采砂对河道生态与环境的影响以及对策

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　　摘  要：河道采砂是目前河道存在的普遍现象。文章以梓江梓潼县境内河段的采砂数据为例，结合河道演变以及泥沙补给情况，通过河势变化，防洪安全以及生态与环境三个方面的影响来阐述采砂的影响。结果表明：采砂对河道河势稳定影响较小，不会出现河势变迁等问题出现;河道开采砂石之后拓宽了行洪断面，使得水流更为顺畅，提高了河道行洪能力;河道无通航要求，因此这方面不存在任何影响;采砂活动对河道水质有一定的影响，并产生一定的噪声及扬尘，同时对于鱼类也有一定的影响。分析采砂对河道演变以及泥沙补给的影响可以为河道进一步的整治及管理提供一定的指导意义。针对不同河道的具体情况制定不同的治理方案是目前河道治理的一项重要任务。文章根据具体的采砂情况对梓江梓潼县境内河段的采砂提出一定的建议。
　　关键词：梓江;采砂;河道演变;泥沙补给
　　中图分类号：TV85 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）04-0064-04
　　Abstract： River sand mining is a common phenomenon in rivers. Taking the sand mining data of the river section in Zijiang County as an example， this paper combines river evolution and sediment recharge to explain the impact of sand mining through river regime change， flood control safety and ecological and environmental impacts. The results show that the effect of sand mining on river regime stability is small， and there will be no problems such as river regime change; after the sand mining， the flooding section is widened， which makes the water flow smoother and improves the river flooding capacity; Navigation requirements， so there is no impact in this aspect; sand mining activities have a certain impact on the water quality of the river， and generate certain noise and dust， and also have a certain impact on fish. Analysis of the impact of sand mining on river evolution and sediment recharge can provide some guidance for the further improvement and management of river courses. It is an important task of current river management to develop different treatment plans for the specific conditions of different rivers. According to the specific sand mining situation， this paper puts forward some suggestions for sand mining in the river section of Zijiang County.
　　Keywords： Zijiang River; sand mining; river evolution; sediment supply
　　1 背景介绍
　　梓江梓潼河段为梓江由山区向丘陵地区过渡段，梓潼县城以上为山区，梓潼以下为丘陵区。梓江为梓潼县境内最大河流，沿途流经县境内的仙峰乡、许州镇、豢龙乡等11个乡镇，县境内河道长99.9公里，流域面积965.1平方公里，是梓潼县砂石资源主要分布区域。梓江梓潼河段内现有采砂场众多，为当地基础设施建设及社会经济发展提供了大量的砂石资源，经统计，河段内现在大小采砂场共计19处，其中有数个砂场现状储量均已开采完，开采活动不同程度的影响了河段河势稳定，另外有部分砂场位于桥梁保护区范围内，开采活动危及桥梁安全。目前梓江流域内采砂总体来说缺乏合理的规划，严重影响了梓江的行洪安全及砂石资源的可持续利用。
　　采砂可能对河道的演变和生态环境产生影响。易俊林[1]曾对河道的采砂管理现状进行了分析，并对河势演变以及生态环境的影响进行了分析。采砂对河道的有序性也会产生一定的影响。李自兴[2]曾以黄河柳林段为例对河道的有序性进行了分析，并对河道的有序采砂提供了一些建议。随着现在技术手段的进步，使用数模对采砂河道的模拟也有了一定的进展。刘亚婷和尹志刚[3]对采砂河段水流泥沙数值模拟研究进展进行了总结。丁继勇等[4]为研究建立河道数学模型，预测河道采砂影响，分别从泥沙运移公式、采砂坑数值模拟、采砂河段水流数值模拟、泥沙数值模拟4个方面，对各种河型、水沙条件下的水沙特性及河床演變规律进行论述。
　　本文采用梓江梓潼县内河段为例，通过河段内河道近期演变和泥沙补给的变化情况，结合县内采砂的具体情况，分析采砂对生态环境的影响，并根据具体出现的情况，对河道整治提出一定的相关建议。试图为河道整治提供一定的参考意义。 　　2 研究区域与现状
　　2.1 研究区域
　　梓江为涪江一级支流，属嘉陵江水系。梓江中下游河段位于梓潼县城至河口段，河段长192.4km，属丘陵地区，河流具有典型的丘陵区河道特点：干流河道弯曲，河床宽阔平坦，河岸低矮，比降小，沿岸有大小不等的一级阶地分布，为主要城镇、农业耕作区。流域中下游段植被一般，河流含沙量相对较大，天仙寺水文站悬移质含沙量为1.1kg/m3，输沙量主要集中在5～10月，占全年总量的98%以上，沙峰多随洪峰出现。本次采砂规划的范围为梓江干流梓潼县境内河段，规划河段全长99km，梓江干流沿途流经县境内的仙峰乡、许州镇、双板乡、豢龙乡、宏仁乡、文昌镇、长卿镇、东石乡、观义镇、玛瑙镇、交泰乡共11个乡镇，涉及到的11个乡镇总人口18.04万人，占梓潼县总人口的47.7%， 2012年，梓江干流沿岸乡镇共实现地区生产总值41.36亿元，占梓潼全县的61.0%，为梓潼县经济最发达的区域。
　　梓江干流梓潼段共规划禁采河32处，禁采河段全长44.3km，占规划河段全长的44.78%。上段起始于K0+000（东方红大桥）～K27+782（豢龙乡），中段K34+152（宏仁堰下游）～K38+332（梓橦县城区上游），下段K50+692（梓橦县城区下游）～K99+000（三台县交界），规划河段共规划11个可采河段。
　　2.2 河道的近期河道演变与泥沙补给
　　80年代以前梓江河道演变较为缓慢，河道内人类活动也相对较少，近年来，随着流域内经济飞速发展，砂石资源需求日益增大，梓江河沿线各乡镇大量在梓江河道及河滩采砂，受河道采砂的影响，局部河段河道大幅度展宽，河道深泓线沿程均有所下降，深泓线横向也有小幅度摆动。受采砂影响最大的河段主要在梓潼县城上、下游河段，该河段距离需求中心近，具有运输上的便利，河段砂石资源基本开采枯竭，大多数河段历史含量均被开采殆尽，部分河段被采出3～4m的深槽，数个河心岛被开挖得千疮百孔，河分河滩地被开采后，受洪水的冲刷，两岸岸坡均有不同程度的崩塌，严重影响河道的河势稳定。近年来，河道的自然演变规律与历史演变规律基本一致，河道无大的变化，主要变化为人类活动影响的加剧，导致了河床局部的变迁，局部地方由于人为破坏，影响了河段的河势及岸坡稳定，导致了河道局部的变迁。今后，随着流域内采砂等人类活动的逐渐规范，河道的演变规律将会恢复至天然状态的演变规律，即梓江上游河段总的演变趋势仍表现为河床的缓慢下切，下游河段则表现为深泓槽的逐年淤积抬高，直到形成新的动态平衡。
　　规划河段泥沙来源主要为上游输沙及区间面积产沙，根据梓潼水文站实测成果，采用水文比拟法将梓潼水文站来沙比拟至规划河段上游起点，经计算，规划河段入境断面上游多年平均悬移质来沙量为22.7万t，推移质来沙量为3.4万t;交泰乡出境断面多年平均悬移质输沙量为44.2万t，多年平均推移质输沙量为6.6万t;规划河段区间面积为1068km2，区间产沙模数为214t/km2，区间悬移质产沙量为22.9万t，推移质产沙量为3.4万t。由此推算规划河段砂石资源补给量，其补给量等于上游入境沙量与区间补给量之和，扣除出境量，由此计算出规划河段多年平均泥沙补给量为1.6万t。由于河段内现状开采主要为历史含量，其开采量远大于河道砂石资源的补给量，为了保证河势的稳定，年度开采量以现状已有砂量为控制，年度补给1.6万t（合0.94万m3），不预考虑开采范围内。
　　3 采砂对生态与环境的影响分析
　　3.1 采砂对河势稳定的影响分析
　　本次规划采砂河段分部在梓潼县境内，各采砂场在布置时均考虑了对河势的影响，规划的11个采砂场分布于梓江弯道处，开采弯道内侧边滩砂石资源，总体来说对河道河势稳定影响不大。
　　对于河道的稳定分析，本次用洛赫金公式和阿尔图宁公式计算了各采砂河段的纵向和横向稳定指标。计算公式如下：
　　由表2分析可以看出，梓江各采砂河段纵向较稳定，纵向稳定系数远大于临界值1.0;横向稳定性一般，大部分河段横向稳定系数大于临界值0.2。由以上成果可以看出，梓江横向稳定性差于纵向稳定性，梓江各采砂河段在采砂时应及时进行采砂边坡的处理，采砂后会使水流流态发生改变，虽不会对河道河势产生较明显的不利影响，但为防止因边坡失稳而影响梓江河道的横向稳定性，采砂后对边坡进行处理是非常必要的。
　　3.2 采砂对防洪安全的影响分析
　　根据本次规划采砂场的布置情况，各采砂场均结合河道的疏浚进行布置，规划实施以后将会对河道行洪有一定影响。为了分析采砂对梓江行洪影响分析计算，采用恒定非均匀流水面曲线法计算采砂区域开采前后水面曲线的变化。
　　3.2.1 水面线计算的边界条件
　　为满足水面线推求，考虑到该计算河道较长，采用了本阶段实测的63个大断面资料，断面平均间距0.1km。
　　河段糙率的确定：在分析中小河流水文站实测糙率的基础上，参考目前国内外及省内各有关单位的分析研究成果，以及《天然河流河道糙率表》，并结合采砂规划河段河床组成、堤防建设情况、断面形状、滩槽分布、流向流态等综合因素经验选取。
　　3.2.2 计算方法
　　
　　式中：Z为水面高程;α为动能修正系数;V为断面平均流速;g为重力加速度;he为断面间的能量损失。下标1，2分别代表下游断面和上游断面。
　　两断面间能量损失包括沿程摩阻损失和断面扩散放大或收缩造成的局部能量损失。能量损失可写为下式：
　　
　　式中：L为断面间距;Sf为摩阻坡度;C为断面放大或收缩能量损失系數。
　　两断面间摩阻坡度Sf用上下游两断面摩阻坡度的几何平均值来计算：
　　由表3可以得出，本次采砂规划梓江河段采砂后整体看来增加了采砂河段河道的过水面宽度，降低了该段的水位，可减小对河道的冲刷，对河道行洪是非常有利的。 　　3.3 采砂对生态与环境的影响分析
　　本次采砂规划结合河段砂石储量、沿岸社会经济发展需要确定在规划河段内采砂需求及采砂可能的河道（河段）纳入本次规划范围，梓江采砂河段总长99.00km，主要集中在梓潼县各乡镇。本次共规划11可采区，开采方式为旱采。
　　3.3.1 对水环境的影响
　　对水质的影响。根据规划，本工程开采方式为旱采。旱采主要针对河滩地，开采时将造成河滩地附近水体SS浓度增加，但影响是局部的、暂时的，从规划江段的水环境质量现状看，本次规划河段位于城市段的测点其水环境质量均达到规划的水功能区目标要求。
　　对取水口的影响。本次采砂点分布于梓潼县各个乡镇，应注意其采砂活动对城镇取水口的不利影响，以及对城镇取水设施的影响和采砂后水文情势改变水质的影响。
　　可采区的采砂作业时间较短，采砂作业产生的不利影响基本上是短期可恢复性影响，因此只要加强管理，这种影响整体上不大。
　　由表4中可知，现状情况下原有取水口高程与采砂前水位比较，可以正常取水，不影响取水，采砂后的水位高程与采砂前相对比，没有变化，由于在规划河段采砂时，取水口作为保护对象，按《四川省饮用水水源保护管理条例》规定取水口为水源保护区，一级保护区：从取水点起算，上游1000米至下游100米的水域及其河岸两侧纵深各200米的陆域;二级保护区：从一级保护区上界起上溯2500米的水域及其河岸两侧纵深各200米的陆域;均为禁采范围区，故本次规划采砂对规划河段内水源保护区取水口没有影响，不会破坏水质环境，采砂后不会对取水口正常取水及取水河段的水质产生不利影响。
　　3.3.2 对水生态的影响
　　采砂对水生环境的影响。江砂被采后，由于短时间内得不到补给，造成采砂范围附近水流和河床底质发生变化，这些变化将会对水生生物栖息地产生一定的不利影响，从而对水生生物的生存和繁衍造成一定的不利影响。
　　采砂对鱼类资源的影响。采砂对鱼类资源的影响主要是因为鱼类的产卵繁殖受到影响而导致鱼类资源量的下降。由于江砂集聚的地方一般为河道弯曲、水流变化较大的地方，而这些位置通常也是产漂流性卵鱼类的产卵场。采砂作业将破坏经长期形成的鱼类产卵环境，造成鱼类产卵场破坏或产卵规模萎缩，如果多数采砂江段同时在繁殖期采砂，则会严重影响鱼类产卵活动，影响鱼类资源的补充。因此，对鱼类产卵场的主要分布区应控制采砂范围和采砂时段。
　　4 结束语
　　根据目前采砂存在的问题及砂石用量，制定采砂规划是十分必要的，以规范砂石的开采，维护河道河势稳定，保障行洪安全，适度、合理地利用河道砂石资源，使沿岸工农业设施正常运行和满足生态和环境的保护，促进當地经济发展，确保人民生命财产安全建立在“人水和谐”的良好环境起到积极作用。
　　通过分析，采砂对河道河势稳定影响较小，不会出现河势变迁等问题出现;河道开采砂石之后拓宽了行洪断面，使得水流更为顺畅，提高了河道行洪能力;河道无通航要求，因此这方面不存在任何影响;采砂活动对河道水质有一定的影响，并产生一定的噪声及扬尘，同时对于鱼类也有一定的影响，应严格控制开采机具数量、开采时间，将影响降低到最低。
　　根据以上的分析结果，我们认为以下几点是未来梓江中下游河段采砂的一些建议。（1）建议在年度采砂实施报告编制时确定每个具体采砂场的采砂规模、范围，并确定相应采砂机具数量，严格按规划实施，实施方案须报水行政主管部门批准。（2）实施过程中加大监督管理力度，确保尾料按规划进行回填，确保堤防、桥梁等重要设施的安全，确保河势稳定，桥梁、堤防、管线等设施的保护，按有关法律法规的保护范围执行，各相关部门依法履行职责进行管理和督查。（3）按照梓江防洪规划中相关措施结合实行，以便今后的河道利用与防洪控制河宽及岸线相结合，以确保河道行洪安全及河道两岸人民生命财产安全。（4）尽快进行梓江河道管护范围的确权划界，以利于经过河道的管理。
　　参考文献：
　　[1]易俊林.安州区河道采砂管理问题及对策分析[J].低碳世界，2019，9（01）：134-135.
　　[2]李自兴.黄河柳林段河道采砂有序性分析[J].山西水利，2018，34（12）：14-16.
　　[3]刘亚婷，尹志刚.采砂河段水流泥沙数值模拟研究进展[J].长春工程学院学报（自然科学版），2018，19（04）：28-32+75.
　　[4]丁继勇，王卓甫，安晓伟，等.基于多案例的长江河道砂石资源优化利用策略研究[J].水力发电，2018，44（12）：90-94.
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