貴州六沖河流域泥沙特性分析

劉冬梅，楊 周

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽 550002)

貴州六沖河流域泥沙特性分析

劉冬梅，楊 周

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴陽 550002)

隨河水運動和組成河床的松散固體顆粒，叫做泥沙。隨水流運動的泥沙，又稱固體徑流。河流泥沙是重要的水文現(xiàn)象之一。河流泥沙對于河流水情及河流的變遷有著重要的影響，防洪、航運、灌溉、發(fā)電、港口碼頭等水利工程的建設(shè)都必須考慮河流泥沙問題。文章主要以貴州六沖河流域為例，闡述了泥沙來源以及泥沙特性，對泥沙各項指標及特征進行了分析，最后做出結(jié)論。

貴州；六沖河；泥沙；特性；分析

0 引 言

六沖河流域水土流失嚴重。流域泥沙主要集中在5—10月，特別是5—8月占全年的90%左右。上游七星關(guān)站多年平均年徑流量和懸移質(zhì)年輸沙量，分別為11.7億 m3和225萬 t，最大年輸沙量與最小年輸沙量的倍比為85。

至干流控制站洪家渡水文站，多年平均年徑流量達44.5億 m3，多年平均懸移質(zhì)年輸沙量為630萬 t，最大年輸沙量與最小年輸沙量的倍比為10.1[1]。

1 六沖河流域概況

六沖河位于E104°20′～105°58′，N26°40′～27°35′，是烏江最大的一級支流，地處云南省鎮(zhèn)雄縣及貴州省畢節(jié)地區(qū)。河流發(fā)源于貴州省赫章縣可樂鄉(xiāng)，經(jīng)高家院、赫章縣城、天橋伏流區(qū)、七星關(guān)水文站、納雍縣境后，進入梯子巖伏流，兩進兩出之后匯入洪家渡水庫，在化屋基匯入烏江干流。

干流全長268km，天然落差1293.5m，平均比降4.73‰，全流域面積10665km2。大于300km2的支流有11條。

六沖河西北部烏蒙山支脈與金沙江支流橫江分界，北部以大婁山脈與赤水河分水，地勢西高東低，由西北向東南傾斜，海拔為860～2840m，山高坡陡，河谷深切。

域內(nèi)出露地層以二迭系、三迭系為主，全為石灰?guī)r分布地區(qū)，巖溶較發(fā)育，溶洞、暗河、封閉式盆地、堰塞湖較多。干流河谷束放相間，除部分河段河谷開闊有河谷小盆地外，其余均為深切峪谷，沿河崩石林立，險灘櫛比，河床陡峻。

在上段七星關(guān)站水面寬約30～40m，至下段洪家渡站水面寬70～140m，平均水深 0.8m，一般年份洪、枯水位變幅約 12m[2]。

六沖河流域東西橫距約154km，南北縱距約90km，呈東西長、南北窄的長條形。山地占85%，丘陵占12%，平地僅占3%。流域植被較差、坡陡、水土流失嚴重、泥沙含量高，是烏江泥沙的主要來源之一。

流域?qū)俦眮啛釒貨鰸駶櫦撅L(fēng)氣候，雨量較豐沛。域流多年平均年降水量為 992.0mm，降水主要集中在汛期5—10月(占全年的83%左右)。5—10月為汛期，多暴雨和陣雨，多年平均徑流量 48.7億 m3。

2 泥沙來源

六沖河流域泥沙是由水土流失造成的，泥沙來源主要有2個方面：

1)流域地表侵蝕。

2)河床沖刷。

河床沖刷又包括：河底沖刷和河岸沖刷。

本地區(qū)是以山地為主，丘陵、峽谷和少量壩地交錯分布的高原山區(qū)，溝谷切割密度和深度都比較大，地形極為破碎，山大坡陡，水流沖刷力強。巖石以碳酸巖為主，土層淺薄，透水性差，土質(zhì)疏松，抗蝕能力很差。

本地區(qū)植被覆蓋特別差，破壞嚴重，為水土流失極強區(qū)，80年代以前由于人類對生態(tài)環(huán)境的破壞較少，因而侵蝕模數(shù)較低，20世紀80年代初期由于大規(guī)模的農(nóng)業(yè)開發(fā)及經(jīng)濟發(fā)展、加之政府及國民環(huán)保意識薄弱引起環(huán)境保護措施不力，出現(xiàn)了嚴重的水土流失，90年代初期由于生態(tài)保護意識的加強和水土保持措施的實施，含沙量明顯減小[3-5]。

3 泥沙特性

六沖河水文測驗工作始于20世紀50年代，進行泥沙觀測的僅有七星關(guān)站(F=2999km2)和洪家渡站(F=9456km2)。

洪家渡站有1958—2000年實測泥沙資料；七星關(guān)站有1972—1983年，2004年7月—2011年實測泥沙資料，建立本站實測同步水沙系列，通過相關(guān)分析插補延長得到1958—2011年泥沙資料。

兩站均無推移質(zhì)實測資料。本流域推移質(zhì)較少，參考其他流域的情況，六沖河推懸比取值20%[6]。

3.1 懸移質(zhì)泥沙主要特征值

六沖河流域泥沙特性見表1。

整個烏江流域以洪家渡站、七星關(guān)站輸沙模數(shù)最大。與鴨池河站的輸沙量比大大超過水量比。主要原因在于六沖河植被較差，水土流失嚴重，尤其以七星關(guān)站以上流域更為嚴重。

從洪家渡站歷年輸沙量累積曲線來看，根據(jù)曲線轉(zhuǎn)折變化趨勢，可以按不同增長率變化情況總體上分為6個時段，即1970—1980、1980—1983、1983—1990、1990—1992、1992—1998、1998—2003年。由于1983—1998年的趨勢基本一致，增長率接近，故將其合并為一個時段考慮。從曲線中可以看出如下特點：

1)1970—1980年懸移質(zhì)輸沙量累積曲線增長率基本穩(wěn)定，無明顯突變現(xiàn)象，為880萬t/a。

2)1980—1983年出現(xiàn)明顯突變轉(zhuǎn)折，增長率增大到1053萬t/a。

3)1983—1998年再次趨于平穩(wěn)，并且增長率減小且小于第一時段，為490萬t/a。

4)1998—2003年，再次出現(xiàn)大幅減小，達到230萬t/a，其值小于以前所有時段。

該站不同時段的總體變化趨勢是逐漸變小的。歷年六沖河輸沙量累積曲線見圖1。

圖1 歷年六沖河輸沙量累積曲線

3.2 泥沙的年內(nèi)分配及年際變化

懸移質(zhì)泥沙含量年內(nèi)分配極不均勻，主要集中在汛期，其中5—9月輸沙量占全年的95%左右，特別是每年汛期開始的首場洪水含沙量一般均很高；枯期11、12至次年3、4月，河水清澈，含沙量甚微。

懸移質(zhì)輸沙量年際變化較大，最大年輸沙量與最小年輸沙量的倍比七星關(guān)站為85，洪家渡站為10.1。

3.3 懸移質(zhì)顆粒級配及礦物組成

懸移質(zhì)泥沙顆粒級配見表2、表3。

表1 懸移質(zhì)泥沙特性表 t·(km2)-1

表2 七量關(guān)站懸移質(zhì)輸沙顆粒級配成果表

表3 洪家渡站懸移質(zhì)輸沙顆粒級配成果表

七星關(guān)站級配年內(nèi)變化的特點是流量越大，輸沙量越大，相應(yīng)的顆粒級配越粗；懸移質(zhì)顆粒以<0.062mm的粉土和黏土為主，其中，<0.004mm的黏土占23.4%；顆粒級配橫向變化不大。硬度較大的礦物成分占總沙重的百分比很少。

洪家渡站顆粒級配及礦物組成的特點為：泥沙顆粒很細，平均<0.025mm粒徑的沙重百分數(shù)占83.1%。硬度較大的礦物成分占總沙重的百分比也很少，如硬度較大的石英在0.05mm粒徑的重量百分比為10%～15%，鋯石在0.05mm粒徑的重量百分比<1%。

3.4 河床組成分析

主要有3個方面的內(nèi)容：

3.4.1 床沙級配沿程分布特點

總體上看，除七星關(guān)水文站～剎界河渡口河段粒徑較粗外，其余河段粒徑較細，粒徑以<75mm中小卵石為主。本測區(qū)有大河、畢底河、引底河、白甫河等大支流入?yún)R，各大支流的出口河段床沙粒徑均較細，粒徑以<75mm中小卵石為主[7-8]。

3.4.2 河段床沙級配與一般山區(qū)性河流的差異

由于庫區(qū)河段地處喀斯特發(fā)育地區(qū)，有多段暗河，這些暗河在大水時產(chǎn)生壅水，因此，床沙級配以中小卵石為主；由于河谷總體上為窄深河床，河段內(nèi)洲灘不太發(fā)育，洲灘的規(guī)模較小，單個洲灘的床沙級配平面分布較為均勻。

3.4.3 河段推移質(zhì)級配估計

由于推移質(zhì)與床沙的交換頻繁，兩者的級配應(yīng)有較密切的關(guān)系。本河段床沙級配以中小卵石為主，卵石粒徑一般<75mm，最大值一般在100mm左右。各大支流的出口河段床沙粒徑均較干流的級配略細。綜上所述，推測本河段推移質(zhì)級配以中小卵石為主，最大值在100mm左右。

4 結(jié) 語

河流泥沙問題已經(jīng)形成一個新的科學(xué)研究門類，主要研究方向是泥沙的形成、搬運和沉積規(guī)律，以期利用這些規(guī)律對泥沙的治理和利用形成理論指導(dǎo)作用，并為水庫調(diào)度、水庫泥沙問題研究及數(shù)學(xué)模型計算提供技術(shù)依據(jù)。

此外，從保護土地資源的角度出發(fā)，政府應(yīng)積極支持泥沙資源化的工作，不可因經(jīng)濟效益不顯著而持觀望態(tài)度，河道的采砂與泥沙綜合效益需要政府作出長遠的、強硬的可行性政策。

泥沙資源化的開發(fā)利用技術(shù)也應(yīng)當(dāng)避免三高危害，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟環(huán)保性能。在城市水利規(guī)劃設(shè)計與農(nóng)業(yè)灌溉方面也應(yīng)充分考慮排水入河時的水力因素，增強其沖淤能力。

[1]陳宏峰，夏日元，唐建生，李兆林.貴州六沖河流域地下水資源特征與評價[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38(18)：9704-9706，9783.

[2]肖鵬云，張連翔，李晶東.倭肯河泥沙特性分析[J].黑龍江水利科技，2009，37(03)：88-89.

[3]吳俊秀，張曉紅，車延路. 綜合治理對大凌河流域泥沙影響分析[J].東北水利水電，2005，23(02):31-32.

[4]李文，李守吉，余煥全，丁淑芹. 大凌河流域產(chǎn)沙特性分析[J].東北水利水電，2000，18(10):6-7.

[5]王曙光，欒繼虹，劉清石. 渾河流域上游(撫順段)河流泥沙特性分析[J].東北水利水電，2008，26(03):28-29.

[6]張信寶，文安邦. 長江上游干流和支流河流泥沙近期變化及其原因[J].水利學(xué)報，2002(04):56-59.

[7]牛四平，王征蘭，王小平，王小兵. 王家溝流域徑流泥沙運行規(guī)律研究[J].山西水土保持科技，2002(02):17-18.

[8]王國慶，王云璋. 渭河流域產(chǎn)流產(chǎn)沙模型及徑流泥沙變化原因分析[J].水土保持學(xué)報，2000，14(04):22-25.

1007-7596(2014)01-0166-03

2013-11-01

劉冬梅(1968-)，女，重慶人，高級工程師，工作方向為水資源水文專業(yè)；楊周(1982-)，男，貴州都勻人，工程師，研究方向為水文水資源專業(yè)。

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