唐河水文站懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)問(wèn)題探討

□王曉森 □王一帆 □孫洪波（河南省南陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局）

1.唐河流域及唐河水文站簡(jiǎn)介

唐河發(fā)源于河南省方城縣七峰山,屬于伏牛山脈。上游由潘河和趙河組成,在社旗縣城南合流后稱唐河。唐河干流全長(zhǎng)230余千米,流域面積8390km2,于湖北省襄陽(yáng)縣雙溝鎮(zhèn)與白河匯合,稱唐白河,流入漢江。

唐河流域發(fā)源地帶的山川植被覆蓋面積較少,中游是起伏不平的崗丘,間有大片平原,耕地較多,土質(zhì)松軟,每遇瀑雨,水土流失嚴(yán)重,河水混濁;特別是近幾年閘壩、庫(kù)塘淤積嚴(yán)重,蓄水量減少,坡降大的耕地跑土跑肥,造成很大的水土流失。這些問(wèn)題可以通過(guò)水文測(cè)驗(yàn)(泥沙測(cè)驗(yàn))分析,進(jìn)一步掌握泥沙的運(yùn)行規(guī)律。唐河水文站的泥沙測(cè)驗(yàn),整理分析資料中的一些數(shù)據(jù)分析得出唐河流域的泥沙運(yùn)行規(guī)律。

唐河水文站是長(zhǎng)江流域唐白河水系區(qū)域重點(diǎn)站,典型的平原河流測(cè)站,屬國(guó)家重點(diǎn)站。觀測(cè)項(xiàng)目有：水位、流量、降水量、蒸發(fā)量、單沙、輸沙率等。唐河站位于唐河縣城南右岸,站以上干流長(zhǎng)121km,流域面積4777km2。唐河流域呈扇形,匯流時(shí)間短。

2.懸移質(zhì)泥沙的形成

河水挾沙的多少,主要是說(shuō)水土流失的多少,這決定于山川、崗丘植被覆蓋率和農(nóng)田基本建設(shè)的好壞等等。唐河站測(cè)驗(yàn)斷面地處平原,平均流速較山區(qū)性河道偏小,泥沙沉淀快,泥沙的縱向平均位置在0.6倍水深附近。另一方面,也決定雨情，暴雨產(chǎn)生的洪水含沙量大,中雨和連續(xù)中小雨產(chǎn)生的洪水含沙量偏?。痪蛿嗝婧沉繖M向分布情況看,流速大的部位含沙量大,流速小的部位含沙量偏??；就一次洪水過(guò)程看,漲水時(shí)含沙量偏大一點(diǎn),落水時(shí)含沙量偏?。痪鸵淮畏逍蝸?lái)看,沙峰超前,洪峰在后,也就是洪水的含沙量最大值產(chǎn)生的時(shí)間比最大洪峰產(chǎn)生的時(shí)間超前。這幾個(gè)方面基本構(gòu)成了唐河站斷面河水挾沙的變化過(guò)程。

3.懸移質(zhì)泥沙檢測(cè)的依據(jù)及測(cè)沙方案的制定

通過(guò)單位含沙量和輸沙率測(cè)驗(yàn),建立單位含沙量(簡(jiǎn)稱單沙)和斷面平均含沙量（簡(jiǎn)稱斷沙）關(guān)系，在泥沙資料分析后建立起一個(gè)新的測(cè)沙方案。斷面平均含沙量與斷面上有代表性的垂線或測(cè)點(diǎn)的含沙量，存在著較好的相關(guān)關(guān)系,單斷沙關(guān)系線是通過(guò)原點(diǎn)且45°角直線，經(jīng)過(guò)幾年的測(cè)驗(yàn)后,由于斷面穩(wěn)定,測(cè)得單沙,輸沙率點(diǎn)繪出的單斷沙關(guān)系線,就是45°角直線形。就是說(shuō),每一次測(cè)得單沙,輸沙率過(guò)程,單位含沙量與斷面平均含沙量是有比例關(guān)系的,是成比例的增加或減少，從而證明了河水挾沙的變化過(guò)程是從小到大,從大到小循環(huán)往復(fù)著。在一個(gè)穩(wěn)定的斷面,在一次輸沙率測(cè)驗(yàn)過(guò)程中,單沙是多少,斷面平均含沙量也應(yīng)該是多少,單斷沙關(guān)系應(yīng)是45°角直線型。這種函數(shù)關(guān)系是沙與沙的關(guān)系。在一個(gè)不穩(wěn)定的測(cè)沙斷面,如果斷面主流左右移動(dòng)頻繁,單沙位置設(shè)置不當(dāng),主流向左岸移動(dòng),單沙偏小,斷沙偏大；主流向右岸移動(dòng),單沙偏大,斷沙偏??；主流居中,單斷沙關(guān)系又以一種比例關(guān)系出現(xiàn),以此循環(huán)往復(fù)。單斷沙關(guān)系點(diǎn)在忽左忽右變化著,通過(guò)點(diǎn)群中心定出一條曲線,這就違背了單沙與斷沙成比例增加或減少的規(guī)律。通過(guò)斷面流速橫向分析和前后斷面對(duì)照,斷面變化是有穩(wěn)定期的,可以在每一個(gè)穩(wěn)定期內(nèi)定出一條成比例的單斷沙關(guān)系線。在斷面變化頻繁的斷面,可以通過(guò)資料分析,在主流兩邊設(shè)立兩個(gè)單沙位置,甚至包括主流設(shè)立三個(gè)單沙位置作平均,與斷沙建立關(guān)系,這樣做,單斷沙關(guān)系就比較穩(wěn)定,也能夠反映出單斷沙的比例關(guān)系及沙量的變化規(guī)律。所以,確立測(cè)沙方案,關(guān)系到能否測(cè)到準(zhǔn)確的泥沙資料,能否正確地反映出泥沙運(yùn)行的規(guī)律。

4.唐河水文站的測(cè)沙方案制定及單斷沙關(guān)系線系數(shù)的形成

唐河水文站的測(cè)沙斷面,在設(shè)站之初,由于只設(shè)了一條單沙位置,單斷沙關(guān)系不好,點(diǎn)群散亂。經(jīng)資料分析后,在1981年建立

一個(gè)新的測(cè)沙方案,就是在起點(diǎn)距110m處,增設(shè)一個(gè)單沙位置,與原設(shè)起點(diǎn)距60m處單沙做混合,單斷沙關(guān)系系數(shù)為0.91,經(jīng)一年實(shí)測(cè),中低水時(shí),單斷沙關(guān)系還能與原單斷沙方案重合,可是經(jīng)過(guò)一次大洪水后,單斷沙關(guān)系系數(shù)從0.91跳躍到1.03,后又把1980年、1981年兩年資料作綜合分析,把起點(diǎn)距110m處單沙位置改設(shè)在起點(diǎn)距120m處,與起點(diǎn)距60m處單沙混合,單斷沙關(guān)系系數(shù)為0.94,經(jīng)過(guò)以后幾年實(shí)測(cè),單斷沙關(guān)系系數(shù)1983、1984年為0.94,1985、1986年系數(shù)分別為1.0、0.98,這說(shuō)明單斷沙關(guān)系不穩(wěn),還沒(méi)有有效的控制在固定位置上,我們根據(jù)歷年收集資料做分析,制定新的測(cè)沙方案,就是在中水以上的水位時(shí),在起點(diǎn)距180m增設(shè)一條單沙位置,這樣就成了主流,主流兩邊3處單沙位置，中高水時(shí)3處單沙位置做混合,這樣就把單斷沙關(guān)系線穩(wěn)定在固定的系數(shù)上。隨著城市建設(shè),唐河2010年修了橡膠壩,唐河站斷面下遷,左右兩岸水泥磚護(hù)堤岸,斷面穩(wěn)定,在新的斷面又制定了新的測(cè)沙方案,即起點(diǎn)距60m處、120m處設(shè)立兩處單沙位置,它的單斷沙關(guān)系線系數(shù)穩(wěn)定在1.03。

5.泥沙測(cè)驗(yàn)的體會(huì)

在泥沙測(cè)驗(yàn)中，通過(guò)測(cè)驗(yàn)的資料整理,我體會(huì)到,要準(zhǔn)確的了解河道的特性,細(xì)心分析以往泥沙資料,了解河流的泥沙變化規(guī)律,進(jìn)一步了解測(cè)驗(yàn)斷面泥沙縱橫向分布情況,還要了解各種雨情產(chǎn)生的洪峰,以利掌握泥沙的測(cè)驗(yàn)時(shí)機(jī)。在實(shí)際測(cè)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)整理分析,認(rèn)識(shí)泥沙運(yùn)行規(guī)律,制定出新的測(cè)沙方案,選擇好的單沙位置建立穩(wěn)定的單斷沙關(guān)系，再經(jīng)過(guò)水文計(jì)算，就可以推算出過(guò)去和將來(lái)的河流含沙量,為水利事業(yè)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。