雷亞平　楊清書　賈良文　彭鉅新

　　目前國内外關於航道整治理論大都處於半理論半經驗的技術狀態。徑、潮動力組合復雜的感潮區——珠江三角洲網河的航道整治更無成熟的理論和經驗可供借鑒。80年代以前，東平水道大多采用維護疏浚以改善航深，但由於河床處於緩慢的自然淤淺過程，收效甚微。1985～1990年間實施了大規模的綜合整治工程，通過布設丁壩群改變河床邊界形態來約束水流冲刷深槽。工程竣工十餘年以來的今天，東平水道全綫航深超過4m，航道等級全面提昇；與此同時，水流、泥沙動力條件以及河床形態也發生了重大調整和變化，這些調整和變化是進一步開發利用東平水道而亟需深入研究和認識的關鍵問題。東平水道河床演變特徵和規律是自然因子、整治建築物、高强度河床採沙等人類活動共同作用的結果，因而也是評價和認識航道整治效果及其資源價值的利器。本文主要以東平水道上段爲例，分析航道整治工程前後的河床演變規律，客觀地評價道航道綜合整治效果並分析河床採沙效應，爲進一步保護利用航道資源提供認識依據。

　　1　東平水道特徵及其整治方法

　　1.1　研究區概况

　　東平水道自思賢滘西滘口至廣州大尾角，全長68km，是珠江三角洲網河區内由廣州通往西江幹流的距離最短的黄金水道。受西、北江分水分沙支配和南海潮汐的影響，東平水道屬於河口區逕流與潮流相互作用的過渡性河段，在空間上可分爲四個區段（圖1）：（1）思賢滘，珠江三角洲網河區連通西江和北江的第一條水道，其水沙調節作用及其變化對東平水道水流、泥沙條件有着深遠的影響［1,2,3］。（2）東平水道上段（河口～紫洞），是逕流作用爲主的北江幹流河段，江心洲衆多，灘槽交錯多變，爲順直分汊河型。（3）東平水道中段（紫洞～登洲頭），是北江網河一級汊道，位於徑、潮雙向動力擠壓的珠江三角洲腹地。（4）東平水道下段，即自登洲頭至廣州大尾角的平洲水道，爲北江網河的二級横向支汊，潮汐作用影響顯著，水道彎曲狹窄，深切發育。可見，東平水道分水匯水復雜，自上游往下游逕流動力逐漸减弱而潮汐動力相對增强，河床形態調整和變化具有明顯的時空差异。

　　1.2　自然演變表現爲緩慢淤積過程

　　80年代以前，三水站的分流比占馬口和三水站總和的14～15％，多年平均流量爲1330m3/s，水體含沙量爲0.202kg/m3。東平水道上段河谷寬闊，平均超過1100m，逕流變率大，爲推移質泥沙運動强烈的北江幹流河段。因而河谷大而流量小，導致河道淤積、分汊，枯水期潮水不能有效地補充水深以致出淺礙航。

　　近數十年來，東平水道上段共有6套詳細的1∶2000或1∶5000的地形圖。每間隔1km量算河床斷面，通過計算平灘高程和造床（平灘）流量來分析河床演變特徵和冲淤變化。結果表明，80年代以前該河段沿程冲淤相間分佈，變化幅度較小。1952、1961和1977年河床滿槽容積分别爲183.77、173.66和180.23×106m3，總體上以緩慢淤積爲主。1961～1977年間，疏浚航槽使滿槽容積略有增大，但維護性疏浚没有從根本上改變灘槽交錯、寬淺礙航的面貌。

　　1.3　綜合整治方法和原則

　　東平水道河型多樣，河道又分又合水沙條件復雜，整治工程措施不僅要有針對性，而且須全河段連貫、全面、系統的整治。在微彎順直寬淺段，以丁壩整治爲主，以形成丁壩保護的淺灘和壩外深槽的灘槽分异的狀况，保证深槽穩定且有足够的水深；在江心洲段和分汊口淺灘段的支汊上，作鎖壩或錯口壩，調整主、汊的分流比，使主幹獲得較强的冲刷能力；對於曲率半徑小的急彎險段，采取退堤切嘴（邊灘）甚至裁彎措施。

　　針對東平水道徑、潮動力相互作用、河床寬淺的河性，整治建築物采用兩級整治高程和兩個整治綫寬度，其目的是搆成複式河床斷面形態，不僅可利用洪季逕流冲刷造床，而且有助於枯季潮流補充維持水深，這是東平水道整治工程的主要的設計思想和整治原則。多年平均流量1233m3/s對應的水位爲第一級整治高程，造床流量3260m3/s對應的平灘高程爲第二級整治高程，兩級整治高程之間以斜綫連接。平均流量時，整治斷面平均流速接近於河床的不淤流速；而河床的淤積主要發生在高於平均流量的汛期，因此，多年平均流量級的整治高程尚難以促使河道在汛後退水過程具有冲刷作用。然而，在兩級整治建築物約束下的複式河床斷面形態條件下，造床流量爲多年平均流量的2.6倍。第二級整治建築物約束水流，可利用自身的水力條件從而調整和改變原來的淤積狀態爲冲刷狀態。這樣，在由造床流量到平均流量的變化過程中，中、低水河床都處於冲刷狀態，延長了冲刷作用的時間，不僅有利於深槽的刷深和維持，而且也不妨礙枯水期潮流補充以保持足够的航深。

　　2　河床演變與整治工程的關系

　　東平水道河道寬窄不一，人類活動改造强烈，河漫灘缺失或不甚明顯。因此，在確定平灘水位和造床（平灘）流量［4］時須將定量計算與定性分析有機地結合起來，具體步驟如下：先由傳統的地貌學方法，在大比例尺航道地形圖的河床横斷面上進行定性、半定量的量讀，給出平灘水位大致範圍，然後通過SI指數法［5］定量計算出河床横斷面的灘槽轉折點，通過相互校驗，最後確定平灘水位和相應的造床（平灘）流量。這一方法的合理性在珠江三角洲網河研究中已得到了很好的驗证［5］。

　　近數十年來東平水道上段河床形態參數列於表1。在時間上，可區分爲工程前（1952～1977年）的自然變化過程、竣工初期（1990年）的調整作用過程以及工程後（1990～1998年）的劇烈變化過程等三個不同階段。可以看出，1990年以前，東平水道上段已經由自然的淤積過程轉變爲冲刷狀態，在此我們着重分析近年來的河床演變與整治工程的相互關系。

　　2.1　河床幾何形態調整與變化

　　近年來，在整治建築物調整作用、河床採沙等人爲因子的影響下，東平水道上段河床形態調整與變化的特徵和規律如下：

　　（1）整治竣工初期的1990年，平灘水位顯著降低（圖2，A），平灘寬度明顯縮窄。（2）雖然1990年比1977年的平灘意義平均水深减小了0.97m，但深泓平均下切2.96m，同時平灘水位下降了2.63m，實際的斷面平均水深（珠江基面）略增0.34m。原礙航淺灘冲刷消失，全綫航深已達到了整治目標，滿槽容積也由1977年的180.23×106m3增大至1990年的201.23×106m3，相對冲刷擴容達11.65％。（3）90年代以來，深泓繼續大幅下切（圖2，B），1998年時的平均水深（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；滿槽容積也比1990年相對增大了14.35％。（4）整治前（1952～1977年）、整治中（1977～1990年）和整治後（1990～1998年）的深泓高程平均下降量分别爲0.60m、1.30m和5.75m，年均下切速率分别爲0.02m/a、0.10m/a和0.72m/a，在時間上表現爲兩次加速下切過程，前者主要由航道整治和疏浚維護所致，後者主要與大規模河床採沙有關。（5）寬深比和灘槽高差是河床形態特徵的綜合體現。1990～1998年間，寬深比下挫减小了一倍以上；灘槽高差顯著提昇，由1990年的6.54m抬高至1998年12.09m；而同期的平灘水位降低和平灘寬度减小的速率却明顯趨於緩和，因此90年代以來主要表現爲河床的直接下切加深。從流量增加與寬深比减小的關系來看，河槽趨於窄深，有利於水沙輸送［6］。

　　2.2　水沙條件與河床演變的關系

　　河床形態是河流動力因子與地質地貌因子相互作用、相互調節的結果［4,8］。動力因子發生改變會引起平灘水位、灘槽高差、寬深比等産生與之相適應的調整變化；反過來，河床形態參數也反映了動力和河床邊界的變化規律。東平水道近年來水沙條件變化的主要特徵爲：洪季逕流造床動力和枯季潮流補充作用均有所加强。

　　1952、1961、1977、1990、1994、1998年的三水站的平灘水位分别爲4.2、4.55、4.4、1.9、1.9、2.36m。根據三水站1983年的水位=流量關系曲綫推算，80年代以前相應的造床（平灘）流量分别爲3200、3500、3400 m3/s，與整治工程第二級整治高程4.5m及其對應的造床流量3260 m3/s相當。在1985～1990年實施了大規模的航道綜合整治之後，受到河床形態調整變化以及河床採沙等人爲因素的影響，三水站的水位-流量關系曲綫逐次右偏下移。1998年時，三水站的平灘流量爲3967 m3/s；原整治建築物第二級整治高程對應的流量已高達6955m3/s，是整治設計造床流量的2.13倍。由此可見，雖然近年來平灘水位明顯下降，但造床流量不减反增。另一方面，近年來深泓下切，水深增大，部分河段的平灘水位低於珠基0m，表明潮流動力影響相對增强。

　　西、北兩江的來水來沙經思賢滘交匯和調節後，一部分水沙會改向西江（馬口站）或北江（三水站）輸送；是西江水進入北江（東平水道上段）還是北江水進入西江，要視乎西、北兩江的流量大小、思賢滘兩側西、北兩江的河底高程和水位的高低而定。三水站位於東平水道上段起始端，其流量和含沙量特徵（表2）可以反映出河床演變水沙動力條件的變化。

　　由表2和圖4可見，整治前（1961～1977年）年平均流量較小而水體含沙量也較小，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積爲歷史最高峰），整治後（1990～1998年）流量最大而含沙量最小（與流域治理有關），清楚地反映出90年代初以來三水站分流比大幅增大、水體含沙量减小的變化特徵。80年代以前，三水站的年均分流比維持在15%左右（特殊年份如1963大旱年除外，如圖4），比北江幹流石角站占西、北兩江（高要站和石角站）年均逕流的比重16%還小，1993年後迅速增加到並一直維持20%以上［5,7］。三水站分流比增大是由於北江河床大量人爲採沙使河底高程顯著下降（低於西江幹流河床高程）所致。但是，歷經了1994年以來三水站珠基9m以上的幾場大洪水考驗，表明在三水站分流量大幅增加的新條件下，東平水道航道整治後的河床演變趨勢没有對行洪防汛造成不利影響［9］。

　　2.3　整治效果與河槽深切擴容的主要原因

　　航道整治工程利用水文要素與冲積河流河床形態相互作用、彼此適應的基本規律，通過一定限度地改變河床邊界形態，使水流和泥沙運動適應其變化從而産生特定的調整作用及冲淤演變趨勢。由於對東平水道河性有客觀的認識，采取兩級整治高程，一方面延長了冲刷作用時間促使洪季逕流刷槽（中、低水河床）淤灘（壩田），另一方面也不致阻礙枯季潮流補充進來維持航深，因此，在竣工之初原礙航淺灘河段即冲刷加深，充分説明兩級整治建築物對東平水道冲淤變化的調整作用是積極而顯著的，兩級整治是珠江三角洲徑、潮相互作用的網河區是行之有效的工程措施。

　　但是，河床形態的變化，特别是高强度、高密度的河床採沙活動直接作用和改變了河槽邊界，必然會引起東平水道水文要素發生變化。東平水道上段爲逕流作用爲主的北江幹流河段，推移質泥沙活躍，床沙以粗砂和粗中砂爲主，爲優質的建築沙源。80年代末至90年代出現大規模的河床採沙活動，1994～1998的仍維持較劇烈的採沙活動。因此，河床採沙效應與整治建築物竣工後的調整作用在時間上相互重叠，兩種因素共同作用使河床冲刷加深，從而改變了東平水道來水、來沙條件和河床形態及其冲淤變化的動態平衡關系。

　　從不同時段的河床滿槽容積的比較可以看出，1998年比1977年的河床滿槽容積增加了4988×104m3，河床平均高程降低了5.41m；1990～1998年間的滿槽容積年平均擴容速率是1977～1990年間的2.24倍。從河床形態參數（表1）不同時段的變化幅度和速率來看，1990、1994、1998年的深泓高程、平均水深、寬深比和灘槽高差等河床形態變化幅度大且呈加速變化趨勢。綜上所述，雖然竣工初期的1990年河床形態特徵已出現了預期的調整變化，但變化幅度不大，且整治工程本身可能引起的調整變化幅度也是有限的，因此，從河床形態特徵調整和變化的速度和幅度來看，河床採沙活動及其效應才是近年來東平水道水沙動力改變和航道資源價值全面提昇的主導因子。

　　3　東平水道面臨的新問題及其保護利用

　　如前所述， 90年代以來東平水道河床形態、水流和泥沙條件産生了巨大改變，而這一改變其影響是利是弊？改變後水流、泥沙動力條件的穩定性、河床採沙繼續作用的强度和空間分佈的狀况及其趨勢如何？都是值得關注的新問題，也是如何更好地保護利用東平水道的航道資源亟須深入研究的課題。

　　（1）當前水流泥沙條件下整治建築物的作用及其穩定性。在航道整治工程設計時，對應於兩級整治高程2.2和4.5m的平增流量和造床流量（三水站）爲1230和3260 m3/s；1998年時，相應於兩級整治高程的流量爲3718和6955 m3/s，分别爲航道整治工程設計的平均流量和造床流量的3.02倍和2.13倍。可見，整治建築物所能調整的流量和河床範圍大幅增大，刷槽淤灘以致灘槽高差持續提高。此外，1998年平灘寬度平均值僅爲530m，與原工程設計的整治綫寬度爲500m相當接近，導致寬深比明顯下挫。東平水道上段丁壩群的縱向分佈長度占到河段總長的60％，因此，相較於工程設計參數，在水流、泥沙條件發生巨大變化的條件下，東平水道整治建築物的限流斷面寬度較窄，水流冲刷增强，加上不合理的河床採沙破壞壩基的穩定，致使部分丁壩壩頭坍塌損毁。

　　（2）三水、馬口站分流比格局。在北江幹流河道河床採沙活動得到控制的前提下，如果西江幹流河段繼續大規模河床採沙，思賢滘兩側西、北兩江的底床高程和水位的變化必然會引起三水、馬口分流形勢不斷改變。雖然當前東平水道流量增大有利於冲刷造床，亦不會對洪水排泄造成嚴重後果，但是，三水站分流比的未來趨向仍將受到人類因素和自然過程的影響，三水、馬口站分流比的格局及其調控對於今後東平水道開發利用無疑有着深遠的影響。

　　（3）河槽形態的穩定性與航道資源價值。目前東平水道全綫航深超過4m，深槽穩定，航道資源價值全面提昇，這一優勢能否長期維持是關鍵所在。北江思賢滘以上石角站的來沙量小，僅爲50×104m3/a；近年來懸移質含沙量降低至0.16kg/m3，淤積甚少；而1990～1998年間，該河段人爲採沙總量約爲52×106m3。因此，從泥沙來源和東平水道緩慢的自然淤積演變過程的對比來看，即使河床採沙活動停止，東平水道河槽也可長時期保持其穩定性。但是，航深和航寬才是東平水道資源價值的關鍵因素。如果三水斷面分流量較少或枯水期潮流補充不足，對於當前的河床形態特徵，水深和河寬將縮小，出現“河谷大，流量小”的矛盾。

　　綜上所述，東平水道河床演變的趨勢及其航道資源的保護利用的根本問題是如何調控河床採沙等人類活動，舍其不利影響，使之在合理的空間，適當的限度内産生有利的作用和影響，以維持適當的三水、馬口站分流比和東平水道洪季逕流造床、枯季潮流補充的基本特徵。

　　4　結語

　　兩級整治水位符合“洪季逕流冲刷造床，枯季潮流補充水深”的河性，有效地延長了從造床流量到平均流量變化過程中的冲刷作用時間，整治竣工初期即達到預期的收效，在珠江三角洲網河區感潮河段獲得了開創性的成功。

　　整治後的90年代以來河槽大幅度加深增容，平灘水位下降，寬深比下挫，灘槽高差抬昇，河床向有利於水沙輸送的窄深方向發展。從近十餘年來河床演變的特徵和規律來看，整治工程與大規模河床採沙活動在時間上重叠，整治建築物利用水流動力的刷槽淤灘調整幅度是有限的，而劇烈的河床採沙才是東平水道河床形態、造床動力加劇變化的主導因子。

　　河床演變特徵是評價東平水道航道綜合整治效果的有力途徑。在新的水流、泥沙和河床形態條件下，東平水道的穩定性及其可能的演變趨勢是航道資源保護利用的認識依據。我們認爲，河床採沙效應利大於弊，如何因勢利導，有效地規範、引導和調控人爲活動及其效應，使之成爲一種與自然過程相適應的、合理、有度、有利的河床演變的影響因子，才是東平水道進一步保護利用的根本。

　　原載：水利水運工程學報，2003，（3）：13-17.