順德區(qū)堤圍險(xiǎn)段監(jiān)測特性分析

梁鳳玲

（廣東省水文局肇慶分局，廣東 肇慶 526060）

1、河段概況

珠江三角洲網(wǎng)河地區(qū)處于河海動力交匯區(qū)，沖淤演變復(fù)雜，特別是近年來交替變化。通過歷史資料考證，20世紀(jì)80年代以前西北江及珠江三角洲網(wǎng)河地區(qū)，河道主要以淤積趨勢變化，但是從80年代開始，河道開始以沖刷為主變化，沖刷幅度自西向東逐漸增大。

佛山市順德區(qū)位于珠江三角洲的腹部地帶，河道呈網(wǎng)河狀分布，西江、北江的洪水均經(jīng)佛山行政區(qū)域的西江干流或北江干流下泄出海，堤圍是抵遇洪水入浸的重要防汛設(shè)施之一。順德區(qū)河道險(xiǎn)段的治理是保護(hù)堤圍的重要手段，險(xiǎn)段監(jiān)測是治理的重要依據(jù)。

圖1-1 測區(qū)范圍示意圖

2、水下地形測量

地形測量采用天寶GPS RTK測定斷面樁平面坐標(biāo)及岸上碎步點(diǎn)，采用GPS與德國ELAC NAUTIK公司SeaBeam 1185多波束水下測量系統(tǒng)相結(jié)合對水下地形進(jìn)行全覆蓋施測，高精度，高效率，為水下監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集提供科學(xué)依據(jù)。

3、成果分析

3.1、三維圖分析

三維圖的來源于數(shù)字地形圖的格式轉(zhuǎn)換而來，由多波束測深系統(tǒng)專用軟件繪制而成，并用不同的顏色表示不同的河底高程。這樣從多個(gè)角度直觀地表示險(xiǎn)段的現(xiàn)狀情況。下面以菊花灣險(xiǎn)段為例進(jìn)行分析。

險(xiǎn)段位于順德水道左岸，從合成地形圖與三維圖分析，數(shù)字地形圖上險(xiǎn)段灣位處，斷面13+800對外60—170m范圍內(nèi)有約-31m的深坑，面積約11326m2，此坑靠向南順第二聯(lián)圍側(cè)。在三維圖上用藍(lán)色表示。

圖3-1 菊花灣險(xiǎn)段深坑分布

3.2、橫斷面對比分析

水下地形數(shù)據(jù)用南方CASS7.0按1：500地形圖比例點(diǎn)繪，摘錄繪制斷面圖，比較范圍以0m高程為起點(diǎn)。下面以水月宮險(xiǎn)段為例進(jìn)行分析。根據(jù)數(shù)字地形圖成果等深線走勢，水月宮險(xiǎn)段7+875-7+925段靠岸處坡度趨勢大，橫斷面對比及邊坡比情況如下：

表6-3-1 月宮險(xiǎn)要位置邊坡統(tǒng)計(jì)表，以0米等深線為起點(diǎn)計(jì)算，河底高程單位：m

圖3-2 水月宮險(xiǎn)段部分?jǐn)嗝婧哟搽U(xiǎn)要位置邊坡演變圖

結(jié)合圖表可見，斷面都呈現(xiàn)下切趨勢。

3.3、深泓斷面對比

以大鑊耳險(xiǎn)段為例進(jìn)行分析。

圖3-4 大鑊耳險(xiǎn)段多年深泓斷面對比圖

從上圖可見，整個(gè)河床深泓呈現(xiàn)下切態(tài)勢；從河床面和邊坡兩方面統(tǒng)計(jì)險(xiǎn)段的變化。水月宮、大鑊耳都呈下切狀態(tài)，水月宮平均下切幅度為0.58m,大鑊耳平均下切幅度為0.39m

4、河床變化趨勢

沖淤量計(jì)算在數(shù)字地形圖的基礎(chǔ)上,利用專用計(jì)算軟件將數(shù)字模型數(shù)字化，生成系列要素。

沖淤量：先建立比較區(qū)的DTM三角網(wǎng)，以高程點(diǎn)為基礎(chǔ)，選擇DTM土石方計(jì)算方法。以高程為0m的平面為基面，按照1m米的點(diǎn)距，計(jì)算0m平面以下的容積量。兩次的容積量差為沖淤量；

平均面積：計(jì)算沖淤量以0米高程界定的面積；

比率：以比較基準(zhǔn)年為1，比較年相對于基準(zhǔn)年的容積變化率；

最小河底高程：比較區(qū)的當(dāng)年監(jiān)測到的最小河底高程，即最深處的河底高程；

平均河底高程：當(dāng)年的容積量與平均面積的商，是衡量下切或淤積的標(biāo)準(zhǔn)。

各險(xiǎn)段沖淤量統(tǒng)計(jì)表

上表中平均下切深度大于0的為下切值等于0為無變化，小于0的為淤積值。

險(xiǎn)段 2008 2009 2011水月宮 — 下切 淤積大鑊耳 — — 淤積

從以上分析成果可見，在2007-2010年間各個(gè)險(xiǎn)段起伏度為1m間。

判斷說明：（1）根據(jù)各個(gè)險(xiǎn)段的橫斷面邊坡計(jì)算表中的變化量來判斷，多個(gè)斷面的一年變化情況取下切、淤積變化所占比例多的來決定。

5、引起河床變化的水文因素

5.1、流向

選擇白蛇漩段為參考，從2009年7月洪水期為研究時(shí)段。在上游平洲水道與潭洲水道交叉口不同位置放浮標(biāo)，監(jiān)測水面流速流向，得到下面的流向軌跡線：

圖5-1 白蛇漩段流向軌跡圖

放兩次浮標(biāo)，軌跡線基本在同一條線，說明流向基本偏向河床深泓走向。證明了大的流速產(chǎn)生了險(xiǎn)段的深槽，由于河道的彎曲，產(chǎn)生傾向左岸的深槽。在大都灣處由于河道彎曲，上游河寬大約95m左右，下游處開闊，所以在此流向的紊亂，如下圖：

圖5-2 水面流向分布圖

在此處監(jiān)測了水面下0.2d(d為測時(shí)水深)流速流向，如下圖：

圖5-3 水下0.2d流向分布

由于在D7位置河道由窄變?yōu)閷?，流向發(fā)生變化，形成回流，進(jìn)而在水底形成隆起的壩體。由于河道的沖淤變化以沖刷下切為主，對本河段的航道運(yùn)輸一般不會帶來大的影響，但是非均勻縱向沖刷可能導(dǎo)致坡陡流急的現(xiàn)象，形成局部的深槽或深坑，在平洲水道齊槎段和石肯沙場段表現(xiàn)明顯。

5.2、水位、流量、流速

圖5-4 馬口、三水水文站歷年最高水位過程線

圖5-5 馬口、三水水文站歷年最大流量過程線圖

圖5-6 馬口、三水水文站洪水期最大流速過程線

比較近 20年內(nèi)的“1994.6”與“2005.6”兩場洪水，2005年洪水流量增大，但是水位沒有1994年高，可見10年的時(shí)間河床的下切，容積量增大，是水位降低的最重要因素。結(jié)合三水、馬口水文站近幾年最高水位、最大流量、流速圖分析，“05.6”和”08.6”兩場洪水是造成近十年內(nèi)三角洲下游河道沖刷的主要洪水。

5.3、懸移質(zhì)顆粒級配

從各斷面的河床質(zhì)顆粒級配分析可知，近年西江砂粒情況為：從2004～2006年西江河段沿程同一流量的河床質(zhì)中，礫石、卵石級粗顆粒相對增多，砂粒相對越來越小。從2005年8月梧州、高要、馬口站同一場洪水的實(shí)測懸移質(zhì)顆粒級配曲線分析，西江河段沿程懸移質(zhì)顆粒由上游向下游逐漸減小。

表5-1 北江干流三水水文站斷面顆粒級配年度統(tǒng)計(jì)表

從上表可以看到，2005年至2010年間平均粒徑有逐漸偏小的趨勢，說明上游來水量挾沙能力逐漸減小。

5.4、含沙量

河道沙質(zhì)來量和水流挾沙力之間的對比關(guān)系是河流縱向沖淤變化的主要因素。由圖9-4-1可見，西北江控制站年平均含沙量逐年減少，失去了平衡。當(dāng)床沙質(zhì)來量小于水流挾沙力時(shí)，就會出現(xiàn)沖刷。

圖5-7 三水、馬口水文站多年含沙量過程線

5.5、輸沙量

馬口站：80年代前漸增，80年代后減少；2000年后，減少一半以上。三水站：60～90年代增加，增幅達(dá)61%，2000年后，明顯減少，減少達(dá)40%。主要是受西、北江分流、分沙比發(fā)生變化和上游來沙量減少的影響造成。

圖6-8 三水、馬口水文站年平均輸沙量過程線圖

表5-2 三水、馬口水文站輸沙量年紀(jì)變化統(tǒng)計(jì)表

馬口站：80年代前漸增，80年代后減少；2000年后，減少一半以上。三水站：60～90年代增加，增幅達(dá)61%，2000年后，明顯減少，減少達(dá)40%主要是受西、北江分流、分沙比發(fā)生變化和上游來沙量減少的影響造成。

河流內(nèi)部矛盾的發(fā)展和外在條件的變化都可能使輸沙平衡遭到破壞，從而河床變形也就持續(xù)。從圖5-7和表5-8中可了解到輸沙已經(jīng)失去了平衡，導(dǎo)致河床存在下切或淤積。要使輸沙恢復(fù)平衡只有靠河床自動調(diào)整作用，使變形朝著停止的方向。

5.6、河床地質(zhì)結(jié)構(gòu)

利用旁掃聲納儀對河床表面進(jìn)行掃描，研究河床表面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)而判斷河床的穩(wěn)定。河床地質(zhì)結(jié)構(gòu)是直接影響河床穩(wěn)定的因素。

圖5-9 淤積壩水下地形圖及水下地質(zhì)分布圖

隨著水流推動形成了圖5-9中的壩體，形成的淤積壩體有很多表層覆蓋了很多碎石組成，這些石頭原本是河道治理邊坡的石頭。

5.7、潮汐動力

圖5-10 西江干流至磨刀門水道沿程各站歷年平均低潮對比圖

圖5-11 西江干流至橫門水道沿程各站歷年平均低潮對比圖

近20年來，西江上游低潮位下降明顯，下游低潮位有上升趨勢； 順德區(qū)域的板沙尾是低潮相對低位，中山區(qū)域小欖附近的低潮是相對高位。形成橫門水道的咸潮不易進(jìn)入，而磨刀門的海水較易倒灌的局面。

圖5-12 北江干流沿程歷年平均低潮比較圖可見北江沿程低潮位同樣下降明顯。

圖5-13 佛山地區(qū)水域平均潮差比較圖

從圖5-13可見，近20年潮差大幅增大，與低潮趨勢接近。近年來連續(xù)出現(xiàn)干旱與雨豐季節(jié)，兩極分化嚴(yán)重，堤岸邊坡大多暴露在外面，長期干旱，結(jié)構(gòu)脆化，遇到水位上升，邊坡結(jié)構(gòu)就會松散，遇到大潮期，退潮急速時(shí)，產(chǎn)生潮汐牽引力，將岸坡部分向水中牽引，進(jìn)而引起坍塌。

5.8、水浪擠壓和牽引力

有些險(xiǎn)段河道窄，承擔(dān)起主要的水上交通樞紐的任務(wù)，當(dāng)有當(dāng)貨船經(jīng)過，由船體產(chǎn)生的波浪形成向兩岸的推擠和牽引力。當(dāng)?shù)虈露榷盖闆r下，波浪向向兩岸分散時(shí)產(chǎn)生推力，當(dāng)浪受到堤圍阻擋，產(chǎn)生向河中間方向的牽引力。這樣往返的推力和牽引力對堤圍產(chǎn)生擠壓和牽引，也是堤圍變化的原因。

根據(jù)以上幾點(diǎn)可得到制約和影響河道變化變的主要水文因素有：①河段的來水量及其變化過程；②河段的來沙量、來沙組成及其變化過程；③河段的河谷比降；④河段的河床形態(tài)及地質(zhì)變化。其中第①、②、③因素決定挾沙水流條件，反映輸沙不平衡的基本要素；第④個(gè)因素決定河床條件。

6、結(jié)論、建議

從監(jiān)測的10個(gè)險(xiǎn)段成果綜述與河道變化趨勢看，河床的總體變化為下切的只有2個(gè)，但從邊坡變化為下切的卻有4個(gè)。按自然規(guī)律與監(jiān)測的成果看，河床面的變化（下切或淤積）受來水來沙的影響年度起伏較大，而邊坡的變化是相對穩(wěn)定的。但由于邊坡的變化，直接影響到堤防的安全，加劇險(xiǎn)段的險(xiǎn)情。去年，西、北江洪水最高水位，分別排在馬口、三水水文站建站以來的第59位和100位，但卻造成了樵桑聯(lián)圍金本段（馬口水文站上游）堤外灘和平洲水道奇槎段13+800-13+950段等局部坍塌。鑒于上述分析，提出以下建議：（1）除開展險(xiǎn)段的正常監(jiān)測外，要增加非險(xiǎn)段的監(jiān)測；（2）開展險(xiǎn)段監(jiān)測的同時(shí)，特別要加強(qiáng)邊坡監(jiān)測；（3）在開展汛前汛后監(jiān)測的同時(shí)，對不穩(wěn)定的堤段，增加旁掃聲納功能的監(jiān)測與常規(guī)水下地形的監(jiān)測頻次。

[1]林進(jìn)條,張雪英.多波束水下地形測量系統(tǒng)在肇慶景豐聯(lián)圍監(jiān)測的應(yīng)用.《水利科技與經(jīng)濟(jì)》，2009年5期.