雷亚平　杨清书　贾良文　彭巨新

　　目前国内外关于航道整治理论大都处于半理论半经验的技术状态。径、潮动力组合复杂的感潮区——珠江三角洲网河的航道整治更无成熟的理论和经验可供借鉴。80年代以前，东平水道大多采用维护疏浚以改善航深，但由于河床处于缓慢的自然淤浅过程，收效甚微。1985～1990年间实施了大规模的综合整治工程，通过布设丁坝群改变河床边界形态来约束水流冲刷深槽。工程竣工十余年以来的今天，东平水道全线航深超过4m，航道等级全面提升；与此同时，水流、泥沙动力条件以及河床形态也发生了重大调整和变化，这些调整和变化是进一步开发利用东平水道而亟需深入研究和认识的关键问题。东平水道河床演变特征和规律是自然因子、整治建筑物、高强度河床采沙等人类活动共同作用的结果，因而也是评价和认识航道整治效果及其资源价值的利器。本文主要以东平水道上段为例，分析航道整治工程前后的河床演变规律，客观地评价道航道综合整治效果并分析河床采沙效应，为进一步保护利用航道资源提供认识依据。

　　1　东平水道特征及其整治方法

　　1.1　研究区概况

　　东平水道自思贤滘西滘口至广州大尾角，全长68km，是珠江三角洲网河区内由广州通往西江干流的距离最短的黄金水道。受西、北江分水分沙支配和南海潮汐的影响，东平水道属于河口区径流与潮流相互作用的过渡性河段，在空间上可分为四个区段（图1）：（1）思贤滘，珠江三角洲网河区连通西江和北江的第一条水道，其水沙调节作用及其变化对东平水道水流、泥沙条件有着深远的影响［1,2,3］。（2）东平水道上段（河口～紫洞），是径流作用为主的北江干流河段，江心洲众多，滩槽交错多变，为顺直分汊河型。（3）东平水道中段（紫洞～登洲头），是北江网河一级汊道，位于径、潮双向动力挤压的珠江三角洲腹地。（4）东平水道下段，即自登洲头至广州大尾角的平洲水道，为北江网河的二级横向支汊，潮汐作用影响显着，水道弯曲狭窄，深切发育。可见，东平水道分水汇水复杂，自上游往下游径流动力逐渐减弱而潮汐动力相对增强，河床形态调整和变化具有明显的时空差异。

　　1.2　自然演变表现为缓慢淤积过程

　　80年代以前，三水站的分流比占马口和三水站总和的14～15％，多年平均流量为1330m3/s，水体含沙量为0.202kg/m3。东平水道上段河谷宽阔，平均超过1100m，径流变率大，为推移质泥沙运动强烈的北江干流河段。因而河谷大而流量小，导致河道淤积、分汊，枯水期潮水不能有效地补充水深以致出浅碍航。

　　近数十年来，东平水道上段共有6套详细的1∶2000或1∶5000的地形图。每间隔1km量算河床断面，通过计算平滩高程和造床（平滩）流量来分析河床演变特征和冲淤变化。结果表明，80年代以前该河段沿程冲淤相间分布，变化幅度较小。1952、1961和1977年河床满槽容积分别为183.77、173.66和180.23×106m3，总体上以缓慢淤积为主。1961～1977年间，疏浚航槽使满槽容积略有增大，但维护性疏浚没有从根本上改变滩槽交错、宽浅碍航的面貌。

　　1.3　综合整治方法和原则

　　东平水道河型多样，河道又分又合水沙条件复杂，整治工程措施不仅要有针对性，而且须全河段连贯、全面、系统的整治。在微弯顺直宽浅段，以丁坝整治为主，以形成丁坝保护的浅滩和坝外深槽的滩槽分异的状况，保证深槽稳定且有足够的水深；在江心洲段和分汊口浅滩段的支汊上，作锁坝或错口坝，调整主、汊的分流比，使主干获得较强的冲刷能力；对于曲率半径小的急弯险段，采取退堤切嘴（边滩）甚至裁弯措施。

　　针对东平水道径、潮动力相互作用、河床宽浅的河性，整治建筑物采用两级整治高程和两个整治线宽度，其目的是构成复式河床断面形态，不仅可利用洪季径流冲刷造床，而且有助于枯季潮流补充维持水深，这是东平水道整治工程的主要的设计思想和整治原则。多年平均流量1233m3/s对应的水位为第一级整治高程，造床流量3260m3/s对应的平滩高程为第二级整治高程，两级整治高程之间以斜线连接。平均流量时，整治断面平均流速接近于河床的不淤流速；而河床的淤积主要发生在高于平均流量的汛期，因此，多年平均流量级的整治高程尚难以促使河道在汛后退水过程具有冲刷作用。然而，在两级整治建筑物约束下的复式河床断面形态条件下，造床流量为多年平均流量的2.6倍。第二级整治建筑物约束水流，可利用自身的水力条件从而调整和改变原来的淤积状态为冲刷状态。这样，在由造床流量到平均流量的变化过程中，中、低水河床都处于冲刷状态，延长了冲刷作用的时间，不仅有利于深槽的刷深和维持，而且也不妨碍枯水期潮流补充以保持足够的航深。

　　2　河床演变与整治工程的关系

　　东平水道河道宽窄不一，人类活动改造强烈，河漫滩缺失或不甚明显。因此，在确定平滩水位和造床（平滩）流量［4］时须将定量计算与定性分析有机地结合起来，具体步骤如下：先由传统的地貌学方法，在大比例尺航道地形图的河床横断面上进行定性、半定量的量读，给出平滩水位大致范围，然后通过SI指数法［5］定量计算出河床横断面的滩槽转折点，通过相互校验，最后确定平滩水位和相应的造床（平滩）流量。这一方法的合理性在珠江三角洲网河研究中已得到了很好的验证［5］。

　　近数十年来东平水道上段河床形态参数列于表1。在时间上，可区分为工程前（1952～1977年）的自然变化过程、竣工初期（1990年）的调整作用过程以及工程后（1990～1998年）的剧烈变化过程等三个不同阶段。可以看出，1990年以前，东平水道上段已经由自然的淤积过程转变为冲刷状态，在此我们着重分析近年来的河床演变与整治工程的相互关系。

　　2.1　河床几何形态调整与变化

　　近年来，在整治建筑物调整作用、河床采沙等人为因子的影响下，东平水道上段河床形态调整与变化的特征和规律如下：

　　（1）整治竣工初期的1990年，平滩水位显着降低（图2，A），平滩宽度明显缩窄。（2）虽然1990年比1977年的平滩意义平均水深减小了0.97m，但深泓平均下切2.96m，同时平滩水位下降了2.63m，实际的断面平均水深（珠江基面）略增0.34m。原碍航浅滩冲刷消失，全线航深已达到了整治目标，满槽容积也由1977年的180.23×106m3增大至1990年的201.23×106m3，相对冲刷扩容达11.65％。（3）90年代以来，深泓继续大幅下切（图2，B），1998年时的平均水深（珠基）比整治前的1977年和竣工初期的1990年分别增加了5.41m和3.76m；满槽容积也比1990年相对增大了14.35％。（4）整治前（1952～1977年）、整治中（1977～1990年）和整治后（1990～1998年）的深泓高程平均下降量分别为0.60m、1.30m和5.75m，年均下切速率分别为0.02m/a、0.10m/a和0.72m/a，在时间上表现为两次加速下切过程，前者主要由航道整治和疏浚维护所致，后者主要与大规模河床采沙有关。（5）宽深比和滩槽高差是河床形态特征的综合体现。1990～1998年间，宽深比下挫减小了一倍以上；滩槽高差显着提升，由1990年的6.54m抬高至1998年12.09m；而同期的平滩水位降低和平滩宽度减小的速率却明显趋于缓和，因此90年代以来主要表现为河床的直接下切加深。从流量增加与宽深比减小的关系来看，河槽趋于窄深，有利于水沙输送［6］。

　　2.2　水沙条件与河床演变的关系

　　河床形态是河流动力因子与地质地貌因子相互作用、相互调节的结果［4,8］。动力因子发生改变会引起平滩水位、滩槽高差、宽深比等产生与之相适应的调整变化；反过来，河床形态参数也反映了动力和河床边界的变化规律。东平水道近年来水沙条件变化的主要特征为：洪季径流造床动力和枯季潮流补充作用均有所加强。

　　1952、1961、1977、1990、1994、1998年的三水站的平滩水位分别为4.2、4.55、4.4、1.9、1.9、2.36m。根据三水站1983年的水位=流量关系曲线推算，80年代以前相应的造床（平滩）流量分别为3200、3500、3400 m3/s，与整治工程第二级整治高程4.5m及其对应的造床流量3260 m3/s相当。在1985～1990年实施了大规模的航道综合整治之后，受到河床形态调整变化以及河床采沙等人为因素的影响，三水站的水位-流量关系曲线逐次右偏下移。1998年时，三水站的平滩流量为3967 m3/s；原整治建筑物第二级整治高程对应的流量已高达6955m3/s，是整治设计造床流量的2.13倍。由此可见，虽然近年来平滩水位明显下降，但造床流量不减反增。另一方面，近年来深泓下切，水深增大，部分河段的平滩水位低于珠基0m，表明潮流动力影响相对增强。

　　西、北两江的来水来沙经思贤滘交汇和调节后，一部分水沙会改向西江（马口站）或北江（三水站）输送；是西江水进入北江（东平水道上段）还是北江水进入西江，要视乎西、北两江的流量大小、思贤滘两侧西、北两江的河底高程和水位的高低而定。三水站位于东平水道上段起始端，其流量和含沙量特征（表2）可以反映出河床演变水沙动力条件的变化。

　　由表2和图4可见，整治前（1961～1977年）年平均流量较小而水体含沙量也较小，整治中（1977～1990年）流量最小而含沙量最高（1988年珠江流域水土流失面积为历史最高峰），整治后（1990～1998年）流量最大而含沙量最小（与流域治理有关），清楚地反映出90年代初以来三水站分流比大幅增大、水体含沙量减小的变化特征。80年代以前，三水站的年均分流比维持在15%左右（特殊年份如1963大旱年除外，如图4），比北江干流石角站占西、北两江（高要站和石角站）年均径流的比重16%还小，1993年后迅速增加到并一直维持20%以上［5,7］。三水站分流比增大是由于北江河床大量人为采沙使河底高程显着下降（低于西江干流河床高程）所致。但是，历经了1994年以来三水站珠基9m以上的几场大洪水考验，表明在三水站分流量大幅增加的新条件下，东平水道航道整治后的河床演变趋势没有对行洪防汛造成不利影响［9］。

　　2.3　整治效果与河槽深切扩容的主要原因

　　航道整治工程利用水文要素与冲积河流河床形态相互作用、彼此适应的基本规律，通过一定限度地改变河床边界形态，使水流和泥沙运动适应其变化从而产生特定的调整作用及冲淤演变趋势。由于对东平水道河性有客观的认识，采取两级整治高程，一方面延长了冲刷作用时间促使洪季径流刷槽（中、低水河床）淤滩（坝田），另一方面也不致阻碍枯季潮流补充进来维持航深，因此，在竣工之初原碍航浅滩河段即冲刷加深，充分说明两级整治建筑物对东平水道冲淤变化的调整作用是积极而显着的，两级整治是珠江三角洲径、潮相互作用的网河区是行之有效的工程措施。

　　但是，河床形态的变化，特别是高强度、高密度的河床采沙活动直接作用和改变了河槽边界，必然会引起东平水道水文要素发生变化。东平水道上段为径流作用为主的北江干流河段，推移质泥沙活跃，床沙以粗砂和粗中砂为主，为优质的建筑沙源。80年代末至90年代出现大规模的河床采沙活动，1994～1998的仍维持较剧烈的采沙活动。因此，河床采沙效应与整治建筑物竣工后的调整作用在时间上相互重叠，两种因素共同作用使河床冲刷加深，从而改变了东平水道来水、来沙条件和河床形态及其冲淤变化的动态平衡关系。

　　从不同时段的河床满槽容积的比较可以看出，1998年比1977年的河床满槽容积增加了4988×104m3，河床平均高程降低了5.41m；1990～1998年间的满槽容积年平均扩容速率是1977～1990年间的2.24倍。从河床形态参数（表1）不同时段的变化幅度和速率来看，1990、1994、1998年的深泓高程、平均水深、宽深比和滩槽高差等河床形态变化幅度大且呈加速变化趋势。综上所述，虽然竣工初期的1990年河床形态特征已出现了预期的调整变化，但变化幅度不大，且整治工程本身可能引起的调整变化幅度也是有限的，因此，从河床形态特征调整和变化的速度和幅度来看，河床采沙活动及其效应才是近年来东平水道水沙动力改变和航道资源价值全面提升的主导因子。

　　3　东平水道面临的新问题及其保护利用

　　如前所述， 90年代以来东平水道河床形态、水流和泥沙条件产生了巨大改变，而这一改变其影响是利是弊？改变后水流、泥沙动力条件的稳定性、河床采沙继续作用的强度和空间分布的状况及其趋势如何？都是值得关注的新问题，也是如何更好地保护利用东平水道的航道资源亟须深入研究的课题。

　　（1）当前水流泥沙条件下整治建筑物的作用及其稳定性。在航道整治工程设计时，对应于两级整治高程2.2和4.5m的平增流量和造床流量（三水站）为1230和3260 m3/s；1998年时，相应于两级整治高程的流量为3718和6955 m3/s，分别为航道整治工程设计的平均流量和造床流量的3.02倍和2.13倍。可见，整治建筑物所能调整的流量和河床范围大幅增大，刷槽淤滩以致滩槽高差持续提高。此外，1998年平滩宽度平均值仅为530m，与原工程设计的整治线宽度为500m相当接近，导致宽深比明显下挫。东平水道上段丁坝群的纵向分布长度占到河段总长的60％，因此，相较于工程设计参数，在水流、泥沙条件发生巨大变化的条件下，东平水道整治建筑物的限流断面宽度较窄，水流冲刷增强，加上不合理的河床采沙破坏坝基的稳定，致使部分丁坝坝头坍塌损毁。

　　（2）三水、马口站分流比格局。在北江干流河道河床采沙活动得到控制的前提下，如果西江干流河段继续大规模河床采沙，思贤滘两侧西、北两江的底床高程和水位的变化必然会引起三水、马口分流形势不断改变。虽然当前东平水道流量增大有利于冲刷造床，亦不会对洪水排泄造成严重后果，但是，三水站分流比的未来趋向仍将受到人类因素和自然过程的影响，三水、马口站分流比的格局及其调控对于今后东平水道开发利用无疑有着深远的影响。

　　（3）河槽形态的稳定性与航道资源价值。目前东平水道全线航深超过4m，深槽稳定，航道资源价值全面提升，这一优势能否长期维持是关键所在。北江思贤滘以上石角站的来沙量小，仅为50×104m3/a；近年来悬移质含沙量降低至0.16kg/m3，淤积甚少；而1990～1998年间，该河段人为采沙总量约为52×106m3。因此，从泥沙来源和东平水道缓慢的自然淤积演变过程的对比来看，即使河床采沙活动停止，东平水道河槽也可长时期保持其稳定性。但是，航深和航宽才是东平水道资源价值的关键因素。如果三水断面分流量较少或枯水期潮流补充不足，对于当前的河床形态特征，水深和河宽将缩小，出现“河谷大，流量小”的矛盾。

　　综上所述，东平水道河床演变的趋势及其航道资源的保护利用的根本问题是如何调控河床采沙等人类活动，舍其不利影响，使之在合理的空间，适当的限度内产生有利的作用和影响，以维持适当的三水、马口站分流比和东平水道洪季径流造床、枯季潮流补充的基本特征。

　　4　结语

　　两级整治水位符合“洪季径流冲刷造床，枯季潮流补充水深”的河性，有效地延长了从造床流量到平均流量变化过程中的冲刷作用时间，整治竣工初期即达到预期的收效，在珠江三角洲网河区感潮河段获得了开创性的成功。

　　整治后的90年代以来河槽大幅度加深增容，平滩水位下降，宽深比下挫，滩槽高差抬升，河床向有利于水沙输送的窄深方向发展。从近十余年来河床演变的特征和规律来看，整治工程与大规模河床采沙活动在时间上重叠，整治建筑物利用水流动力的刷槽淤滩调整幅度是有限的，而剧烈的河床采沙才是东平水道河床形态、造床动力加剧变化的主导因子。

　　河床演变特征是评价东平水道航道综合整治效果的有力途径。在新的水流、泥沙和河床形态条件下，东平水道的稳定性及其可能的演变趋势是航道资源保护利用的认识依据。我们认为，河床采沙效应利大于弊，如何因势利导，有效地规范、引导和调控人为活动及其效应，使之成为一种与自然过程相适应的、合理、有度、有利的河床演变的影响因子，才是东平水道进一步保护利用的根本。

　　原载：水利水运工程学报，2003，（3）：13-17.