珠江三角洲网河低水位变化与河床采砂效应研究进展

珠江三角洲水道人工采砂产生的河床变形与水文变异及其产生的各种复杂效应并不是一个特例，国内外相关研究的开展也由来已久。

Lagasse和Winkley［43］指出密西西比河流域上游1950年的采砂量超过4260万t，至1960年几乎增加了一倍，约8350万t；由于所采泥沙多为粗砂和砾石，破坏了河床表面的保护层，对河流系统的稳定性有着重要影响。Chang H.H.［44］运用数学模型对美国加利福尼亚州圣胡安溪因沙石开采引起的溯源冲刷进行了系统的研究和计算，并与原型实测资料进行了比较，两者基本吻合。Kornis等［45］通过水动力模型试验和野外调查指出，为了避免出现乱流，采砂坑的长度应不小于河槽宽度，同时不应宽于河槽宽度的一半。Gill［46］通过选择合适的边界条件和初始条件，基于线性圣维南方程组给出了可侵蚀河床采砂坑水动力特征的理论解，并讨论分析了梯形状和矩形状采砂坑的数值模拟结果。Mas-Pla等［47］研究了Baix Fluviá海岸地区采砂对浅水层—河流系统的影响，研究表明河床采砂可以导致地下水位的下降，引起河道盐水入侵，并进入地下的浅水层。此外，Li R.-M.等［48-51］也从不同角度研究了采砂坑引起的水流变化与其冲淤演变特性。

改革开放以来，我国经济的迅速发展伴随着大规模的城市建设，从北边的松花江，到南部的海南岛南渡江，均存在大规模的河道采砂问题。国内采砂效应研究的公开成果始见于20世纪90年代初期，罗宪林等［52］在1993年就对海南岛南渡江下游的人工采砂对河床演变的影响进行了探讨。之后，随着珠江三角洲地区及长江中下游地区的经济迅速发展，两地区的河道采砂规模迅速扩大，与采砂有关的相关研究也相继增多。袁林、江海洋、关树田、雷炎、陈来华等［53-57］分别研究了大规模河床采砂对长江、富春江、松花江拉林河、浑河沈阳河段、椒江河口段等河道河床演变的影响；高桂景、刘俊勇、胡江、赖永辉等［58-61］则分别建立了二维数学模型，对澜沧江景洪大沙坝、广州港南沙港区、嘉陵江礼嘉、珠江河段采砂后引起的水动力条件变化进行了计算分析，并探讨了该变化对航道通航条件产生的影响。(www.xing528.com)

与此同时，动床河工模型和数学模型等一些较先进的研究手段也开始用于模拟采砂坑周围的河床变形及其对桥墩、堤岸稳定性影响的理论研究。毛野［62］认为采砂坑对水流的作用类似于跌坎，相应的横向次生流和平面流场也被迫调整，水流流态变化引起局部冲刷，进而导致河床全面调整，影响河床稳定。毛劲乔［63］则应用各向异性三维代数应力紊流数学模型（ASM）模拟河道复杂采砂坑，分析表明采砂坑使原稳定的水流形态发生变化，沿主流方向形成涡旋导致采砂坑上游缘口冲刷，坑内的横向次生流则造成横向侵蚀。毛野［64］采用微尺度动床河工模型试验的方法研究了在顺直、弯道与分汊等典型河道不同部位进行大规模采砂对河床局部变形及对河段变形的极限影响，并指出持续进行河道采砂对局部河床变形有较大影响。齐梅兰等［65，66］根据采砂坑演变的平衡比降，认为采砂坑距大桥的安全距离主要与床沙粒径及水流流速有关；在此基础上采用分步法计算了海河采砂河床上的桥墩冲刷深度，进一步指出采砂坑对桥墩安全的影响与沙坑尺度及其距大桥的距离有关。王刚等［67］将采砂坑的形状、尺寸参数进行组合，采用STABR程序分别计算枯水期迎水坡的安全系数，从而提出了采砂坑影响堤防的临界距离的概念，并给出了采砂位置与堤防安全距离的表达式。