河道平面變動對引漢濟渭二期工程穿涇河倒虹吸布置的影響分析

劉 哲

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

河道平面變動分析是河道演變分析的主要內容之一，與涉河建筑物工程布置設計密切相關。穿涇河倒虹吸是引漢濟渭二期工程的重要節點工程，是實現將陜南調水輸送至關中渭北缺水區域的必要聯通工程，對國家西部大開發戰略、“一帶一路”戰略的實施均具有重大意義，也是實現關（中）-天（水）經濟區快速發展、加快西安國際化大都市建設進程、西咸新區快速建設的重要措施之一。分析研究穿涇河倒虹吸上下游河道平面變動，對工程設計具有一定的參考價值，對保障工程安全運行至關重要。

1 工程概況

引漢濟渭二期工程穿涇河倒虹吸[1]位于咸陽市涇陽縣縣城西側約9.0 km，南起太平鎮孫家堡村與牛楊村交界附近，北至中張鎮南王浩村附近，在涇河干流控制水文站張家山水文站和桃園水文站之間，上距張家山水文站21 km，下距桃園水文站28 km。距上游規劃涇河東莊水庫約50 km。

引漢濟渭二期工程屬Ⅰ等大（1）型工程。涇河倒虹吸設計流量13.5 m3/s，建筑物級別為1級，設計標準50年一遇洪水，洪峰流量11000 m3/s；校核洪水標準200年一遇，洪峰流量16300 m3/s。

涇河倒虹吸工程位于涇陽縣太平鎮牛楊村和南王浩村之間，線路平面走向由西南至東北，呈直線布置，倒虹吸與涇河河道夾角約50°，起點樁號77+393，末點樁號80+343，全長2.95 km。其中：主河槽段長629 m，左灘段長1348 m、右灘段長492 m。采用雙根DN2400 mm鋼管，按地埋式倒虹吸設計，雙管中心距為3.7 m。見圖1。

圖1 涇河倒虹吸上下游河道平面變動分析示意圖

主河槽段長629 m管頂控制埋深不小于9.8 m。主河槽以外右岸高灘地段長492 m管頂最小埋深2.3 m，左岸灘地段長1384 m管頂最小埋深4.55 m。

2 河道基本情況

涇河是渭河左岸最大支流，系陜西省關中地區第二條大河，發源于寧夏回族自治區涇源縣境內的老龍潭。干流流經甘肅省平涼、涇川，由長武縣湯渠鎮進入陜西省，于西安市高陵區陳家灘匯入渭河，干流全長455 km，河道比降2.47‰，流域面積45421 km2，多年平均徑流量20.15億m3，涉及陜、甘、寧三省（自治區）33個縣（區）。張家山水文站以上集水面積為43216 km2，占全流域面積95%，干流長396.8 km，河道平均比降2.78‰。河系呈不對稱扇形，支流多集中于左岸，左岸支流集水面積約為右岸的五倍。涇河是黃河流域輸沙量較多的一條支流，含沙量極高，其多年平均含沙量144.5 kg/m3，汛期平均高達252 kg/m3，多為懸移質，泥沙中值粒徑0.022 mm。張家山站多年平均輸沙量為2.86億t，占渭河入黃河沙量的3/4，占黃河沙量的近1/5。

涇河在陜西省境內長258 km，流域面積9210 km2，其中：陜北1413 km2，關中7797 km2。干流由上至下流經長武、彬州、永壽、淳化、禮泉、涇陽、高陵等七縣（區）。省境內河床總跌差561 m，河道平均比降2.09‰。

陜西省境內涇河河道特性沿程差異較大，大致可分為三段：

上段起自長武縣地掌鎮湯渠村，終于彬州早飯頭，干流長約71.0 km，河床比降1.5‰，河谷寬闊，灘槽明顯，為山區性河流開闊段，河寬在500 m～2000 m之間。

中段起自彬州市早飯頭，終于涇陽張家山涇惠渠渠首，河道長127.0 km。該段河谷狹窄，山坡陡峻，中水河床與洪水河床之間多無明顯界線，系一典型的山區性河段。早飯頭至老龍山斷層比降為2.1‰，基巖裸露，河寬在100 m左右；老龍山斷面至張家山為峽谷河段，比降6.3‰，河寬僅30 m左右。

下段起自涇惠渠渠首，終于涇河入渭口處，干流穿行于關中平原區，長約60 km，比降為1‰，呈平原性河流特性。該段干流河床寬淺，灘槽明顯，主流游蕩多變。

3 河段特征

涇河干流下段總體呈西北-東南向斜穿渭北原區，區間干流無大的轉折。河道沿岸地勢平坦、土層深厚，區間干流河道除泔河一級支流加入外，再無大的支流加入和大的轉折。河槽總體呈上游窄下游寬之勢，但從具體河段來講，則是沿程寬窄相間。河道的彎曲程度沿程變化不定，曲折系數一般在1.20左右。個別河段稍大。河道在縱斷面上主要表現為上陡下緩趨勢，在橫斷面上河槽總體上呈現出上游窄下游寬之勢。根據河道地貌地形特點，涇惠渠渠首～涇河西銅鐵路橋段河道又可分為以下3個子河段。

①涇惠渠渠首～泔河口段：河道長約5.5 km，河床較窄，邊灘不發育，多為單式“U”型斷面，河床寬度一般在300 m～600 m，岸坎高出河床7.8 m，河心有基巖裸露，河床為大卵石堆積。河床縱剖面相對起伏較大，形態不規則，呈上凸臺階型，河道比降約為1‰。由于該段河道深切于古生代基巖和砂礫石、巨石、亞粘土組成的河床之中，河槽窄深，河道明顯受構造控制，基本屬半山區性河流。

②泔河口～臨涇村段：河道長約11.0 km，河床逐漸放寬，漫灘發育，灘槽明顯，主流集中歸槽。河床寬度一般在500 m～700 m左右，岸坎高出河床9.0 m。河床縱剖面相對起伏較小，無明顯臺階狀變化，呈不明顯下凹型，并間有倒坡出現，平均比降為1.08‰。該段河道基座位于第四系中更新統沖積的亞粘土層上，有較厚的松散沉積物，有利于河道的擺動及分汊河道形成。

③臨涇村～涇河西銅鐵路橋段：河道長約34.0 km，是本工程區河段。該段河床較為開闊，河床寬度一般在650 m～900 m左右，最寬處達2.5 km，岸坎高出河床6.0 m，漫灘及江心灘比較發育，汊道、串溝較多，以復式斷面居多，主要為順直分汊到微彎分汊型河道。按照河道縱剖面特征，該段河道河床縱剖面相對起伏較小，無明顯臺階狀變化，平均比降為1.3‰。主要是由于該段河道基座于第四系中更新統沖積的亞粘土層上，有較厚的松散沉積物，有利于河道的擺動及分汊河道的形成。

擬建涇河倒虹吸位于上下游2個連續“S”型彎道連接段。河道呈天然狀態，幾無人為干擾，兩岸為天然岸坎，無堤防工程。河道灘槽界限明顯，主流穩定、單一，主河槽寬度100m～300m，無支汊流，左岸受水流作用，有輕微側蝕。河道比降較緩，流速不大。工程穿河點處左灘極為發育，沿東北方向展布超過2 km，右灘受高坎（高差70 m以上）限制，寬度約1.5 km，比左灘略高3.0 m。兩岸灘地以農田、果林地為主，少量村莊分布其中。

4 平面變動分析

涇河下游從張家山到入渭口約60 km為平川段，平川段之前的峽谷段和原梁溝壑段涇河明顯下切，河道穩定，平川段入口（張家山）位置較為穩固，從鄭國渠至今之涇惠渠渠首，引涇河水的位置只是沿河上溯、并未脫離河槽即是例證。根據歷史考證，進入平川段后，在地層抬升、渭河北移以及自身水沙等因素的共同作用，涇河尾閭發生擺動，入渭口總體趨勢是自東向西移動，期間有間斷性的擺動。

涇河倒虹吸上、下游現狀河道灘槽分界明顯，右岸灘槽分界以牛楊村（1980年遷來此處）東側岸坎為界，右灘受右側高坎（地面高程407 m左右）限制，發育有限，展布范圍較小；左岸以現狀河道東側岸坎為界，邊灘發育成熟，范圍極廣。此外，左灘北部以云田王村-河灘楊村-張百姚村-北王浩村南側（D1～D3）、南王浩村（1940年代遷來此處）南側（C1～C2）天然形成兩道高坎，D1～D3一線地面高程約411 m、C1～C2段地面高程在404 m左右，現狀岸坎較為穩定。據現場實地調研、走訪了解，1940年至今，近80年以來倒虹吸處附近河道較為穩定，已發生的多次洪水從未上右灘，左灘受洪水淹沒，洪水位沒有高過C1～C2段地面高程，但主槽沒有受洪水影響發生擺動，較為穩定。見圖1。

根據《陜西省洪水調查資料》[2]，張家山站近一百年來，最大一次洪水發生在1911年，洪峰流量為14700 m3/s，可靠，重現期88年。若河道河灘糙率取0.036，河槽糙率取0.027，按現狀河道斷面測算，洪水位超過405.5 m，高過C1～C2段高坎。涇河倒虹吸校核洪水標準200年一遇，洪峰流量16300 m3/s，校核洪水位為406.26 m，低于D1～D3一線地面高程。

分析河段（Z1～B3段）長5.8 km，現狀河道寬約100 m～300 m。為了便于分析，對該段河道套繪1982年五萬分之一、2000年萬分之一航測地形圖。分析河段共包括3個彎道段：Z1～Z2段、A1～A2段和 B1～B2 段，Z1～Z2段和 B1～B2段受河流沖刷影響，右岸有側蝕現象，Z2點緊貼右岸高坎、較為穩定；倒虹吸位于“S”型彎道上部A1～A2段和下部B1～B2段之間，穿河處河道較為順直，河流有向右岸侵蝕的趨勢。A1～A2段左岸有側蝕現象，現場調研來看，該處為天然河岸，仍有進一步發展的趨勢。若A1～A2段進一步側蝕，岸邊則可能向北側遷移至D1～D2段高坎處，如遇200年一遇洪水時，穿河處右岸岸坎較高、洪水不會漫灘；左岸則會漫灘，則C1～D4段受洪水沖刷風險較大。

5 結論

涇河是陜西省關中地區主要河流之一，水沙條件復雜，是渭河泥沙的主要來源地，下游地區特別是張家山～入渭口段進入平原區，河流擺動頻繁、洪水災害頻繁。涇河倒虹吸跨河處上下游現狀為天然河段，水流侵蝕岸坎現象明顯。本文通過河道平面套匯結合實地調查，分析河道平面變動影響，從考慮工程安全的角度出發，建議將倒虹吸左灘部分、灘槽分界點以東水平長度524 m段（即C1～D4段）按主河槽埋深控制，以減輕河道平面變動對工程安全的影響。