江龍，劉芠升，徐媛媛

臧格莊水文站懸移質(zhì)輸沙變化規(guī)律分析

江龍，劉芠升，徐媛媛

（煙臺市水文局，山東煙臺264001）

臧格莊水文站是門樓水庫入庫控制站，懸移質(zhì)含沙量較高。本文采用分段線性相關(guān)分析方法對臧格莊水文站懸移質(zhì)輸沙變化規(guī)律及影響要素進行分析，揭示了清洋河流域水沙之間的內(nèi)在聯(lián)系，并對該流域水資源開發(fā)利用、水土保持綜合治理奠定了基礎(chǔ)。

清洋河流域；懸移質(zhì)；輸沙；趨勢分析

臧格莊水文站位于清洋河流域大沽夾河西支流，棲霞市臧家莊鎮(zhèn)臧家莊村，斷面以上流域面積458 km2，流域長度30.5 km，流域平均寬度15.0 km。干流長度28.7 km，干流平均坡度4.33‰。上游20 km處，1961年興建庵里中型水庫一座，下游約28 km處，有大型門樓水庫。

臧格莊水文站流域降水年內(nèi)分配不均勻，多年平均降雨量為667.6 mm，年最大降水量為1 177.7 mm，年最小降水量為344.0 mm，極值比3.4。臧格莊站多年平均徑流量為0.733億m3，多年平均輸沙量為6.14萬t，多年平均含沙量為0.706 kg/m3，多年平均輸沙模數(shù)為134 t/km2。汛期6～9四個月平均徑流深占全年的80%。

臧格莊水文站屬于為膠東半島區(qū)域代表站，門樓水庫的入庫站，測驗精度為三類站，亦為中央報汛站。懸移質(zhì)輸沙率測驗斷面位于基本水尺斷面90 m處，采用固定垂線0.6一點法取樣，全斷面混合法是臧格莊水文站計算斷面平均含沙量的方法，通過單斷關(guān)系推求斷沙，結(jié)合流量資料推算不同時期的輸沙量及特征值。

1 懸移質(zhì)輸沙量與時間的關(guān)系

1.1 流量決定懸移質(zhì)的年內(nèi)分配規(guī)律

臧格莊水文站的懸移質(zhì)輸沙量年內(nèi)分配與流量密切相關(guān)，清洋河是典型的北方山溪性河流，非洪水不具備攜帶泥沙的能力。月平均懸移質(zhì)輸沙率與月平均流量相關(guān)系數(shù)為0.90，二者密切相關(guān)。汛期懸移質(zhì)輸沙量占年總量的97.3%，同期徑流量占年總量的76.2%。經(jīng)計算，年內(nèi)月輸沙量和月徑流量的變差系數(shù)分別為1.91和1.17。綜合比較，可見臧格莊站懸移質(zhì)輸沙量與徑流量在年內(nèi)相關(guān)性強，變化趨勢一致，但年內(nèi)輸沙量分配的不均勻性更大。

1.2 懸移質(zhì)年際變化規(guī)律

據(jù)臧格莊水文站實測資料計算統(tǒng)計，系列1960—2015年，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為6.14萬t，最大值為34.1萬t，最小值為0，年際變化很大，主要由河流特性及降雨情況決定。年輸沙量從1985年起有相比年徑流量有大幅減少的趨勢。

圖1 臧格莊站逐年累加年輸沙量、年徑流量示意圖

將臧格莊站年輸沙量、年徑流量站按時間軸逐年累加，分析累加值的變化趨勢。由圖1可看出，臧格莊站1960—2015年徑流量累加曲線近似單一線并且斜率基本保持不變，表明年際間徑流量波動正常；年輸沙量累加曲線前段與年徑流量累加曲線相似。在1985年后發(fā)生轉(zhuǎn)折，并且后段曲線斜率變小，由此可說明臧格莊站年輸沙量在1985年后出現(xiàn)減小趨勢。

2 水量與輸沙量關(guān)系分析計算

2.1 分析

臧格莊站水沙逐年變化趨勢在1985年后有顯著差異，多年徑流量變化不大并趨勢穩(wěn)定，多年輸沙量則逐年降低。因此，以1985年作為分界線將水沙序列劃分為兩段，繪制相關(guān)線。將1960—1984年做為前段，1985—2015年做為后段。

通過分析水沙相關(guān)線顯示，前后兩段相關(guān)線數(shù)據(jù)點分別分布在兩條相關(guān)線周圍，兩段相關(guān)線數(shù)據(jù)點有交叉重疊部分。前段相關(guān)線相關(guān)系數(shù)為0.87，相關(guān)性密切；后段相關(guān)線數(shù)據(jù)點分布密集，相關(guān)系數(shù)為0.54，相關(guān)性中等且斜率明顯小于前段。由此可以得出，臧格莊水文站輸沙量與水量之間在1985年前具有較密切的關(guān)系，1985年之后相關(guān)性降低。

2.2 計算

從1985年起，臧格莊站年輸沙量穩(wěn)定減小少，并與水量線性正相關(guān)。利用建立的相關(guān)關(guān)系計算年輸沙量，得到：Ws=W×12.3-0.03。在計算后段的多年平均年輸沙量為7.58萬t，而實際多年平均年輸沙量為2.43萬t，相對減少67.9%。

由于臧格莊水文站6~9月懸移質(zhì)輸沙量占全年輸沙量的97.3%，選取汛期徑流量相當(dāng)?shù)?965、1973、2007、2011年共計4年的年輸沙量（如表1），在汛期徑流量相當(dāng)?shù)臈l件下，1973年、2007年、2011年相比當(dāng)年還原計算的年輸沙量分別有相應(yīng)減少，特別是2011年減少百分比高達90.5%。

表1 相關(guān)年份輸沙量變化值

3 變化影響要素分析

3.1 水利工程影響

臧格莊水文站上游共建有中型水庫庵里水庫1座、小型水庫8座，其中中型水庫的建成時間為1960年。此外，在1999—2005年期間，共陸續(xù)興建攔河閘壩22座。上游水利工程對輸沙量有一定程度的削減作用，尤其是臧格莊上游主河道興建的階梯式攔河閘對年輸沙量的變化影響最為顯著。

3.2 水土保持工作

清洋河為棲霞市域內(nèi)最大河流，經(jīng)松山街辦、臧格莊鎮(zhèn)、棲霞開發(fā)區(qū)，至福山區(qū)與外夾河合流入海。上世紀90年代左右臧格莊站附近及其沿河兩側(cè)約占整個面積的30%開始種植農(nóng)作物和果樹，沿河兩岸種植林帶護岸，植被覆蓋較好，有效控制了水土流失。

3.3 河道采砂影響

上世紀末開始，臧格莊水文站上游的清洋河河床被連續(xù)高強度的開采。河道采砂對行洪與堤防、橋梁及航運安全造成嚴重影響由于河床采砂，導(dǎo)致河床形成一個個深坑，地形凹凸不平，使洪水?dāng)y沙狀態(tài)發(fā)生改變，河道懸移質(zhì)量減少。

3.4 農(nóng)業(yè)用水影響

與河道采砂對輸沙量的影響成因不同，結(jié)果相同，由于連續(xù)干旱年份，沿河兩岸的果農(nóng)，在攔河閘壩前挖深坑抽水灌溉，洪水來時造成臧格莊站輸沙量減少。

4 結(jié)語

能夠影響河流攜帶泥沙的因素很多，水流與泥沙內(nèi)在的相關(guān)關(guān)系是直接因素。水流攜帶者泥沙運動，河床又由泥沙組成，兩者之間的泥沙經(jīng)常發(fā)生交換，因此需要認識泥沙的特性、來源、數(shù)量、及其時空變化，以便興利除害，為進一步加強清洋河水資源開發(fā)利用、水土保持綜合治理等奠定基礎(chǔ)。

[1]黃振平.水文統(tǒng)計學(xué)[M].河海大學(xué)出版社，2003.

[2]丁晶，鄧育仁.隨機水文學(xué)[M].成都科技大學(xué)出版社，1988.

[3]黃河流域水文年鑒[M].1960-2015.

（責(zé)任編輯 遲明春）

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1009-6159（2017）-09-0046-02

2017-07-04

江龍（1986—），男，助理工程師