唐河水文站懸移質泥沙測驗問題探討

□王曉森 □王一帆 □孫洪波（河南省南陽水文水資源勘測局）

1.唐河流域及唐河水文站簡介

唐河發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230余千米,流域面積8390km2,于湖北省襄陽縣雙溝鎮與白河匯合,稱唐白河,流入漢江。

唐河流域發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,土質松軟,每遇瀑雨,水土流失嚴重,河水混濁;特別是近幾年閘壩、庫塘淤積嚴重,蓄水量減少,坡降大的耕地跑土跑肥,造成很大的水土流失。這些問題可以通過水文測驗(泥沙測驗)分析,進一步掌握泥沙的運行規律。唐河水文站的泥沙測驗,整理分析資料中的一些數據分析得出唐河流域的泥沙運行規律。

唐河水文站是長江流域唐白河水系區域重點站,典型的平原河流測站,屬國家重點站。觀測項目有：水位、流量、降水量、蒸發量、單沙、輸沙率等。唐河站位于唐河縣城南右岸,站以上干流長121km,流域面積4777km2。唐河流域呈扇形,匯流時間短。

2.懸移質泥沙的形成

河水挾沙的多少,主要是說水土流失的多少,這決定于山川、崗丘植被覆蓋率和農田基本建設的好壞等等。唐河站測驗斷面地處平原,平均流速較山區性河道偏小,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，暴雨產生的洪水含沙量大,中雨和連續中小雨產生的洪水含沙量偏小；就斷面含沙量橫向分布情況看,流速大的部位含沙量大,流速小的部位含沙量偏小；就一次洪水過程看,漲水時含沙量偏大一點,落水時含沙量偏小；就一次峰形來看,沙峰超前,洪峰在后,也就是洪水的含沙量最大值產生的時間比最大洪峰產生的時間超前。這幾個方面基本構成了唐河站斷面河水挾沙的變化過程。

3.懸移質泥沙檢測的依據及測沙方案的制定

通過單位含沙量和輸沙率測驗,建立單位含沙量(簡稱單沙)和斷面平均含沙量（簡稱斷沙）關系，在泥沙資料分析后建立起一個新的測沙方案。斷面平均含沙量與斷面上有代表性的垂線或測點的含沙量，存在著較好的相關關系,單斷沙關系線是通過原點且45°角直線，經過幾年的測驗后,由于斷面穩定,測得單沙,輸沙率點繪出的單斷沙關系線,就是45°角直線形。就是說,每一次測得單沙,輸沙率過程,單位含沙量與斷面平均含沙量是有比例關系的,是成比例的增加或減少，從而證明了河水挾沙的變化過程是從小到大,從大到小循環往復著。在一個穩定的斷面,在一次輸沙率測驗過程中,單沙是多少,斷面平均含沙量也應該是多少,單斷沙關系應是45°角直線型。這種函數關系是沙與沙的關系。在一個不穩定的測沙斷面,如果斷面主流左右移動頻繁,單沙位置設置不當,主流向左岸移動,單沙偏小,斷沙偏大；主流向右岸移動,單沙偏大,斷沙偏小；主流居中,單斷沙關系又以一種比例關系出現,以此循環往復。單斷沙關系點在忽左忽右變化著,通過點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律。通過斷面流速橫向分析和前后斷面對照,斷面變化是有穩定期的,可以在每一個穩定期內定出一條成比例的單斷沙關系線。在斷面變化頻繁的斷面,可以通過資料分析,在主流兩邊設立兩個單沙位置,甚至包括主流設立三個單沙位置作平均,與斷沙建立關系,這樣做,單斷沙關系就比較穩定,也能夠反映出單斷沙的比例關系及沙量的變化規律。所以,確立測沙方案,關系到能否測到準確的泥沙資料,能否正確地反映出泥沙運行的規律。

4.唐河水文站的測沙方案制定及單斷沙關系線系數的形成

唐河水文站的測沙斷面,在設站之初,由于只設了一條單沙位置,單斷沙關系不好,點群散亂。經資料分析后,在1981年建立

一個新的測沙方案,就是在起點距110m處,增設一個單沙位置,與原設起點距60m處單沙做混合,單斷沙關系系數為0.91,經一年實測,中低水時,單斷沙關系還能與原單斷沙方案重合,可是經過一次大洪水后,單斷沙關系系數從0.91跳躍到1.03,后又把1980年、1981年兩年資料作綜合分析,把起點距110m處單沙位置改設在起點距120m處,與起點距60m處單沙混合,單斷沙關系系數為0.94,經過以后幾年實測,單斷沙關系系數1983、1984年為0.94,1985、1986年系數分別為1.0、0.98,這說明單斷沙關系不穩,還沒有有效的控制在固定位置上,我們根據歷年收集資料做分析,制定新的測沙方案,就是在中水以上的水位時,在起點距180m增設一條單沙位置,這樣就成了主流,主流兩邊3處單沙位置，中高水時3處單沙位置做混合,這樣就把單斷沙關系線穩定在固定的系數上。隨著城市建設,唐河2010年修了橡膠壩,唐河站斷面下遷,左右兩岸水泥磚護堤岸,斷面穩定,在新的斷面又制定了新的測沙方案,即起點距60m處、120m處設立兩處單沙位置,它的單斷沙關系線系數穩定在1.03。

5.泥沙測驗的體會

在泥沙測驗中，通過測驗的資料整理,我體會到,要準確的了解河道的特性,細心分析以往泥沙資料,了解河流的泥沙變化規律,進一步了解測驗斷面泥沙縱橫向分布情況,還要了解各種雨情產生的洪峰,以利掌握泥沙的測驗時機。在實際測驗中，經過整理分析,認識泥沙運行規律,制定出新的測沙方案,選擇好的單沙位置建立穩定的單斷沙關系，再經過水文計算，就可以推算出過去和將來的河流含沙量,為水利事業提供準確的依據。