湯旺河流域輸沙量特征分析

劉慧娟，宋運(yùn)凱

(1. 齊齊哈爾水文局 同盟水文站，黑龍江 齊齊哈爾161005;2. 伊春水文局，黑龍江 伊春153000)

0 前 言

本文分析的河流泥沙屬懸移質(zhì)泥沙，主要指位于河床層面以上至水面之間懸浮于水中并隨水流一同運(yùn)動(dòng)的泥沙。河流泥沙是反映河川徑流特性的一個(gè)重要因素，對(duì)水資源開(kāi)發(fā)利用和江河治理都有較大的影響。在水利水電工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理以及水土保持，水資源分析計(jì)算等工作中，都會(huì)涉及河流泥沙的問(wèn)題。進(jìn)行水庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮水庫(kù)上游泥沙的淤積問(wèn)題。河道灌溉、排水工程必須考慮泥沙淤塞對(duì)過(guò)水通道的影響。航運(yùn)部門(mén)也需要考慮天然水道中的淺灘泥沙淤積問(wèn)題。河流泥沙也會(huì)引起水質(zhì)變化并直接影響生活和工業(yè)用水。因此，有必要對(duì)河流泥沙變化特征進(jìn)行分析研究。目前，河流泥沙的監(jiān)測(cè)成果指標(biāo)主要有以下幾個(gè):

1) 河流水體含沙量: 指單位體積水體的懸移質(zhì)泥沙含量，單位( kg/m3) 。

2) 河流輸沙率:指某一特定時(shí)期單位時(shí)間內(nèi)水流輸送的泥沙量，單位( kg/s) 。

3) 河流的泥沙侵蝕模數(shù)或輸沙模數(shù):是指流域單位面積上每年輸出的沙量或侵蝕量，其數(shù)值體現(xiàn)了流域內(nèi)泥沙侵蝕程度，單位( t/km2) 。

4) 河流輸沙量: 指某一時(shí)段內(nèi)通過(guò)河道某斷面的泥沙量，單位( kg 或104t) 。河流輸沙量的大小主要決定于水量的豐枯和水流含沙量的大小。本文選擇在流域水資源分析評(píng)價(jià)工作中經(jīng)常用到的河流“輸沙量”的特征來(lái)進(jìn)行分析。

1 流域概況

湯旺河地處松花江下游，由北向南貫穿小興安嶺腹地，流域面積20 557 km2。流域呈樹(shù)枝狀，北臨黑龍江，西、南連松嫩平原，東鄰鶴崗丘陵與梧桐河接壤。流域地貌絕大部分屬小興安嶺山地，地貌特征為“九山半水半分田”。西南岔河是湯旺河右岸一級(jí)支流，流域面積2 735 km2，屬典型的山溪性河流。

2 流域泥沙特征分析

2.1 泥沙來(lái)源

天然河流中的泥沙主要來(lái)自土壤侵蝕和水流沖刷，具體為:

1) 風(fēng)力侵蝕，指由風(fēng)沙引起的侵蝕，其強(qiáng)度主要取決于土壤顆粒級(jí)配、風(fēng)速、植被覆蓋率等。

2) 融雪侵蝕，指因寒冷地區(qū)春季植被較少，融雪徑流和降雨對(duì)地表層產(chǎn)生的侵蝕。

3) 溝蝕，指由大面積的常規(guī)耕作而產(chǎn)生的土壤侵蝕。

4) 河床沖刷，指水流對(duì)河床及河岸表層的沖刷。

湯旺河流域的泥沙雖然與上述各種泥沙成因都有一定的關(guān)系，但由于流域河床由粗、細(xì)混合砂石構(gòu)成，河道比降較大，河堤護(hù)坡長(zhǎng)度較短，沿岸河床沖刷嚴(yán)重，因此流域泥沙以河床沖刷為主要來(lái)源。

2.2 河流泥沙的年內(nèi)變化特征

在天然河流中，河流的輸沙能力與流量和河道的比降成正比。河流輸沙量的年內(nèi)分配近于多年平均情況，一般可用年輸沙量的月分配過(guò)程，輸沙量高值區(qū)所在月份占年輸沙量百分率來(lái)反映。通過(guò)表1、圖1 可見(jiàn)，流域輸沙量年內(nèi)分配極不均勻，主要集中在暢流期的4—9月，最大月份為7—8月，最小月份為1—3月，與流域徑流的年內(nèi)分配規(guī)律相似。

表1 流域代表站各月多年平均輸沙量年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)表 104t

表2 流域代表站各月多年平均徑流量年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)表 104m3

2.3 河流泥沙的年際變化特征

根據(jù)表3、圖2 及圖3 顯示，歷年輸沙量的變化與徑流量的變化過(guò)程基本相似，二者關(guān)系點(diǎn)劇比較集中。流域代表站晨明站多年平均徑流量為47.8 億m3; 最大年徑流量發(fā)生于1985年，其值為87.5 億m3，最小年徑流量發(fā)生于2008年，其值為15.9 億m3。最大、最小年徑量之比為5.50。歷年徑流量系列的變差系數(shù)Cv=1.07，說(shuō)明徑流量的年際變化較明顯。晨明站多年平均懸移質(zhì)輸沙量為33.7 萬(wàn)t，歷年最大年輸沙量發(fā)生于1996年，其值為264 萬(wàn)t，歷年最小輸沙量發(fā)生于2008年，其值為2.6 萬(wàn)t。最大、最小年輸沙量之比值為101.5。歷年輸沙量系列變差系數(shù)Cv=1.65，說(shuō)明流域輸沙量年際變化較大，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié) 語(yǔ)

由上述分析可知，流域輸沙量存在年內(nèi)分布不均，年際多沙期和少沙期交替出現(xiàn)的現(xiàn)象，豐、枯變化比較頻繁，變幅較大，對(duì)流域水資源開(kāi)發(fā)利用存在較大不利影響。天然植被可有效減輕降雨沖擊對(duì)土壤泥沙顆粒剝離的程度，應(yīng)增加流域下墊面的植被密度。在部分條件許可的山坡耕地區(qū)修筑梯田、導(dǎo)水渠也可顯著減少土壤侵蝕。在一些水利工程上修建專用水工建筑物可有效攔截泥沙的輸移。水庫(kù)和池塘也可以較好地?cái)r截河流中的粗紗，防止泥沙顆粒進(jìn)入下游地區(qū)。為了減輕水流對(duì)河岸的沖刷，還可采取河岸保護(hù)法，例如:增加植被覆蓋率、水泥、塊石護(hù)坡等工程措施。

圖2 湯旺河流域歷年年徑流量與年輸沙量過(guò)程線圖

圖3 湯旺河流域年輸沙量與年徑流量關(guān)系點(diǎn)據(jù)圖

［1］曾慶生. 水文統(tǒng)計(jì)學(xué)［M］. 北京:水利電力出版社，1985.

［2］金光炎. 水文統(tǒng)計(jì)原理與方法［M］. 北京: 中國(guó)工業(yè)出版社，1964.

［3］黑龍江省水文總站. 區(qū)域水資源分析計(jì)算方法［M］. 北京: 水利電力出版社，1987.