近代渭河中下游河床組成變化及其穩定性指標研究

白少智，李 朗，張 蓉，范祎雯

（1.陜西省河流工程技術研究中心，陜西 西安 710018；2.陜西文化產業（韓城）投資有限公司，陜西 渭南 715499）

1 渭河中下游河床物質組成特性

1.1 河床組成特征

渭河中游主槽目前為堆積階段，主槽巖性以中粗砂、含礫中粗砂及卵石為主。砂卵石的成分主要為石英、長石，分選、磨圓均較好，泥質含量少。咸陽鐵橋往西至黑河入渭口，河漫灘為上薄層砂、下卵石的單一粗粒土結構；黑河入渭口至寶雞，河漫灘為上砂礫石、下卵石的單一粗粒土結構。咸陽～涇河口段由于受左岸黃土塬邊斷裂線控制和右岸灃、灞河口向外延伸的影響，自西漢以來河槽定向側蝕北移，多心灘，河床基本沖淤平衡。涇河口以上河床沖積層較薄，咸陽附近厚5.30～8.50 m（個別地點10 m），草灘農場厚約15～18 m。河床沉積物下部為粗砂礫石，上部中細砂夾零星小礫石。涇河口～交口段河床沖積層厚約17～18 m。河床沉積物下層物質較細，河床質為粗砂夾礫石，漫灘沉積砂質黏土；上層物質變粗，河床質為砂礫石，漫灘沉積粉砂和黏質砂土。交口～赤水段是受三王～雨金斷層影響突出的河段，沉積物組成下粗上細，分選差，粗細混雜。赤水以下河段，河床質很細，分選差。

渭河下游河床具有上下二元結構，底層上部河流漫灘為黏質沙土，下部河床為砂礫石層。這些物質自上游至下游由粗變細。其中渭淤35～渭淤28 斷面河床質以中、粗沙夾小礫石為主，河漫灘為粗、中、細沙（粗、中、細砂粒徑分別為2～0.50 mm、0.50～0.25 mm、0.25～0.075 mm，粉砂為0.075～0.005 mm，下同）；渭淤27～渭淤22斷面河床質中砂卵石含量高達60%左右；渭淤17～渭淤13斷面河床質以細砂為主，大于2mm礫卵石僅占2%～3%，河漫灘由細砂和粉砂組成，河岸質主要由壤土、黏土構成，黏粒含量達30%以上；渭淤12斷面以下河段，受三門峽水庫蓄水淤積的影響，河床主要由細砂、粉砂構成，河岸上部為松散粉砂、砂壤土，下部以粉砂、壤土、黏土為主。

1.2 河床質特征值變化

根據1960-2020年實測河床質數據，咸陽站河床質粒徑總體上表現為兩個變化階段：1960-1995年咸陽站河床質平均粒徑基本在0.4056 mm 上下波動；中數粒徑在0.3616 mm 上下波動；2010年渭河全線整治以后，咸陽站河床質粒徑有增有減波動變化，但相比較1995年以前總體呈現減小的趨勢，且中數粒徑普遍小于平均粒徑。1960-1976年，華縣站河床質粒徑先增大后減小，1967年達到最大值，1977年后處于波動狀態。

1973 年三門峽水庫改為全年運用后，咸陽站河床平均粒徑及中數粒徑（d50）隨時間逐漸減小，華縣站河床平均粒徑及中數粒徑逐漸趨于穩定，基本都小于咸陽站。見圖1。

圖1 咸陽站、華縣站平均粒徑及中數粒徑變化圖

2 河床穩定性指標特性

選擇錢寧公式：K=d/hJ對渭河穩定性進行分析研究。

2.1 控制站穩定性指標

結合渭淤37和渭淤36斷面實測大斷面資料數據系列，得到咸陽站1965-2020年河床縱比降數據系列。可知，1999年咸陽站附近河道出現淤積，河床縱比降為-0.08‰，其他年份河床縱比降0.18‰～1.25‰。結合渭淤11、渭淤10、渭淤9和渭淤8實測大斷面資料，得到華縣站縱比降數據系列，可知1968、1975 和2011 年華縣站附近河道出現淤積，河床縱比降分別為-1.61‰、-0.15‰、-0.93‰，其他年份河床縱比降0.40‰～3.18‰。繪制咸陽站、華縣站歷年縱比降變化圖，從圖2可以看出華縣站歷年縱比降普遍大于咸陽站。

圖2 咸陽站、華縣站歷年縱比降變化圖

根據錢寧公式計算咸陽站穩定性指數。可知，1965-1973年咸陽站穩定性指數平均為0.76，1974-2010 年平均為0.75，2011年渭河綜合治理至今穩定性指數平均為0.08。2011年后河床趨于穩定，但相比2010 年以前，河床穩定性變差。

根據錢寧公式計算華縣站穩定性指數。可知，1965-1973年咸陽站穩定性指數平均為0.11，1974-2010 年平均為0.09，2011 年渭河綜合治理至今穩定性指數平均為0.07。河床穩定性指數逐年波動變化，但總體上華縣站河床穩定性變差。相比較咸陽站，華縣站穩定性較差。

2.2 河床穩定性評估

基于咸陽、臨潼及華縣水文站實測水文數據，咸陽～臨潼段河床比降0.48‰～0.60‰，自1965-1973 汛后三門峽水庫改為全年控制期間該河段河床比降呈遞減趨勢，1974-2000年共27 a間河床比降基本平穩，2001年渭河開始綜合治理至今，河床比降又開始逐年下降。臨潼～華縣段的河床比降0.19‰～0.31‰，1995-1973年河床比降逐年下降，1974～2000年間下降幅度變大，2000年至今河床比降逐年增大。

整體來看，咸陽～華縣段的河床比降0.31‰～0.40‰，1965年至今河床比降一直呈下降趨勢，但下降趨勢在1973年、2000年均出現緩解?？梢钥闯鑫己酉剃栆韵潞佣魏哟脖冉档淖兓饕膳R潼以下河段的河床形態、結構變化影響著，同時反映了三門峽水庫運行帶來的泥沙淤積對渭河河床比降的影響主要體現在臨潼以下的河段。

結合水文站及渭淤26～37斷面實測水文數據，1965-2020年間渭河咸陽～臨潼段的平均水深0.58～2.07 m，河段穩定性0.01～1.16；渭河臨潼～華縣段的平均水深0.94～4.64 m，河段穩定性0.03～1.18。

從渭河下游河床穩定性的年際變化序列來看，自1973年汛后三門峽水庫改為全年控制運用后，渭河咸陽～華縣整個河段在1973-2000年基本處于平穩狀態，2001年至今渭河咸陽～臨潼段河床穩定系數逐年下降，臨潼～華縣段呈現逐年遞增趨勢，咸陽～華縣整體河段河床穩定系數逐年下降。

為進一步說明渭河中下游河段穩定性指數序列的變化趨勢，這里針對各河段1965-2020年的河段穩定性指數序列采用Mann-Kendal 非參數檢驗，得到統計量的順序、逆序變化曲線UF、UB，取顯著性水平α=0.05，得到兩條臨界線y=±1.96，分別繪制各河段穩定性指數檢驗曲線。

咸陽～臨潼段UF曲線1965-2020年均小于0，說明序列值一直呈下降趨勢，且2000-2004、2009-2020 年下降趨勢更顯著。2006-2009年兩條曲線有3個交點，2008年為一個突變點。

臨潼～華縣段穩定性指數系列UF值在1974-2009年小于零，其他時間均大于零，說明1974-2009年該系列呈減小趨勢，且1977-1984、1986-1988、1996-2000 年下降趨勢更加顯著。其余時間段呈增加趨勢。Mann-Kendal 檢驗結果與渭河河床穩定性指數隨時間的變化序列曲線反映的規律一致。

3 近期河床形態特性

3.1 河床縱剖面形態變化

依據渭河中下游典型年（三門峽水庫建庫前1960 年汛前和建庫后1966 年汛后、1969 年汛后、1973 年汛后、2002 年汛后、2015年汛前、2020年汛后）實測大斷面資料，分析其河槽最深點、灘唇高程的縱剖面形態演變。其中渭河中游2015 依據實測監測斷面資料，其余典型年依據林家村、魏家堡兩站實測大斷面資料；渭河下游至潼關依據渭淤和黃淤監測斷面資料。

3.2 縱剖面形態方程

選取渭河中下游典型年（1960汛前、1969汛后、1973汛后、2002 汛后、2015 汛前、2020 汛后）大斷面資料，點繪河槽深泓點、灘唇與距潼關里程曲線關系圖，建立二者的關系方程，即渭河中下游的縱剖面形態方程。

4 結語

渭河下游主槽與河漫灘的淤積物組成表現出不同的特性：水下淤積物的粒徑變化由水流強度、來沙粒徑、支流匯入及河道沖淤變化等多方面因素影響，在時間與空間上的主槽中值粒徑變化幅度大，沿程細化趨勢明顯。

1966-1973 年，渭河中游河道縱剖面河底高程呈上升趨勢；1973-2020年，河底高程呈明顯下降趨勢。河底高程下降，表明河道處于泥沙沖刷狀態，主要是受到上游來水來沙量減小、水土保持措施以及三門峽水庫運行方式的影響。

依據渭河中下游河段穩定性指數序列的變化趨勢，結合河道來水來沙條件與三門峽水庫運用方式和潼關高程的分析判別，得出在現狀河床條件下，未來渭河下游的河道演變基本保持目前的狀態，河道將繼續向維持泥沙沖淤平衡的狀態發展。