渭河下游臨渭區河段砂石資源可開采量分析

郭 亮

(陜西省水利技工學校，陜西 涇陽713702)

1 渭河臨渭區河段河道概況

1.1 基本情況

渭河是黃河最大的一級支流，發源于甘肅省渭源縣烏鼠山，流經甘肅、寧夏、陜西三省(區)，在陜西潼關縣港口附近注入黃河。渭河的流域面積為13.48萬 km2，河長818 km，其中咸陽鐵路橋至港口為下游，河長208 km。渭河下游是1960年建成的三門峽水庫的庫區和影響區，泥沙淤積嚴重，2002年汛后淤積量最高為13.218 2億 m3，到2011年汛前渭河下游共淤積泥沙11.754 9億 m3，可以看出，從渭河下游整體上看，泥沙淤積已較最嚴重的2002年汛后減少1.463 3億 m3，淤積狀況有所緩解。

但是，臨渭區河段淤積泥沙2011年汛前較2002年汛后泥沙淤積量仍增加0.155 8億 m3;對屬于三門峽庫區淹沒區及影響區臨背差2～3 m、防洪形勢嚴峻的臨渭區河段來說，河道泥沙淤積仍處在持續發展過程中。因此，疏浚采砂對臨渭區河段減少泥沙淤積、理順河勢仍具有重要的現實意義。

1.2 地質概況

渭河下游河床具有典型的上下二元結構［1］，地層上部河漫灘為砂壤土、粉質砂土，下部河床為中粗砂層。這些物質，自上游至下游由粗變細。其中交口—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。渭淤17～13斷面間河床質以細砂為主，大于2 mm的礫卵石僅占2%～3%，河漫灘由細砂和粉砂組成，河岸主要為壤土、粘土構成，粘粒含量達30%以上。

1.3 河段泥沙顆粒級配情況

渭河下游連續寬級配床沙的輸移過程表現為輸沙率從總的趨勢上是隨流速的增大而增大的連續過程。由于床沙組成與來水條件、邊界條件及河道形態等因素有關，在渭河下游有涇河和南山支流匯入或有拋石護岸等局部因素影響，使局部河段床沙料徑大于1 mm部分在料配曲線中占有一定的百分點外，臨渭區以下河段，除南山支流零河、尤河、赤水河入渭河口段外，河床組成基本上為中細砂。

2 臨渭區河段砂石資源貯量分析

2.1 主槽建筑用砂質量評價

渭河主槽目前為堆積階段，主槽巖性以中粗砂為主。砂的成份主要以石英、長石為主，分選、磨圓均較好，泥質含量少。從試驗結果［2］來看，主槽中的中粗砂可以作為3區建筑用砂，上游渭淤19#斷面附近，顆分資料顯示已接近2區砂，為較為理想的砼細骨料。從下游向上游，中值粒徑d50=0.39～0.50 mm，細度模數 =1.8～2.2，渭河主槽的沉積粒徑明顯變粗。

上述數據為天然狀態下的測試數據，采用抽砂船，利用傳送帶輸送采砂，開采過程中可有效地將砂中的泥質含量、極細砂(＜0.158 mm及部分微細砂＜0.315 mm)篩選掉，使砂質總體顆粒更粗，有可能達到2區砂。

2.2 靜態貯量計算

靜態儲量計算是指在不考慮河流淤積的情況下，按目前極限開采深度內(枯水期水位以下15.0 m)，考慮各段河槽的曲流長度及主槽寬度計算的開采范圍內可供利用的建筑用砂儲量。主槽曲流總長度為35.545 km，枯水位以下15 m、13 m、11 m、9 m、7 m范圍內可供利用的建筑用砂的靜態可利用總儲量分別為6 812萬 m3、5 804萬 m3、4 796萬 m3、3 788萬 m3、2 780萬 m3。按臨渭區主槽最深點以下2.5 m開采深度考慮，各斷面可采砂資源統計見表1，可以看出，考慮各段河槽的曲流長度及主槽寬度計算的開采范圍內可供利用的建筑用砂靜態總儲量為843萬 m3。

3 臨渭區河段砂石年補給量分析

渭河下游河道中的推移質泥沙在床面推移具有明顯的輸移帶，其位置和寬度取決于流量的大小、主流線位置和河道環流的強弱等因素。一般來說，處在主流過渡段附近，床面的泥沙才能呈沖刷或暫時性沖刷狀態，并容易形成較好的砂料區，但在這些地方往往是影響主流方向的敏感區域。

3.1 不同級配懸移質輸沙量分析計算

臨渭區河段主槽泥沙堆積中主要是0.05～0.5 mm泥沙，以華縣站懸移質泥沙實測資料來看，粒徑大于0.05 mm以上的泥沙所占比例一般不足30%，平均18.9%;粒徑大于0.1 mm以上的較粗顆料的泥沙所占比例一般不足5%，這部分泥沙既是渭南以下河段河床的主體，也是懸移質泥沙的重要組成部分。

本河段不同級配輸沙量的計算，泥沙級配采用華縣站歷年懸移質年均泥沙顆粒級配成果，輸沙量采用華縣站歷年輸沙量進行計算。華縣站粒徑大于0.1 mm的年輸沙量只有0.006～0.513 億 t，年最大輸沙量與最小輸沙量相差 85.5倍，多年平均輸沙量0.10億 t，為0.05 mm以上輸沙量的15.2%，減小非常多;粒徑大于0.25 mm的中粗沙年輸沙量為0～0.279億 t，年最大輸沙量與最小輸沙量相差更大，多 年平均輸沙量0.04億 t，為0.1 mm以上輸沙量的40%。

表1 渭河主槽最深點以下2.5m以內可采砂資源量計算一覽表

3.2 推移質輸沙量分析估算

依據1958～1967年推移質實測驗資料成果，推移質一般為懸移質的1/1000左右，各年推移質數量與顆料級配相差很大，年推移質量介于 1.98～46.95 萬 t，平均 17.60 萬 t。推移質顆粒大于0.1 mm的泥沙平均占到推移質輸沙量的45%左右，顆粒大于0.25 mm的泥沙平均占到推移質輸沙量的19%左右，并據此直線內插進行了推移質的估算，平均粒徑大于0.16 mm推移質占到輸沙量的35%左歷，年均粒徑大于0.16 mm推移質輸沙約6.2萬 t，可見，推移質輸沙量很小，但其主要由中粗砂構成，是河床組成的主要成份之一，對保持河床穩定有重要作用。

3.3 臨渭區河段砂石年補給量的估算

由于目前渭河下游臨渭區河段仍處于不斷淤積的過程中，通過的該河段的懸移質中的中粗泥沙理論上在適當的水流條件下皆可能停止運動而淤積在臨渭區河段河床上;但由于水流條件的限制，一般情況下洪水與輸沙相對應，能夠淤積在臨渭區河段的泥沙在自然條件下要遠較輸沙總量小，建庫以來1962年淤積測量至2006年汛后45 a該河段共淤積泥沙2.624 0億 m3，年均泥沙淤積0.058 3億 m3(0.082億t)占輸沙量的3.276億 t的2.5%。

由河道斷面主槽汛后水下部分淤積物泥沙顆粒成果統計情況可以看出，臨渭區河段各斷面主槽淤積物粒徑多年平均大于 0.10 mm以上的比例介于 34.8%～49.9%，平均43.3%，是華縣站輸沙量多年平均粒徑大于0.10 mm以上的比例2.4%的18倍。可見淤積在河道的泥沙粒徑要遠較輸移泥沙的平均粒徑要粗化得多，給臨渭區河段抽砂提供了較好的基礎。1960年以來臨渭區河段的年均泥沙淤積0.082億 t，根據臨渭區河段河道淤積物組成大于0.10 mm的比例，這一河段淤積的泥沙中粒徑大于0.10 mm以上的泥沙約0.04億 t(285.7 萬 m3)。

通過臨渭區河段大于0.16 mm以上的可利用泥沙年輸沙量(直線內插推求)約0.07億 t(500.0萬 m3)，遠大于河道年均自然淤積中粗砂含量0.04億 t;若把年淤積中的粗砂全部挖走，來沙量粗砂能夠補充并落淤形成較穩定的河床。各開采段的補給量既與河段河道本身輸水輸沙有關，又與其年開采量有關，在其上年采砂量遠小于下年河道輸沙量的條件下，采砂具有多采多補的特點，即河道輸移泥沙首先易在采砂坑回落淤積。

分析表明河段具體的補給量還與開采量有關，若采砂量較小，補給量應接近自然淤積量285.7萬 m3;臨渭區河段開采量大于214.3萬 m3(0.03億 t)時，該河段淤積狀況將有一定程度的減輕，即采砂對減緩淤積有一定的作用。

綜合上述分析，渭河下游臨渭區河段砂石多年平均可能靜態補給量約285.7萬 m3;在進行砂石資源利用的情況下，渭河下游臨渭區河段砂石多年平均可能補給量285.7～500.0萬 m3之間(0.04～0.07 億 t之間，按 1.4 t/m3進行折算)。

4 臨渭區河段砂石資源開采量的估算

4.1 臨渭區河段采砂坑允許深度的分析確定

研究表明在考慮采砂坑邊坡穩定，當開采深度控制在水文年河床自然沖淤范圍內時，有利于河床的自動調整［3］;考慮到臨渭區河段為淤積性河道，采砂形式以機械抽砂為主，采砂坑開挖邊坡在自然水流沖刷調整下一般能夠自然保持穩定。為了使采砂的影響在可控制范圍，不明顯改變河床質的組成，河段采砂量應控制在一定量的范圍內。由前述臨渭區河段最深點分析可知，1960年以來臨渭區河段自然沖淤變化范圍在3.8～7.7 m之間，平均為5.4 m;水文年最大沖淤深度范圍在1.4～3.6 m之間，平均為2.5 m。結合該河段河道整治的要求，使開采區上下淤、左右岸平順銜接的條件下，臨渭區河段采砂坑深一般應控制在2.5 m以內，最大深度不超過多年自然沖淤深度平均值5.4 m，采砂對河道的影響基本控制在允許范圍內。

4.2 臨渭區河段采砂坑允許長寬的分析確定

在順直河道中，砂坑移動速度隨L/b增大而增大。在順直河道中，砂坑寬度與長度增大會使砂坑被泥沙填充速度下降，但寬度的影響更為明顯。臨渭區河道采砂為河道抽砂，采砂坑的位置、長寬比(L/b)對砂坑移動速度和砂坑回淤速度均有較大的影響，因而該河段開采區的長與寬(L/b)主要受河道主槽寬和形態的影響［3］。依據有關研究［3］成果:渭河下游臨渭區河段砂坑寬一般小于主槽寬的1/6，最大寬不超過主槽寬的1/3(采砂坑位于順直河道中心線時)，其長度為寬的4～6倍較為適宜。因此，近期(2003—2006年)河道主槽寬介于217～471 m，平均寬為360 m;按采砂坑寬為河道主槽寬1/6計算，臨渭區河段近期單個采砂坑寬一般控制在60 m之內，長度控制在240～360 m之內。

表2 臨渭區河段汛后各斷面水主槽淤積物顆粒粒級成果統計表

4.3 臨渭區河段砂石資源可開采量分析估算

依據《規劃》確定的臨渭區河段內開采區和保留區，布設6個采砂場和3個保留區，結合前述確定的開采允許深度2.5 m、寬為主槽的1/6和長度為寬的4～6倍的分析成果，以及河道主槽淤積顆粒級配成果，估算臨渭區河段砂石資源可開采量分析成果。渭河下游渭南臨渭區河段規劃開采區、保留區和其它區域年可能開采砂石資源量約130.9萬 m3。

臨渭區河段年可開采砂石資源量約130.9萬 m3，小于前述分析的多年平均砂石資源補給量285.7～500.0萬 m3，約占多年平均砂石資源補給量的26.2～45.8%;而開采河段長為20.5 km，為總河段長 37.5 km 的 54.7%;這樣的比例保證了對采砂活動按要求進行嚴格管理條件下，該河段開采量控制在130.9萬 m3以下時，可基本維持河槽的穩定。因此，臨渭區河段該可能開采量計算成果是較為合理的。

估算開采量河道主槽的寬度依據是近期(2003～2006年)平均河道主槽寬進行確定的，是一種近期平均的開采量成果;若沒有較大的洪水過程，河寬和河勢變化具有漸變特征，近一兩年內在河寬與河勢沒有發生大的變化條件下可直接使用。在今后實際應用時，河道若發生較大變化的情況下，應根據當年的河寬和河勢情況重新對采砂坑寬和長進行評估確定，按前述的確定的原則和方法，根據實際河寬與河勢確定采砂坑的控制指標。

5 結論與建議

5.1 結論

1)渭河下游臨渭區段渭河主槽中堆積的中粗砂可以作為3區建筑用砂，上游渭淤19#斷面附近，顆分資料顯示已接近2區砂，為較為理想的砼細骨料。臨渭區河段采用抽砂船、利用傳送帶輸送采砂，開采過程中可有效地將砂中的泥質含量、極細砂及部分微細砂篩選掉，使砂質總體顆粒更粗。

2)按目前極限開采深度內(枯水期河水位以下15.0 m)，主槽寬度計算的范圍內可供利用的建筑用砂靜態可利用儲量為6 812萬 m3;河底以下2.5 m開采范圍內可供利用的建筑用砂靜態可利用儲量為843萬 m3。

3)初步估算渭河下游臨渭區河段砂石多年平均可能靜態補給量約285.7萬 m3;在進行砂石資源利用的情況下，該河段砂石多年平均可能補給量285.7～500.0萬 m3之間。渭河下游渭南臨渭區河段近期年最大允許開采砂石資源量約130.9萬 m3，河勢基本上可保持穩定。

5.2 建議

1)今后若河勢發生較大變化，在這一情況下實際應用該分析成果時，應根據當年的河寬和河勢情況重新對采砂坑寬和長進行評估確定，按前述的確定的原則和方法，根據實際河寬與河勢確定采砂坑的控制指標，對開采量進行重新估算后才能用于管理控制。

2)根據分析目前臨渭區河段局部若形成較大較深的采砂坑，對河道沖淤有一定影響;因此應加強采砂日常管理，嚴格控制采砂坑的合理深度和大小，以減輕非汛期采砂對河道行洪的影響。

3)在今后采砂許可管理中，應加強采砂坑不同位置、深度條件下對河道主槽沖淤和河勢演變影響的觀測和分析，積累直接觀測分析數據，為采砂的精細化管理奠定堅實的資料基礎和理論依據。

［1］陜西省水利廳.渭河流域近期重點治理規劃可行性研究報告［R］.西安.2005.

［2］陜西省地礦局第七工程勘察所.渭河下游臨渭區段渭河主槽建筑用砂資源勘查報告.2007.12.

［3］王金生.河道采砂與管理［M］.中國水利水電出版社.2006.9.