北江观音庙险段变化特点及成因分析

北江观音庙险段变化特点及成因分析

赖远锋

(广东省水文局珠海水文测报中心，广东 珠海 519100)

摘 要：根据近10 a观音庙险段的实测资料，分析了横断面、深泓断面、冲淤变化、水流特性等变化特点，结果显示，2005—2016年间，该险段河床下切近9 m，险情加剧。分析成因主要由洪水侵袭、来沙量与水流挟沙能力不适、水流特性复杂引起。建议非工程措施与工程措施相结合，科学治理险段。

关键词：险段；变化特点；变化成因；科学治理

1 概述

北江观音庙险段位于珠江三角洲西北部，在佛山市三水区大塘围5+675至6+600段(见图1)，重点位置在6+050～6+250段。

险段所处河段为北江邓塘洲左汊，左岸属大塘围堤段，堤顶为水泥路面，河堤内、外坡都经过加固护坡处理，且堤脚均抛石，右岸是自然草滩地，属珠江三角洲上游冲击型平原河道。该段河道上游地处低山高丘，堤围基础土壤母质为砂砾岩、变质砂岩、花岗岩及石灰石等，河床为砂泥混合材质组成[1]。险段中心段最窄处约120 m。当洪水经过此段，左汊分流大，约占7成，河道水面收窄，受两侧挤压，水流加大，下游堤段出现了内弯，则出现水流急速、迎流顶冲的现象，随着时空的转变，堤脚严重被掏空，多年前出现了滑坡，形成了历史险段[2]。

图1 险段位置示意

2 险段变化特点

2.1 险段宏观变化特点

从险段三维地形图(见图2)分析，该险段最显著的特点是：迎流冲顶，深槽迫岸。

1) 堤围6+050～6+250段是险段的主要防治区，2005年后已经连续整治过3次，堤顶为水泥路面，堤身为水泥护坡，堤脚为抛石防护带。

2) 左岸渡口为中心，上下游150 m范围有1个面积约为3 200 m2(以-16 m等深线计算)的深坑，其最深处河底高程约为-17.34 m，2005年该处最深为-8.5 m，10 a下切近9 m。

3) 险段无滩可抵，水流直接冲击堤围， 6+150段最陡，坡比在1 ∶1.4，而在2005年该处的坡度比为1 ∶2.8。

图2 观音庙险段水下三维示意

2.2 横断面变化特点

从险段横断面(见图3)分析可见：

1) 2005年前该段河床平坦，河床高程约为-8 m左右。

2) 2005—2016年，险段已经过堤围达标整治、护坡砌石加固、临岸抛石等工程措施。

3) 2005—2016年，发生过2次严重下切：第1次发生在2006—2008年，受“08.6”西北江洪水影响，该时间段累计下切约6 m；第2次发生在2013年，受北江洪水影响，该次下切约3 m。

4) 2013—2016年汛后，险段边坡呈相对稳定态势，根基稳定。

5) 图4为险段6+275横断面变化示意，险段右岸为邓塘洲自然草滩地，由于该段河床冲深严重，河床纵向坡度加大，增大了水流顶冲能量，进而改变了河道左右两侧的边缘水流特性，流向复杂。不仅在险段左岸冲刷造成严重下切，在险段右岸草滩地也遭受冲刷，由图4右侧圆圈内图形变化可见该处水土流失严重。

图3 观音庙险段6+125～6+150横断面变化示意

图4 观音庙险段6+275横断面变化示意

2.3 深泓断面变化特点

从险段深泓断面多年变化(如图5) 可见，从2005—2016年间，该段河床逐渐冲深。2005年前河床深泓线在-8 m上下，2008年后则在-13 m上下，2013年后则在-17 m上下，近10 a间，下切近9 m。

2.4 河床冲淤变化特点

冲淤量计算在数字地形图的基础上，利用专用软件将险段固定区域作为多年统计范围计算，形成冲淤量变化(见表1所示)。

图5 观音庙险段多年深泓断面变化示意

表1 观音庙险段冲淤量变化

统计年统计范围面积/m2统计范围立体容积/m3冲淤量/m3最小河底高程/m平均下切深度/m200557972.6501514.6—-7.90—200857972.6527876.6184240-13.783.13201057972.6579834.944160-13.240.76201357972.6676223.5140393-17.092.42201657972.6675223.5-3755.9-16.99-0.04

通过表1可见 ，2005—2016年间，比较区域河床平均下切了3 m(最深处下切了9 m)，最大冲击流失量为18.4万m3。

3 险段变化成因分析

3.1 洪水侵袭

2004—2015年，共发生过2次超警戒洪水，分别是“2005.6”的11.7 m和“2008.6”的11.47 m，2场洪水对该险段影响较大。同时在2013年北江发生局部洪水，该段在8月20日水位为9.9 m，堤围坡脚受到严重冲刷。

3.2 来沙量与水流挟沙能力不适应

河床演变是水流与河床不断相互作用的过程，这一过程中，泥沙运动是纽带。任一河段在特定水流条件下有一定挟沙能力。当上游来沙量与水流挟沙能力互相适应时，水流处于输沙平衡状态，河床保持相对稳定；如上游来沙量与水流挟沙能力不适应，水流输沙不平衡，河床就产生相应冲淤变化[2]。

图6 三水水文站年均含沙量变化过程线

从图6可见，2004—2015年间北江内三水水文站年均含沙量均偏少；同时在“05.6”洪水时最大含沙量0.551 kg/m3，“08.6” 洪水时最大含沙量0.438 kg/ m3。年均含沙量与洪水最大含沙量2组数据均说明上游来沙量减少，河床已失去了造床时天然平衡状态，故发生了不同程度的冲深情况。

3.3 水流特性复杂多变

对该段在低水和中高水期间开展ADCP流场流态测验，观测区域为6+025～6+300段。

低水期测时水位在3.05～3.25 m间变化，流量在1 200～1 850 m3/s之间，水面最大流速为0.55 m/s，流向在245°～260°，流向比较顺直；水底最大流速为0.30 m/s，流向在232°～270°，流向比较顺直见图7。

高水期测时水位在8.32～8.75 m间变化，流量在8 500～9 100 m3/s之间。水面最大流速为1.85 m/s，流向在225°～288°，流向比较顺直；水底最大流速为1.71 m/s，流向在175°～290°，从图8可见临岸20 m区域流向比较紊乱，有斜向冲击堤岸情况。

图7 低水期水下流速示意

图8 高水期水底流速示意

该段边坡比在1 ∶1.3～1 ∶1.7间，曾进行过3次抛石护岸的整治，但长期受涨落潮牵引力和水流冲击力影响，抛石带逐渐下滑至河床底，水流携带走石头底部的泥沙，石头下陷，河床被冲深。根据水流测验，绘制了水流动力轴线图(见图9)，统计了水动力特点(见表2)。

可见，在深槽区不论是低水期还是中高水期，都有2个水流顶冲点，水位越高，动力轴线越偏向堤岸，冲击能力越大，对该处河床底部冲刷程度越高。

表2 险段低水、中高水期水动力特点统计

顶冲点位置能量动力轴线角度河势冲刷情况16+050中高水时流速为1.8m/s,接受的冲击力大,低水时流速为0.4m/s,动力轴线变化,移向下游偏河中间高水时顶冲点处动力轴线角度约为155°,低水时为165°河道收窄,河底高程为-15.8m26+150中高水期流速为1.91m/s,接受的冲击力增大,低水时流速为0.51m/s,动力轴线变化,移向下游偏河中间中高水动力轴线角度约为170°,低水时为170°河道更加收窄,河底高程为-16.4m洪水时1号点距2号点为85m,低水时为78m,河面宽收窄,顶冲力增大,越往下游,河床逐渐冲刷剧烈

图9 低水、中高水动力轴线示意

4 结语

观音庙险段是北江内典型的迎流顶冲的历史险段，在2005—2016年经历了2次较大洪水冲击，受水流复杂、输沙不均衡、极端天气、涨落潮等影响，河床下切了近9 m。通过对该河道、护岸、堤顶沉降、左右汊分流比、河道地形测量等各种安全监测，并对其测量成果进行分析，可了解其运行状况，对其进行有效监控，从而最大限度确保险段良好工况[3]。

险段治理应因地制宜，需要非工程措施与工程治理相结合。应增加高、中、低时水文测验次数、加大收集该段河床长时间、长序列地质、地形资料、延长险段地形监测范围等非工程措施。工程治理措施要科学实施，如疏通上游分汊，改变该段分流比，使险段水动力轴线偏向河床中间，进而减轻岸坡冲击和河道泄洪压力，护岸防护采取多样措施论证，借鉴国内外险段治理经验和技术，为防汛减灾提供科学依据。

参考文献：

[1] 吴文芳.三水年鉴[M].广州：广东省人民出版社，2012.

[2] 钟永.2015年三水区重要险段监测报告[R].佛山：广东省水文局佛山水文分局，2015.

[3] 黄勇强.北江大堤西南河段河床变化分析[J]，广东水利水电，2010(8):15-17.

(本文责任编辑 王瑞兰)

Analysis on Characteristics and Causes of Guanyinmiao Dangerous Reach of Beijiang River

LAI Yuanfeng

(Zhuhai Hydrological Forecasting Center of Guangdong Provincial Hydrological Bureau, Zhuhai 519100, China)

Abstract：According to the measured data in recent 10 years of Guanyinmiao dangerous reach of Beijiang River, cross section, thalweg section, change of scour and silting and flow characteristics are analyzed. Results show that river bed is 9m deepened intensifying the dangers from the year of 2005 to 2016. And the causes have been analyzed, it turns out the main reasons are flood, the amount of incoming sediment not match sediment-carrying capacity and flow characteristics. Thus, it is recommended that non-engineering measures is scientifically worked with engineering measures while treating dangerous reach.

Keywords：dangerous reach; change characteristics; change cause; scientific management

收稿日期：2017-04-07;

修回日期：2017-04-27

作者简介：赖远锋(1977)，男，大专，工程师，从事水文水资源工作。

中图分类号：TV854

文献标识码：B

文章编号：1008-0112(2017)08-0013-04