【《某河流段近年河道断面面积、河床平均高程、深泓线及河槽容积分析》5400字】

某河流段近年河道断面面积、河床平均高程、深泓线及河槽容积分析目录TOC\o"1-3"\h\u3438某河流段近年河道断面面积、河床平均高程、深泓线及河槽容积分析 1306621.1泥沙变化分析 1246731.2河道断面面积变化分析 3302991.3河床平均高程变化 7125411.4深泓线变化 1019401.5河槽容积变化 12153081.6小结 15在新中国成立后，伴随着城市的建设，对泥沙的需求量快速增长。河道采砂量逐年增多，乱采滥挖现象更是屡禁不止。赣江水系发达，河道砂石资源十分丰富，在周边地区建筑用砂供应紧张期间，有大量赣江河砂被开采后运送到广东、九江等地。据统计20世纪90年代以来，赣江中下游每年采砂量达3650万吨，盗采超过了2000万吨，严厉打击采砂活动后，每年仍有1852万吨沙被运走，而外洲水文站多年平均年输沙量只有921万吨[63]。河道大量采砂改变了赣江尾闾的河床演变的规律，使地形产生不均匀下切。2011年9月开始，南昌进行了河道采砂专项整治活动，严厉打击偷采盗采，2019年5月，江西赣州人民政府颁布通告，严禁任何形式的河道采砂活动。赣江尾闾河道极具下切的态势得到控制。另一方面，由于赣江上游修建的众多水库（尤其是1990年建成的万安水库）对河道泥沙的拦截作用，赣江外洲的来沙量在1992年后大幅减少。此外，近年来赣江尾闾实施了许多大范围的航道整治工程，也加剧了局部河段的下切；与采砂活动影响相比有所不同的是，来沙量变化和航道整治工程造成河床下切的位置和强度均有很大改变，赣江尾闾河网水动力特性势必会发生新的调整。唐立模等根据人为采砂对河段河槽形态的演化影响，将2003-2018年分为采砂期（2003-2013年）与整治期（2013-2018年）两个阶段[17]，本文沿用此种说法，将1998-2013年称为采砂期，2013-2020年称为整治期，下文所提及两个时期均为该时间段内。泥沙变化分析统计1980-2017年赣江尾闾入口段外洲水文站的流量和输沙率变化情况，如图4-1所示。1980-2013年汇入赣江三角洲的流量基本上保持稳定波动的状态，但受到大型水库的建成运营、水土保持等多方面影响，赣江尾闾的河段输沙量从1984年总体上呈减小趋势，至2017年时减小幅度超过90%，由1984年的467.7kg/s降至2017年的44.9kg/s，只达到多年平均的23.3%，在2011年达到近年最低的35.1kg/s。赣江尾闾水沙条件变化分析外洲站1995-2017年悬移质泥沙级配情况：2003年之前，赣江下游尾闾地区的悬移质泥沙中值粒径大概在0.056mm左右；2003年之后，大规模河道采砂的开始，床面层粗化，床沙颗粒级配增大，床沙补充给悬沙的量减少等的影响，悬沙的中值粒径逐年减小，2013年，中值粒径大约在0.033mm左右，2017年中支粒径降至0.008mm。1998-2013年外洲河床沙中值粒径细化了41%，2013-2017年外洲河床沙中支粒径细化增至76%，床沙的细化导致其更容易被水流冲起挟带，河道将会更易于冲刷。年内年际的悬移质泥沙级配曲线如图4-2和4-3所示，年内表现出洪水期（6月份）流量和流速较大，满足泥沙起动条件的泥沙颗粒粒径较大，因此，悬移质泥沙的粒径也较大；枯水期（11月份）则相反，流量和流速较小，细颗粒的悬移质泥沙占主要部分，颗粒较粗的泥沙由于无法达到起动条件，并没有悬浮起来转化为悬移质；中水期（2月份）介于洪水期和枯水期之间，粗颗粒和细颗粒的泥沙均匀分布。年际之间随着年份的推移，悬移质泥沙颗粒的中值粒径逐渐减小，尤其是在2003年大规模的采砂活动开始之后，河道内处于床面层上的细颗粒泥沙率先被采完，河床整体下切，河床组成粗化，在相同流量级情况下的床沙和悬沙的交换减少，粗颗粒的泥沙由于没有达到起动条件，无法从床面扬动起来转化为悬移质，河道内只有少部分从上游输移下来的细颗粒悬移质泥沙，因此，悬移质泥沙的中值粒径不断减小。年内悬移质泥沙级配曲线（外洲水文站）年际悬移质泥沙级配曲线（外洲水文站）河道断面面积变化分析除了采砂外，在此期间，赣江上游实施了大量的水土保持综合治理工程，如全国八片水土保持重点治理工程和东江源水土保持重点治理工程等，也一定程度上加剧了河道的断面面积的变化。下图4-5为赣江河网各支断面面积沿程的变化情况，（下文所涉及所有高程、水位，若如无特殊说明，均表明是在1985国家高程基准下，所涉及断面标号均为4-4图中标号）。赣江尾闾四支大断面示意图可以看出，研究时段内赣江尾闾各河道断面面积整体上呈增大趋势，各河道在不同时间段增大幅度并不相同，上下游的增加幅度也不均匀。赣江干流、西河干流与主支的增加主要集中在采砂期（1998-2013年）间，其中以赣江干流（外洲站至裘家洲分汊口）断面面积增加最为明显。在1998-2013年间干流河道断面面积平均增加5199m2，个别断面比如外洲站增大甚至超过12000m2。西河分汊口前断面面积平均增加4132m2，断面面积增加幅度比较均匀。主支，即樵舍至鄱阳湖入湖口段，河道断面变化巨大，面积最大增加4293m2，最小增加也有820m2。河段断面增加主要集中在采砂期，1998-2013年期间河道面积平均增加1701m2，变化是整治期的7倍多。在空间上，断面增幅由上游至下游逐渐递减，即上游面积变化大，下游相对较小；相对来说，北支的断面变化就小得多，即使在采砂期，河道断面也只平均增加87m2，仅为主支水道变化的二十分之一。在河道的前半段，即官港CS1至CS19处，河道变化甚微，整治时期，河道后段断面形态发生了剧烈的变化，面积波动非常大。东河的中支与南支断面面积变化在时间与空间上都不均匀，中支各断面面积平均增加1711m2，大部分断面增加集中在1998-2013年间的中上游，有个别断面在2013-2020年间增幅较大，超过9800m2。南支各断面面积平均增加2596m2，1998-2013年平均增加1163m2，2013-2020年平均增加1432m2，上中游增加幅度较大。综上，1998-2020二十年间，赣江主河道的面积增加幅度最大，其次是西河干流。在尾闾四支中，南支河道面积增长最多，其次是主支与中支，北支增长最小。赣主、西河及主支断面面积变化主要发生在1998-2013年间，2013-2020年段内变化十分微弱，中支与南支在两个时间段内均有明显增加。且即使在同一条支流上，河道变化程度也不一致，从上游至下游，面积增加幅度逐渐减小。（a）干流面积变化情况（外洲-分汊） （b）西河分汊前断面面积变化情况（c）主支断面面积变化情况 （d）北支断面面积变化情况（e）中支断面面积变化情况 （f）南支断面面积变化情况赣江尾闾河网河道断面面积赣江尾闾各河道平均断面面积变化时期赣主（10km）西河东河干流（20km）主支水道（29km）北支水道（19km）中支水道（31km）南支水道（31km）1998-201351994132170187117511632013-2020-453-1942194645361432变化总量4745393719217517112596赣江尾闾三角洲河道地形变化的不均匀性还表现在其主要分流节点断面面积变化上。下图4-6为连接东西河及四支的四个分流节点裘家洲、焦矶头、樵舍和官港节点的断面变化情况。裘家洲分汊口断面在1998-2020年由1579m2增大至17401m2再至19105m2，增大了3315m2，断面形态上双主槽逐渐明显，河道加深。焦矶头断面由7377m2增大至8311m2再至9247m2，增大了1870m2。樵舍由7262m2增大至7831m2再至8363m2，增大了1101m2。官港分汊处则面积变化不大。（a）裘家洲面积变化情况（东西河分流节点）（b）焦矶头面积变化（主北支分流节点）（c）樵舍面积变化情况（中南支分流节点）（d）官港分汊面积变化（沙汊分流节点）赣江尾闾主要节点断面变化赣江尾闾主要节点断面变化时间裘家洲焦矶头樵舍官港199815790737772623793201317401831178313720202019105924783633341.河床平均高程变化河床平均高程是指在某一水位下，将河道各断面概化成该水位宽度下矩形断面，各矩形断面的底高程即为各断面平均高程。各年间河道平均高程的变化即可表征河道容积的扩大幅度，本文计算19m以下河床平均高程，赣江尾闾各支历年河床平均高程变化见下图4-7。结合断面形状及平均高程变化，可以确定各河段河宽变化不大，主要表现为河道下切，但下切的位置、时期与程度又各不相同。赣江干流（自外洲站至裘家洲分汊口）断面面积增加最为明显，地形变化主要发生在1998-2013时间段内，平均下切深度为6m，外洲站至干CS83的上游段表现为河道加深，由不规则的断面形状逐渐演变成“U”型。干CS84段至分汊口的下游段，河道下切程度虽较前半段弱，但断面形状改变十分明显，表现为双主槽分化并加深。西河河宽在500-1200m之间，河道大多为复式断面，尤其是在樵舍处分汊后，主支河道束窄，边滩发育，深槽浅滩起伏交替。边滩最宽可达到600m（主CS36处），但高度上较为低矮，发育不充分。在枯水期时河道流量小，河水在主河槽中流过，洪水期时，河道流量大，此时洪水漫滩。西河的大幅下切仍然集中在1998-2013时段，分汊口前河床平均高程下降5.5m，分汊后的主支下降3.4m，上游段下切量明显大于下游段。2013年至2020年河道整体变化不大，呈小幅冲刷。主CS2至主CS30段冲刷不明显，主CS38至主CS43甚至有小幅度的淤积。北支河道河宽在250-800m之间，河道蜿蜒曲折，河宽变化大。相对其他河段，断面面积、河床平均高程变化较小。值得一提的是，官港CS20是一个明显的分界点，在处上游的断面总体上变化极小，二十年间河床平均高程增大0.34m。而官港CS21至CS33处，断面形态发生了巨大的变化，断面呈现无规则变化。中支河道上游段相对较宽，下游段逐渐束窄，河宽在350-1000m之间，与主支相同，河道大多为复式断面。由于采砂、河床演变与河道整治，中支上游段CS1至CS13河床下切十分明显，下游段则小幅冲刷，河床变化十分微小。1998-2013年河床平均下切深度为3.15m。南支河宽在350-1200m之间，中上游河宽相对较窄，均约500m，下游放宽，最大河宽达到1200m，位于南CS29处。1998-2013年，南支河道的河床剧烈下切集中在中上游段，河道断面由浅宽变为狭窄的“漏斗”状，河床平均高程下将3.6m，个别断面下降幅度超过11m。与前几支不同的是，2013-2020年，南支下游发生了明显的下切，主槽冲刷明显，有些断面甚至发展出双主槽，在这七年间，河床平均高程下降1.3m，远高于赣江尾闾的其他河段。综上，河床平均高程的变化规律与断面面积变化规律基本一致，表明断面面积下降主要是由于河床平均高程降低，即河道下切引起的。赣江主河道的河床平均高程下降最大，其次是西河干流。在尾闾四支中，南支河道下降最多，其次是中支与主支，北支变化幅度最小。两个时期地形下切位置和程度的不同，会引起赣江尾闾水动力产生新的调整。（a）西河（b）主支（c）北支（d）中支（d）南支河道平均河床高程赣江尾闾各河道河床平均高程变化时期西河东河干流（20km）主支水道（29km）北支水道（19km）中支水道（31km）南支水道（31km）1998-2013-5.53-3.42-0.78-2.61-3.632013-2020-0.210.400.43-0.54-1.28变化总量-5.74-3.02-0.35-3.15-4.91深泓线变化下图4-8是赣江尾闾各支历年深泓线高程变化，由表4.4可知，各河段深泓高程总体上呈下降趋势。由图可以看出，较东河两只（中支、南支），西河下切幅度更为均匀，时间更为集中。北支在官港20之前，变化十分微小，由于官港CS20之后断面形状发生了剧烈的变化，深泓线也不规则变化。中支、南支河道下切更为剧烈，南支1998-2020年河道平均下切11.02m，最深处下切幅度甚至达到20m，河槽纵断面沿程起伏交替，沿着河段先降低后抬升。（a）西河（b）主支（c）北支（d）中支（e）南支河道深泓线变化图赣江尾闾河道深泓线高程变化情况时期西河东河干流（20km）主支水道（29km）北支水道（19km）中支水道（31km）南支水道（31km）1998-2013-7.32-6.71-0.69-3.92-6.572013-20200.17-1.060.28-1.14-4.45变化总量-7.15-7.77-0.41-5.07-11.02河槽容积变化基于1998年、2013年及2020年赣江尾闾大断面数据，对尾闾段不同15-24m水位下各河槽容积进行计算。计算方法为将河槽分为若干小段，每小段的河槽容积为首尾断面面积平均值乘以河槽长度，再将各小段容积累加起来即为整个河槽容积。下图4-9为赣江尾闾各河槽在不同水位以下容积变化图，由图可知地形变化前后，主支的河槽容积大于中支、南支，并远大于北支。除了干流外各河段在23m左右达到河槽容积极限，若水位超过23m，则发生漫滩，洪水溢出。干支、西河、东河、主支河槽容积增大主要集中在采砂期（1998-2013年），整治期变化微弱。中支，南支在两个时期容积变化均较大；北支河槽容积在两个时期变化不大。（a）干流 （b）西河（c）东河 （d）主支（e）北支 （f）中支（g）南支 赣江尾闾各不同水位下河槽容积变化图表4.5、4.6为1998-2020年各水位下河槽容积增量表。采砂期内，各个水位下，河槽容积增幅变化不是很明显，波动较小，进一步证明河槽容积增大主要是由于地形下切引起的，河宽变化不大。采砂期除了北支外各河槽容积增量都十分明显，西河段长度只有20.74m，容积增加超过了89m3，平均每米河段增加4.30m3容积。远超增加幅度第二大的中支，中支平均每米的短增加2.00m3，仅为西河的一半。整治期内，容积增量较采砂期明显减小，甚至有些河段出现容积减小的情况。干流容积在低水位时增大，高水位时减小，但增减幅度都不大。西河容积在各水位下都减小，水位超过22m时，减小幅度骤增。中支南支增量十分明显，与上节中河道进一步下切，断面面积进一步增大有关。1998-2013年各水位下河槽容积增量（106m3）水位（m）干流9.80km西河20.74km东河2.79km主支42.11km北支32.05km中支30.35km南支30.43km1443.4783.5110.8350.344.2750.2442.821545.8686.4510.7150.005.8051.1544.181647.1688.2310.6150.087.1751.8944.191748.0889.1310.4949.798.3152.4844.251847.8089.1010.4150.079.5253.4144.781947.2688.6110.4150.4610.6653.6445.432045.9387.5010.3950.6111.9253.5646.352144.3386.2310.3950.0113.0053.4847.402242.5685.8610.4249.7114.6554.1046.682340.7588.989.9052.6915.0059.8744.972439.6289.3610.2652.6915.0060.9545.392013-2020年各水位下河槽容积增量（106m3）水位（m）干流9.80km西河20.74km东河2.79km主支42.11km北支32.05km中支30.35km南支30.43km140.21