平陸運河工程對欽江流域防洪的影響與思考

靳高陽，何 俊

(中水珠江規劃勘測設計有限公司，廣東 廣州 510610)

人工運河、水系連通、重大引調水等工程往往依托現有河湖水系輸水，工程的建設及運行改變了現有水系的形態特征和水力特性，需采取有效措施保障工程區域的防洪排澇安全以及工程本身的安全穩定[1-4]。平陸運河是西江流域與北部灣的江海連通工程，起點為廣西南寧市西津水庫庫區平塘江口，跨沙坪河與欽江支流舊州江分水嶺，經欽州市靈山縣陸屋鎮沿欽江進入北部灣，全長約135km。平陸運河建設對欽江干流及支流舊州江進行大幅度拓寬疏浚和多次裁彎取直，造成河道平面和縱向形態變化，工程建成后航道運行也將改變欽江流域原有的水文特性，對流域防洪產生較大影響。本文在分析河勢變化、河道演變、泥沙淤積、對河道行洪及現有水利工程影響的基礎上，從保障欽江流域防洪安全的角度，對平陸運河建設提出意見建議，亦可為后續其他運河以及國家水網等類似工程的建設實施提供參考。

1 平陸運河工程概況

平陸運河的主要開發任務是航運，通過建設航運梯級樞紐和運河航道工程，構建連接西江內河航道網和北部灣港的江海聯運體系，在滿足航運的同時結合供水、灌溉、防洪、改善水生態環境等功能，實現水資源綜合開發利用。平陸運河從上游至下游依次建設馬道樞紐、企石樞紐和青年樞紐，采用3個梯級方案對全河段進行連續渠化，按內河Ⅰ級航道標準建設，通航5000噸級船舶，各樞紐同步一次性建設雙線5000噸級船閘。平陸運河工程建設，主要采取拓寬挖深現有河道，并對局部彎曲河段進行裁彎取直，同時對沿線跨河、臨河、攔河建筑物進行改造，解決礙航問題，使其滿足內河Ⅰ級通航標準[5-8]。

2 工程建設對欽江河勢的影響

平陸運河跨越分水嶺后進入欽江流域。舊州江是欽江的一級支流，欽江干流整體河勢蜿蜒曲折，河道兩岸植被茂盛，岸線穩定，河道橫向未發生展寬或縮窄，河型河勢穩定。

2.1 平陸運河工程對河勢的影響

平陸運河工程建設擬對現有舊州江和欽江干流進行拓寬挖深，局部河段裁彎取直，以滿足設計通航條件。根據設計方案，原欽江彎曲河道大部分被填埋，部分故道保持原狀。由于現狀欽江河道的河床較高，一般在15.0～17.0m，運河工程建成后，通常情況下不再發揮行洪作用，只有在欽江發生大洪水時，欽江故道才作為行洪河道。為減小運河修建后各支流對運河通航水流條件的影響，對支流匯入運河口段進行了放坡銜接布置。

平陸運河的建設改變了現有舊州江和欽江干流的河道特性，河道平面和縱向形態均發生了巨大變化，裁彎取直使得河長縮短，河道大面積拓寬挖深，過流能力增強，同時河床比降降低，相同流量下水流流速較原河道有所減緩，河道水流趨于平順。欽江現狀及運河裁彎取直段的平面變化如圖1所示。

圖1 欽江現狀及運河裁彎取直段的平面變化圖

2.2 泥沙淤積引起的河道演變分析

根據陸屋水文站實測資料分析，陸屋水文站多年平均含沙量0.273kg/m3，多年平均輸沙量29.4萬t，年均輸沙模數210t/km2，推移質與懸移質的比值約為15%。平陸運河涉及到的支流流域面積均不大，根據陸屋水文站泥沙研究成果[9-11]，按照面積比計算淤積。采用經驗攔沙比法計算欽江流域各梯級庫區泥沙淤積量，其中各庫區懸移質攔沙率按照庫容與年水量的比值查取經驗曲線得到，推移質攔沙率取100%，取泥沙干容重為2.65t/m3，計算得年平均淤積量，當平陸運河運行50年時，企石樞紐段總淤積量132.65萬m3、青年樞紐段總淤積量450.10萬m3。青年樞紐以下為受潮影響區，通過建立潮流泥沙數學模型計算淤積情況，在青年樞紐按照多年平均流量和含沙量下泄泥沙工況下，正常天氣下的入海航道年總淤積量約92.7萬m3，年淤強范圍為0～0.53m/a，平均年淤強0.21m/a。

從工程總體布置看，建庫后雖有大部分河道取直開挖，但其余彎曲河道并未被填埋，依然被保留。因取直開挖后水量分流，被保留下來的河道流量減少，其岸坡會受到一定影響；新開挖的運河航道，對岸坡進行了防護處理，河道走勢比較穩定。從工程運行調度方式看，建庫后水流形態較天然情況變化相對較小，尤其是在來沙量較大的汛期，泄洪沖沙閘全部開啟鼎力泄洪沖沙，致使壩前水位較天然狀態壅高較小；非汛期水流含沙量很小，在水庫中的淤積量輕微。航道開挖后庫區河道水平，推移質泥沙不易運行到壩前，運行到壩前的泥沙又因樞紐工程的泄流沖沙閘底高程低、有利于排沙而被水流帶往壩下。欽江流域多年平均含沙量僅0.273kg/m3，泥沙淤積影響很小。平陸運河工程建成后，一般不會發生河床再造現象，能保持河道長期穩定。

2.3 運河航道內泥沙沖淤變化分析

根據實測的地形資料及運河航道工程設計方案，選取典型的欽江干流中游段建立平面二維泥沙數學模型[12-15]，分析運河航道內泥沙沖淤變化情況。范圍為欽江干流陸屋鎮舊州江與欽江交匯處至下底坪上游150m河段，位于擬建青年樞紐庫區，該段航道全長約29.057km。計算區域離散采用非結構化網格，網格大小疏密沿河道河勢寬窄變化不等。同時為了適應河道現狀以及工程方案的布置，提高航道水流條件計算精度，網格在支流匯口附近的網格進行局部加密，計算河段網格尺度為3～15m。工程后20年一遇洪水流場圖如圖2所示。

圖2 工程后20年一遇洪水流場圖

欽州干流泥沙粒徑范圍在0.075～80mm之間，中值粒徑為2.1mm，粒徑小于80mm沙質量百分比達到99.95%，小于20mm沙質量百分比達到81.62%。泥沙粒徑一般為0.075～2mm，含量占52.1%；卵石粒徑一般為2～80mm，含量占47.9%。泥沙模型的流量邊界和輸沙量邊界給定逐日流量和輸沙量過程。采用典型系列年法，根據輸沙量、徑流流量選取典型年份，循環疊加模擬計算10年，得到工程運行經歷第10年后不同位置沖淤分布情況，如圖3所示。得出以下結論：

圖3 運行10年后航道內泥沙淤積分布情況

(1)平陸運河欽江干流段輸沙量主要來源為欽江以及支流入匯泥沙，隨著運河向下疏浚開挖，整體航段底高程統一，同時航道擴挖加寬斷面過流面積，運河航道內流速相較于天然狀態更為平緩，水動力條件相對較弱，受支流泥沙沙量輸入、運河干線水流平緩兩方面因素影響，河床系列年演變以累積性淤積為主，運河航槽內水流挾沙能力較弱，導致主要淤積位置集中于欽江以及其他支流匯入口附近，沙量縱向輸移能力較弱。

(2)從泥沙淤積體年均沖淤厚度上來看，欽江干流段運河航道內泥沙年淤積厚度在0.26～0.57m/a，泥沙淤積速率為0.45～0.65萬m3/(km·a)，總體呈現上游河段淤積強度大于下游河段，淤積體厚度沿程呈逐漸減小態勢，表明運河航道內水動力條件相對較弱，挾沙能力不足，難以將欽江匯入泥沙輸移至下游更遠河段。

(3)從淤積帶分布情況上來看，泥沙主要淤積體集中在欽江及主要支流(如新坪水、舊村河、楊屋河、楊梅河等)匯口附近，形成“攔門沙”[15-16]，淤積體逐年向運河主航道推進。鑒于運河航道內水動力條件相對較弱，水流挾沙能力弱，欽江及其他支流匯口泥沙沿運河縱向輸移能力較差，泥沙淤積體較為集中，運河航道建設中應考慮一定的備淤深度，并每年進行航道維護。

3 對流域防洪安全的影響

3.1 對河道行洪的影響分析

舊州江河道現狀寬度為30～40m，平均水深1.5m，現狀河道行洪能力在5～10年一遇；欽江干流中游河段，現狀河道寬度75～90m，平均水深4.6m，現狀河道行洪能力在10～20年一遇左右；城區河段現狀寬度為100～150m，平均水深4.2m，兩岸已建50年一遇堤防，現狀河道基本滿足50年一遇洪水過洪要求。

平陸運河工程對欽江現狀河道進行擴挖疏浚，新建航道底寬85m，邊坡在1：0.4～1：3之間，頂寬120m，設計水深6.3m，新修航道的過水斷而大于欽江天然河道的過水斷面，且航道更加順直，更有利于欽江洪水的宣泄。采用一維數學模型計算分析工程前后設計水位的變化情況，平陸運河建設后，在5年一遇設計洪水條件下僅企石樞紐壩前存在一定的淹沒，但水位壅高值均不大，最大壅高為0.38m，最大壅水長度約600m，分析其原因主要是企石樞紐壩前5年一遇水面線起推水位采用的是正常蓄水位，高于天然狀態下的舊州江水位。在欽江20年一遇及以上設計洪水下水面線均低于現狀同頻率設計水面線，洪水在主航道內下泄，不產生漫灘；欽州城區段發生50年一遇洪水時，工程后水面線較現狀均大幅下降，平均下降2.50m，最大降低4.01m。平陸運河的建設更加有利于欽江河道的行洪。

平陸運河從上游至下游建設馬道、企石、青年三個梯級樞紐，采用三級渠化方案對全河段進行連續渠化，通航建筑物為雙線船閘，行洪設施為泄洪閘。其中馬道樞紐無洪水，企石、青年樞紐設計標準均為100年一遇，校核標準分別為2000年、1000年一遇。泄洪閘按照設計過流能力進行設計，經分析，企石樞紐壩前工程后設計洪水位較現狀降低1.45m，校核洪水位降低1.16m；青年樞紐壩前工程后設計洪水位較現狀降低0.93m，核洪水位降低0.07m。平陸運河通航建筑物的建設，在發生大洪水時壩前水位較天然狀態下是降低的，不會對河道行洪產生影響。

分析工程前后流速、流向成果可知，工程后河道流態有較大調整，工程后河道將有較大幅度拓寬和挖深，河道過流面積整體加大，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。工程后河道動力軸線將由原天然蜿蜒曲折轉換為規則順直，流態更趨平穩，洪水更加快速下泄。

綜上，平陸運河工程建成后雖產生一些淹沒，但相對現狀河道，河道過流能力增加了，總體上項目建設對河道行洪是有利的。

3.2 對現有水利工程安全的影響分析

平陸運河工程的建設影響范圍內己建堤防工程、閘門、泵站主要分布在欽州城區。涉及欽江西Ⅰ、Ⅱ堤、欽江東Ⅰ、Ⅱ堤、大欖江北Ⅰ、Ⅱ堤、大欖江南堤、犁頭嘴海堤8段堤防，城區防洪堤防洪(潮)標準為50年一遇，堤防總長度57.58km。經對堤防安全及岸坡穩定進行復核分析，受平陸運河建設影響的堤防有6段，分別為欽江西Ⅰ、Ⅱ堤、飲江東Ⅰ、Ⅱ堤、大欖江南堤、犁頭嘴海堤，總長16.68km；占用城區防洪堤8.77km；受影響的泵站2座、閘門3座，1處攔河橡膠壩。

平陸運河工程的建設對欽州城區的堤防、泵站、閘門等水利工程產生不同程度的影響，對欽江的防洪安全造成一定隱患。在初步設計階段，擬將對受到影響的防洪堤、排澇閘門及排澇泵站按照原標準、原規模、原功能恢復建設，并將其投資列入平陸運河工程總投資中，以保障欽州城區的防洪排澇安全。

4 結語

(1)由于平陸運河的建設，欽江流域的防洪總體布局、水文情勢發生較大變化，運河的實施使得河流由天然游蕩式河道轉變為單一的順直渠道，已有的流域綜合規劃、防洪排澇規劃等成果均不適合繼續實施，需加強與相關水行政主管部門的溝通，重新編制相關規劃；必要時，單獨編制平陸運河綜合規劃，統籌謀劃平陸運河的水資源保護、防洪減災、生態環境等工作，為平陸運河沿線經濟社會的高質量發展提供堅實的水安全保障。

(2)欽江流域內的現有河道均已完成了河道管理范圍劃定，明確了河管理范圍線以及水利工程保護范圍線，建立了較為完整的河長管理體系。平陸運河建設，將對現有河道進行拓寬疏浚、裁彎取直，現有的河道管理范圍劃定成果已不再適用，河道管理范圍線己不符合平陸運河工程建設的實際管理要求，建議在平陸運河建設期，同步啟動對運河的河道管理范圍及水利工程保護范圍的重新劃定及確權工作。

(3)平陸運河工程建設對影響范圍內的堤防、水閘、泵站等水利工程，擬按照原標準、原規模、原功能進行恢復重建。考慮到平陸運河建成后，沿線的經濟社會將迎來快速發展，保護區范圍擴大，保護對象重要性提高，防洪標準應有所提高，現有的防洪排澇工程規模已不能滿足未來經濟社會發展需求，因此，對平陸運河影響范圍內的水利工程復建應考慮未來發展要求，對其標準、規模和功能進行重新論證。

(4)平陸運河兩岸堤防工程應結合其護岸工程同步建設，以避免后期堤防工程建設對運河邊坡穩定安全造成影響；同時，護岸應考慮采用生態化護坡型式，打造綠色生態工程。