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水阳江宣城段河势演变分析

2020-12-11张清电

中国科技纵横 2020年13期

摘 要:随着水阳江水资源开发利用与节约保护的工作加强,水阳江宣城段河势演变历史及变化趋势越来越受到河道主管部门和规划设计单位的重视。本文结合相关历史文献、宣城水文站河床深泓变化及上游来水来沙条件,对水阳江宣城段的河势演变进行了历史和现状分析,结合经验公式的计算成果,判定本段河道未来演变趋势为主槽微冲,滩地微淤,河道平面形态和边界条件相对稳定,属于稳定河段,研究成果对水阳江中游段河道治理和相关工程规划设计提供了重要参考。

关键词:水阳江;宣城段;河势演变分析;稳定河段

中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2020)13-0160-03

1河道历史演变概况

水阳江,中国长江南岸一级支流,发源于皖浙交界的天目山麓,流经浙江于潜和安徽宁国、宣州、芜湖、当涂及江苏高淳,上游有东津、中津、西津3条主要支流,东津河,俗称东河,历史上又有“东溪”“杭水”之称,在河沥溪镇潘村渡村高家场以北与西津河汇合始称水阳江。西津河,俗称西河,历史上有“西溪”“徽水”之称。《太平寰宇记》载:“杭水,一名东溪,一名句溪,一名龙溪,一名黄池水,一名水阳江。自浙江于潜县流入府境宁国县界为杭水,又北流为东溪,又北流入宣城县界为句溪,又北流为龙溪,又西北流合青弋江为水阳江,出府境至当涂县界入大江。” 水阳江流域面积10385km2,干流长273km。水阳江最大的支流为右岸郎川河,流域面积2526 km2,郎川河直接与南漪湖相通,经湖泊调蓄后,通过北山河在新河庄与水阳江相汇;此外,支流还有华阳河、宛溪河,流域面积分别为280 km2及330km2。

水阳江流域宁国以上河段为山区河流,河床狭窄,河道坡度大,明清以来人口增长迅速,而河道上游山区耕地面积有限,人地矛盾日显尖锐。山区百姓為了谋生,烧山伐林,辟地垦荒,带来严重的水土流失。随着明清以来上游山区严重的环境破坏,泥石流现象显著增加;并引起流域内河道的全面淤塞。上游的东津河、西津河在清朝嘉庆、道光年间都能通行船只,可以上通宁国县、绩溪县,下达芜湖县,但到太平天国兵灾以后,由于河道不修,逐渐淤塞。

水阳江流域中下游水网交错,圩口密集,宣城地区圩口分布在水阳江两岸和南漪湖周围。大多为建国前圈筑,最早的筑于东吴赤乌年间,历代都曾围垦、修补。建国后经不断治理、修筑加固和联圩并圩,形成现在的河湖水网区圩群。

水阳江河道自古就有,下游河段由于历代的围垦联圩,致使河道受到束缚,形成现状。因此,水阳江的历史演变同河道两侧的圩口形成过程密切相关,河道基本上是由围湖筑堤、联圩并圩等人类活动逐渐形成的。

2河道近期演变分析

水阳江宁国以上段,河道比降大,暴雨河水猛涨,久晴河道干涸断流,沙滩外露,上段河道两岸多无河堤。这一河段的河道变迁频繁,民国26年(1937年)的故道在现河道的左侧,中卅村、戴村、劳山、虎爪山和三里店等处仍遗留有故道的明显痕迹,现划为行洪区。[1]宁国至下游孙埠镇段属丘陵地带,河道多急湾,因迎流顶冲,外滩崩坍严重,多处河段出现淤高,每次洪水都会使河床形态发生变化,这一地带是水阳江洪涝灾害多发地带。宣城市区以下水阳江河段,地势低下,支流河湖纵横交错,两岸圩口密布,是安徽省水系最为紊乱复杂的水网地区。

水阳江干流两岸圩口经建国后不断治理、修筑加固堤防和联圩并圩,所有堤埂普遍加高培厚,迎流顶冲堤段及险埂险段,基本做到砌石护坡或抛石固脚。1983年洪水后,对两岸圩口进行修筑加固,支流西津河上的港口湾水库于2002年建成。目前,新河庄以上的圩口,堤顶高程均超过1983年洪水位1.0m~1.5m,新河庄以下圩口超过1954年洪水位1m~2m。

宣城水文站为水阳江中上游控制性水文站,控制流域面积3410km2。水文测验断面处河道中泓偏左岸,主河槽宽约150m,右侧河滩地宽约300m,大水时由于上游弯道影响,两岸水边有回流现象。从图1和图2看出:1964年至今深泓冲刷深度达1.5m,边滩淤积达0.4m~0.8m,表明55年来,宣城水文站大断面主槽呈冲刷趋势,两侧滩地变化较小,见图1、图2。

大断面变化是河床演变最直观的表现,不同年份实测大断面对比可反映该断面的横向变形。横断面的变化是水流挟沙能力变化的结果。当水流含沙量大于挟沙能力,泥沙淤积,断面变小;当水流含沙量小于挟沙能力,河道冲刷,断面变大。

3宣城站水沙条件分析

宣城站多年平均径流量为25.14亿m3,多年平均流量为79.71m3/s。径流量年际变化较大,最大为49.98亿m3(1954年),最小为9.84亿m3(1978年),相差5倍。年代平均值差别较小,在多年平均值上下浮动。从总体上看,径流量没有明显的增大或减小趋势,见图3、图4。

港口湾水库建库前(1954年—2001年)宣城站多年平均含沙量为0.20kg/m3,多年平均悬移质输沙量为49.8万t;建库后(2001年~2017年)宣城站多年平均含沙量为0.07kg/m3,多年平均输沙量为16.8万t。可见,由于港口湾水库的蓄丰补枯以及上游水土保持工作的加强,改变了水阳江中段的泥沙输运规律,年输沙量减少趋势明显,见图5、图6。

4水阳江河道稳定性分析

河道稳定性包括纵向和横向两个方面。采用经验公式对水阳江河道的纵向和横向变形作进一步分析。

4.1纵向稳定分析

河床的纵向稳定程度与否,决定于水流对组成河床泥沙的作用情况,水流较急,床沙较细则河床纵向不稳定;如果水流较缓,床沙较粗则河床纵向稳定。其稳定程度可以用河底泥沙抵抗运动的摩阻力与水流对泥沙颗粒的作用力之间的比值关系来表示,计算公式如下:φh=d/Jh    (1)

式中:φh为纵向稳定系数;d为床沙平均粒径,mm;J为比降,‰;h为平滩水深,m。

纵向稳定系数愈大,表明泥沙运动强度愈弱,河床因泥沙运动产生的变形愈小,河床纵向愈稳定;反之,纵向稳定系数愈小,则泥沙运动强度愈强,河床愈不稳定。

4.2横向稳定分析

河床的横向稳定程度与河岸的抗冲能力密切相关,河岸土抗冲能力愈强,则河岸愈稳定,河床横向也就愈稳定;其次,河床横向稳定与造床流量和平滩河宽有密切关系,在河岸抗冲能力相同的情况下,平滩流量越小或平滩宽度愈大,则洪水切滩越困难,河岸因此愈稳定,河床横向也愈稳定,计算公式如下:

φb =B/J^0.5/Q                                                          (2)

式中:φb为横向稳定系数;B为平滩河宽,m;J为比降,‰;Q为平滩流量,m3/s。

水阳江宣城段河床平均粒径约3.0mm左右,河段比降为0.25‰,平滩水深为3.45m,平滩流量386m3/s,平滩河宽285m。据此计算得纵向稳定系数φh为3.47,横向稳定系数φb为1.48。根据《桥渡水文》各类河段的稳定程度判定标准,水阳江宣城段河道纵向、横向都是稳定的[2]。

5结语

随着水阳江两岸圩口堤防的修筑和加固,使洪水逐步甚至完全归槽,有利于河势控制和河道发育。上游港口湾水库的削峰沉沙,使水阳江宣城段输沙量和含沙量比建库前明显减少。根据河道深泓变化图和河道来水来沙条件分析,本段河道演变趋势是主槽微冲,滩地微淤,河道平面形态和边界条件相对稳定。根据经验公式计算成果和相关判定标准,水阳江宣城段河道纵向、横向都是稳定的。

参考文献

[1] 武汉水利电力学院.河床演变与整治[M].北京:水利电力出版社,1990.

[2] 铁道部第三勘测设计院.桥渡水文[M].北京:中国铁道出版社,1999.

Abstract:With the strengthening of the development and utilization of water resources and conservation and protection of the Shuiyang River, the river regime evolution history and change trend of the Xuancheng section of the Shuiyang River have attracted more and more attention from the river department and planning and design units.In this paper, combined with relevant historical documents, changes in the depth of the river bed at Xuancheng Hydrological Station and conditions of incoming water and sediment from upstream, this paper analyzes the history and current situation of the river regime evolution of the Xuancheng section of the Shuiyang River, combined with the calculation results of the empirical formula to determine this section of the river.In the future, the trend of evolution will be mainly the slight washing of the trough, the slight siltation of the beach, and the relatively stable plane shape and boundary conditions of the river channel, which is a stable reach.The research results provide an important reference for river improvement and related project planning and design in the middle reaches of the Shuiyang River.

Key words:Shuiyang river;Xuancheng section;river regime evolution analysis;stable river section

收稿日期:2020-06-05

作者簡介:张清电(1962—),男,安徽宣城人,大专,工程师,从事水文测验、整编和预报工作。