重庆交通大学 河海学院水利工程专业 重庆 400041
摘要：随着我国经济建设的飞速发展,建筑砂石用料需求量增大,由于经济利益的诱使,各种采砂船不合理的肆意开采江砂，严重破坏了长江中下游河床长期形成的冲淤平衡状态，给我国河流河势、防洪、通航，以及经济和社会等，都带来不良影响。为了解决开发利用江砂资源与保证防洪安全和航道治理规划目标的实现这一矛盾,本文通过探讨国内外过度采砂对河势、防洪、通航的影响，提出了采砂建议。
关键词：采砂；河势；防洪；通航
1 引 言
河道淤砂作为可利用资源,在我国的很多河流中都大量存在。适度合理地采砂,可以拉动国民经济,提供建筑材料,并有助于航运和防洪的发展。但是如果采砂不合理,将会造成生态环境的破坏,威胁沿岸安全。
随着我国快速的经济建设发展,建筑沙石用料需求量很大,由于经济利益的诱使,各种采砂船肆意开采江砂，严重破坏了长江中下游河床长期形成的冲淤平衡状态，给我国河流河势、防洪、通航，以及经济和社会等，都带来不良影响。
因此, 为了解决开发利用江砂资源与保证防洪安全和航道治理规划目标的实现这一矛盾,本文通过探讨国内外过度采砂对河势、防洪、通航的影响，提出了采砂建议。
2国内外研究现状
2.1国外研究
90年代中期以前,关于采砂影响的研究，大体聚焦于因不合理的河砂开采，使得河流水位下降、河床低面下降、河岸及周边建筑物受到冲刷等方面。具有代表性的是CHANG,Howard H的研究,他利用Fluvial模型进行了模拟和研究美国加利福尼亚州San Luis Rey河的河道采砂迫使河道收到的演变，并在河道中上游来流洪水为100年一遇时通过边界可动处理进行了对输砂率随时间在空间上的变化情况的模拟，最终对比实测资料结果进行了验证。
在90年代中后期之后,过度不合理采砂对河道引发的一系列问题也逐渐暴露出来,研究者们也逐渐将目光聚焦于这一问题。Sherman(1997)得出由于河道不合理采砂而形成河道过度冲刷的结论,进而造成了输砂失衡在加利福尼亚州沿海海岸带的发生。Barron(1999)研究了LosAngeles海岸带泥砂供给因采砂而出现的状况,得出肆意采砂会给Los Angeles海岸带长期平衡的泥砂供给造成严重影响。Jachec(2001)对美国新泽西州海岸的采砂影响问题通过光波模型做出了研究,指出这个地区将因采砂而对海床床面恢复、波浪、泥砂输移造成影响。
2.2国内研究
国内研究者稍晚一些做了这方面的研究,也使我国科研人员和有关管理部门感到了问题的严重性。毛劲乔在清华大学利用三维代数应力紊流数学模型,对顺直河道面状采砂坑周围的水流形态进行模拟计算分析，表明河床受到采砂坑周围水流的大量侵蚀, 泥砂在水流作用下持续运动，横向次生流对河床冲刷,造成河床变形。毛野在河海大学通过对采砂坑水流结构进行的分析,表明线状或面状采砂坑,由于坑上缘水面呈弯曲状向下跌落,类似于“跌水”的水流运动,不断冲蚀床面,使采砂坑不断扩大,溯源冲刷就此造成。
目前,对采砂活动引起的河床演变和航道整治工程的影响进行研究,一般采用原型河道观测资料分析法、实体定床模型模拟试验、数值模拟计算等综合手段,对河床演变和航运因河床自然演变和人为采砂改变河道形态受到的影响做出分析,并研究规划合理采砂区和采砂期。提出了以科研成果为基础指导，来对采砂区域进行规划, 结合采砂与航道的整治疏浚,加强科学管理,延缓或改变不利情况的发生,来规范采砂活动。
3采砂对防洪和航运的影响
3.1 过度采砂对河势的影响
采砂活动对河床演变过程的影响，从输砂平衡角度来看,主要是使输砂平衡受到了严重影响,并逐渐形成了新的平衡。水流挟砂力，作为水流的输砂能力,来与上游水流含砂率相比,可以对河流的冲淤情况进行衡量。水流挟砂力公式为
式中:K为系数;V为流速,m/s; g为重力加速度;R为水力半径,m;ω为床砂质沉速,m/s; m为指数。
水流挟砂力是与流速和水力半径有关的,由于采砂活动改变了河流的纵横断面几何特性,同时也改变了水力要素和水流挟砂力。假设上游来水含固定的砂量,若水流挟砂力增大,那么水流将会冲刷河床,若水流挟砂力减小, 那么水流含砂将会造成河床的淤积。在进口段，采砂后的砂坑的比降将会增大,水流的流速增大,那么水流的挟砂力变大,就会有冲刷现象的出现；在出口段，水深将会变大,流速随之变缓,水流的挟砂力会减小,就会形成淤积。进口段缘口部位受到水流的冲蚀,上游水面线的跌落点将进一步移向上游,将会不断向上移动冲蚀床面,采砂坑的范围不断向上延展,溯源冲刷就此开始。由于淤积的出现,在出口段，采砂坑出现上游回淤,从而采砂坑尾部也逐渐向上推移。过度采砂不只因取走河床上的泥砂而造成河床下降,同时还在开采处形成采砂坑，在下游形成淤积，在上游形成溯源冲刷。此外，淤积的泥砂再次被开采者挖掉,上游溯源冲刷进一步加大,下一河段的来砂进一步减少,以此类推, 普遍的冲刷状态出现在河道全线，使全河道河床变低。
3.2 过度采砂对防洪的影响
河段的水流走势和河床结构随着过度采砂而改变了，使河势变差, 随之崩塌现象在一些河滩发生，进而破坏护岸工程，正在治理中的河道，也会再次被破坏。对于水深流速大的河段，一般主航道处于这类河段，工程破坏经常发生在此河段，河砂粒径较大、质量好 ,吸引采砂者肆意开挖，使岸坡堤脚被挖空, 崩塌在岸坡发生,严重影响防洪安全。
3.3 过度采砂对通航的影响
无序肆意的过度采砂,改变采砂区域河床比降,使水流变急，甚至造成局部漩涡的形成,另外，运砂船布满航道河面,影响通航,造成意外,引起航运事故,使通航阻塞，乱序无章,进一步影响通航。同时也影响航道维护,尤其是在航道内(或紧邻航道)采砂,使通航安全无法被保证。
4过度采砂问题及解决建议
河砂作为一种自然资源，是长期积累形成的，属于有限、短时期不可再生的资源，针对上述不合理采砂问题，为了规范采砂活动、河砂资源的可持续利用，作以下建议总结：
1. 统一管理河砂资源的开采销售经营，有关部门出台相关政策，规范河砂开采活动，提高对防洪工程重要性和环境保护严峻性的意识，在保护防洪工程和生态环境友好的基础上进行开采；
2. 进行具体河流及航道的河砂量的综合评价，做到心中有数，进行可持续开挖的规划；
3. 在规划的基础上，细化到限制每个时期，每一河段的采砂量，并落实专人负责监管的责任制；
4.对已经造成破坏的区域，进行补救措施，防止因采砂造成的恶果进一步恶化；
5.在允许的情况下，选择碎石等建筑材料来代替河砂，甚至还可以用人工砂代替河砂，减少河砂的开采。
参考文献：
[1] Chang,Howard H.Modeling sediment yield affected by in-stream sand mining[C].Hydraulic Engineering Proceedings of the 1987National Conference,ASCE,1987:451-456.
[2] Jachec. Sediment transport rel ated to potential sand mining offshore New Jersey[C].Proceedings of the International Symposium on Ocean Wave Measurement and Analysis,v 2,2001:1326-1335.
[3]毛劲乔.顺直河道采砂坑水流的三维数值模拟[J].水动力学研究与进展,2003,18(5):660-666.
[4]罗永强.浅谈恩江河砂石开采规划与管理工作[J].水利经济,2003,21(6):27-28.
[5]毛野黄才安.采砂对河床变形影响的试验研究[J].水利学报,2004
[6]李文全.长江中下游采砂对航道演变及整治工程影响研究[D]. 武汉大学, 2004.
论文作者:和朋超
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/5
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