湯旺河流域輸沙量特征分析

2012-10-24 02:03:40劉慧娟宋運凱

黑龍江水利科技 2012年3期

劉慧娟，宋運凱

(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動的泥沙。河流泥沙是反映河川徑流特性的一個重要因素，對水資源開發利用和江河治理都有較大的影響。在水利水電工程的規劃設計、運行管理以及水土保持，水資源分析計算等工作中，都會涉及河流泥沙的問題。進行水庫設計時必須考慮水庫上游泥沙的淤積問題。河道灌溉、排水工程必須考慮泥沙淤塞對過水通道的影響。航運部門也需要考慮天然水道中的淺灘泥沙淤積問題。河流泥沙也會引起水質變化并直接影響生活和工業用水。因此，有必要對河流泥沙變化特征進行分析研究。目前，河流泥沙的監測成果指標主要有以下幾個:

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

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

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

4) 河流輸沙量: 指某一時段內通過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價工作中經常用到的河流“輸沙量”的特征來進行分析。

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 泥沙來源

天然河流中的泥沙主要來自土壤侵蝕和水流沖刷，具體為:

1) 風力侵蝕，指由風沙引起的侵蝕，其強度主要取決于土壤顆粒級配、風速、植被覆蓋率等。

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

3) 溝蝕，指由大面積的常規耕作而產生的土壤侵蝕。

4) 河床沖刷，指水流對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系，但由于流域河床由粗、細混合砂石構成，河道比降較大，河堤護坡長度較短，沿岸河床沖刷嚴重，因此流域泥沙以河床沖刷為主要來源。

2.2 河流泥沙的年內變化特征

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。河流輸沙量的年內分配近于多年平均情況，一般可用年輸沙量的月分配過程，輸沙量高值區所在月份占年輸沙量百分率來反映。通過表1、圖1 可見，流域輸沙量年內分配極不均勻，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，與流域徑流的年內分配規律相似。

表1 流域代表站各月多年平均輸沙量年內分配統計表 104t

表2 流域代表站各月多年平均徑流量年內分配統計表 104m3

2.3 河流泥沙的年際變化特征

根據表3、圖2 及圖3 顯示，歷年輸沙量的變化與徑流量的變化過程基本相似，二者關系點劇比較集中。流域代表站晨明站多年平均徑流量為47.8 億m3; 最大年徑流量發生于1985年，其值為87.5 億m3，最小年徑流量發生于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Cv=1.07，說明徑流量的年際變化較明顯。晨明站多年平均懸移質輸沙量為33.7 萬t，歷年最大年輸沙量發生于1996年，其值為264 萬t，歷年最小輸沙量發生于2008年，其值為2.6 萬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Cv=1.65，說明流域輸沙量年際變化較大，處于不穩定狀態。

3 結語

由上述分析可知，流域輸沙量存在年內分布不均，年際多沙期和少沙期交替出現的現象，豐、枯變化比較頻繁，變幅較大，對流域水資源開發利用存在較大不利影響。天然植被可有效減輕降雨沖擊對土壤泥沙顆粒剝離的程度，應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修筑梯田、導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。水庫和池塘也可以較好地攔截河流中的粗紗，防止泥沙顆粒進入下游地區。為了減輕水流對河岸的沖刷，還可采取河岸保護法，例如:增加植被覆蓋率、水泥、塊石護坡等工程措施。