陆屋水文站多年平均含沙量0.273kg/m3，多年平均输沙量29.4万t，年均输沙模数210t/km2，推移质与悬移质的比值约为15%。平陆运河涉及到的支流流域面积均不大，根据陆屋水文站泥沙研究成果[9-11]，按照面积比计算淤积。采用经验拦沙比法计算钦江流域各梯级库区泥沙淤积量，其中各库区悬移质拦沙率按照库容与年水量的比值查取经验曲线得到，推移质拦沙率取100%，取泥沙干容重为2.65t/m3，计算得年平均淤积量，当平陆运河运行50年时，企石枢纽段总淤积量132.65万m3、青年枢纽段总淤积量450.10万m3。青年枢纽以下为受潮影响区，通过建立潮流泥沙数学模型计算淤积情况，在青年枢纽按照多年平均流量和含沙量下泄泥沙工况下，正常天气下的入海航道年总淤积量约92.7万m3，年淤强范围为0～0.53m/a，平均年淤强0.21m/a。

从工程总体布置看，建库后虽有大部分河道取直开挖，但其余弯曲河道并未被填埋，依然被保留。因取直开挖后水量分流，被保留下来的河道流量减少，其岸坡会受到一定影响；新开挖的运河航道，对岸坡进行了防护处理，河道走势比较稳定。从工程运行调度方式看，建库后水流形态较天然情况变化相对较小，尤其是在来沙量较大的汛期，泄洪冲沙闸全部开启鼎力泄洪冲沙，致使坝前水位较天然状态壅高较小；非汛期水流含沙量很小，在水库中的淤积量轻微。航道开挖后库区河道水平，推移质泥沙不易运行到坝前，运行到坝前的泥沙又因枢纽工程的泄流冲沙闸底高程低、有利于排沙而被水流带往坝下。钦江流域多年平均含沙量仅0.273kg/m3，泥沙淤积影响很小。平陆运河工程建成后，一般不会发生河床再造现象，能保持河道长期稳定。

2.3 运河航道内泥沙冲淤变化分析

根据实测的地形资料及运河航道工程设计方案，选取典型的钦江干流中游段建立平面二维泥沙数学模型[12-15]，分析运河航道内泥沙冲淤变化情况。范围为钦江干流陆屋镇旧州江与钦江交汇处至下底坪上游150m河段，位于拟建青年枢纽库区，该段航道全长约29.057km。计算区域离散采用非结构化网格，网格大小疏密沿河道河势宽窄变化不等。同时为了适应河道现状以及工程方案的布置，提高航道水流条件计算精度，网格在支流汇口附近的网格进行局部加密，计算河段网格尺度为3～15m。工程后20年一遇洪水流场图如图2所示。

图2 工程后20年一遇洪水流场图

钦州干流泥沙粒径范围在0.075～80mm之间，中值粒径为2.1mm，粒径小于80mm沙质量百分比达到99.95%，小于20mm沙质量百分比达到81.62%。泥沙粒径一般为0.075～2mm，含量占52.1%；卵石粒径一般为2～80mm，含量占47.9%。泥沙模型的流量边界和输沙量边界给定逐日流量和输沙量过程。采用典型系列年法，根据输沙量、径流流量选取典型年份，循环叠加模拟计算10年，得到工程运行经历第10年后不同位置冲淤分布情况，如图3所示。得出以下结论：

图3 运行10年后航道内泥沙淤积分布情况

(1)平陆运河钦江干流段输沙量主要来源为钦江以及支流入汇泥沙，随着运河向下疏浚开挖，整体航段底高程统一，同时航道扩挖加宽断面过流面积，运河航道内流速相较于天然状态更为平缓，水动力条件相对较弱，受支流泥沙沙量输入、运河干线水流平缓两方面因素影响，河床系列年演变以累积性淤积为主，运河航槽内水流挟沙能力较弱，导致主要淤积位置集中于钦江以及其他支流汇入口附近，沙量纵向输移能力较弱。

(2)从泥沙淤积体年均冲淤厚度上来看，钦江干流段运河航道内泥沙年淤积厚度在0.26～0.57m/a，泥沙淤积速率为0.45～0.65万m3/(km·a)，总体呈现上游河段淤积强度大于下游河段，淤积体厚度沿程呈逐渐减小态势，表明运河航道内水动力条件相对较弱，挟沙能力不足，难以将钦江汇入泥沙输移至下游更远河段。

(3)从淤积带分布情况上来看，泥沙主要淤积体集中在钦江及主要支流(如新坪水、旧村河、杨屋河、杨梅河等)汇口附近，形成“拦门沙”[15-16]，淤积体逐年向运河主航道推进。鉴于运河航道内水动力条件相对较弱，水流挟沙能力弱，钦江及其他支流汇口泥沙沿运河纵向输移能力较差，泥沙淤积体较为集中，运河航道建设中应考虑一定的备淤深度，并每年进行航道维护。

3 对流域防洪安全的影响

3.1 对河道行洪的影响分析

旧州江河道现状宽度为30～40m，平均水深1.5m，现状河道行洪能力在5～10年一遇；钦江干流中游河段，现状河道宽度75～90m，平均水深4.6m，现状河道行洪能力在10～20年一遇左右；城区河段现状宽度为100～150m，平均水深4.2m，两岸已建50年一遇堤防，现状河道基本满足50年一遇洪水过洪要求。

平陆运河工程对钦江现状河道进行扩挖疏浚，新建航道底宽85m，边坡在1：0.4～1：3之间，顶宽120m，设计水深6.3m，新修航道的过水断而大于钦江天然河道的过水断面，且航道更加顺直，更有利于钦江洪水的宣泄。采用一维数学模型计算分析工程前后设计水位的变化情况，平陆运河建设后，在5年一遇设计洪水条件下仅企石枢纽坝前存在一定的淹没，但水位壅高值均不大，最大壅高为0.38m，最大壅水长度约600m，分析其原因主要是企石枢纽坝前5年一遇水面线起推水位采用的是正常蓄水位，高于天然状态下的旧州江水位。在钦江20年一遇及以上设计洪水下水面线均低于现状同频率设计水面线，洪水在主航道内下泄，不产生漫滩；钦州城区段发生50年一遇洪水时，工程后水面线较现状均大幅下降，平均下降2.50m，最大降低4.01m。平陆运河的建设更加有利于钦江河道的行洪。

平陆运河从上游至下游建设马道、企石、青年三个梯级枢纽，采用三级渠化方案对全河段进行连续渠化，通航建筑物为双线船闸，行洪设施为泄洪闸。其中马道枢纽无洪水，企石、青年枢纽设计标准均为100年一遇，校核标准分别为2000年、1000年一遇。泄洪闸按照设计过流能力进行设计，经分析，企石枢纽坝前工程后设计洪水位较现状降低1.45m，校核洪水位降低1.16m；青年枢纽坝前工程后设计洪水位较现状降低0.93m，核洪水位降低0.07m。平陆运河通航建筑物的建设，在发生大洪水时坝前水位较天然状态下是降低的，不会对河道行洪产生影响。

分析工程前后流速、流向成果可知，工程后河道流态有较大调整，工程后河道将有较大幅度拓宽和挖深，河道过流面积整体加大，除企石-青年段有小部分河段流速有所增加外，大部分河段流速有所降低。工程后河道动力轴线将由原天然蜿蜒曲折转换为规则顺直，流态更趋平稳，洪水更加快速下泄。

综上，平陆运河工程建成后虽产生一些淹没，但相对现状河道，河道过流能力增加了，总体上项目建设对河道行洪是有利的。

3.2 对现有水利工程安全的影响分析

平陆运河工程的建设影响范围内己建堤防工程、闸门、泵站主要分布在钦州城区。涉及钦江西Ⅰ、Ⅱ堤、钦江东Ⅰ、Ⅱ堤、大榄江北Ⅰ、Ⅱ堤、大榄江南堤、犁头嘴海堤8段堤防，城区防洪堤防洪(潮)标准为50年一遇，堤防总长度57.58km。经对堤防安全及岸坡稳定进行复核分析，受平陆运河建设影响的堤防有6段，分别为钦江西Ⅰ、Ⅱ堤、饮江东Ⅰ、Ⅱ堤、大榄江南堤、犁头嘴海堤，总长16.68km；占用城区防洪堤8.77km；受影响的泵站2座、闸门3座，1处拦河橡胶坝。

平陆运河工程的建设对钦州城区的堤防、泵站、闸门等水利工程产生不同程度的影响，对钦江的防洪安全造成一定隐患。在初步设计阶段，拟将对受到影响的防洪堤、排涝闸门及排涝泵站按照原标准、原规模、原功能恢复建设，并将其投资列入平陆运河工程总投资中，以保障钦州城区的防洪排涝安全。

4 结语

(1)由于平陆运河的建设，钦江流域的防洪总体布局、水文情势发生较大变化，运河的实施使得河流由天然游荡式河道转变为单一的顺直渠道，已有的流域综合规划、防洪排涝规划等成果均不适合继续实施，需加强与相关水行政主管部门的沟通，重新编制相关规划；必要时，单独编制平陆运河综合规划，统筹谋划平陆运河的水资源保护、防洪减灾、生态环境等工作，为平陆运河沿线经济社会的高质量发展提供坚实的水安全保障。

(2)钦江流域内的现有河道均已完成了河道管理范围划定，明确了河管理范围线以及水利工程保护范围线，建立了较为完整的河长管理体系。平陆运河建设，将对现有河道进行拓宽疏浚、裁弯取直，现有的河道管理范围划定成果已不再适用，河道管理范围线己不符合平陆运河工程建设的实际管理要求，建议在平陆运河建设期，同步启动对运河的河道管理范围及水利工程保护范围的重新划定及确权工作。

(3)平陆运河工程建设对影响范围内的堤防、水闸、泵站等水利工程，拟按照原标准、原规模、原功能进行恢复重建。考虑到平陆运河建成后，沿线的经济社会将迎来快速发展，保护区范围扩大，保护对象重要性提高，防洪标准应有所提高，现有的防洪排涝工程规模已不能满足未来经济社会发展需求，因此，对平陆运河影响范围内的水利工程复建应考虑未来发展要求，对其标准、规模和功能进行重新论证。

(4)平陆运河两岸堤防工程应结合其护岸工程同步建设，以避免后期堤防工程建设对运河边坡稳定安全造成影响；同时，护岸应考虑采用生态化护坡型式，打造绿色生态工程。