基于松花江干流河道水沙二相性及演變規(guī)律

周光濤

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

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基于松花江干流河道水沙二相性及演變規(guī)律

周光濤

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

摘要：水沙的二相性是河道水流的第一特性，在水沙二相流中，沙與水的關(guān)系存在必然性和偶然性。研究松花江干流主要觀測站的流量過程和泥沙規(guī)律，進而分析松花江干流水沙二相性中的必然性，探索作為預(yù)測松花江河道演變的途徑之一。

關(guān)鍵詞：水沙兩相性；泥沙規(guī)律；必然性；河道演變

對河流而言，水沙的二相性是河道水流的第一特性。在水沙二相流中，沙與水的關(guān)系存在必然性和偶然性，而河道演變過程與水沙運動有直接的聯(lián)系。通過研究松花江干流河道內(nèi)主要控制斷面的流量過程和泥沙規(guī)律，進而分析水沙兩相關(guān)系中的必然聯(lián)系，及與河道演變之間關(guān)系，以期作為未來探索預(yù)測河道演變發(fā)展的途徑之一。

1研究利用資料情況

松花江干流屬少沙河流，以往實測泥沙資料較少。松花江干流具有長系列泥沙資料的斷面有哈爾濱、通河和佳木斯3個水文站斷面。其中哈爾濱站具有1955年以來、通河站具有1957年以來、佳木斯站具有1954年以來長系列泥沙和流量觀測資料。

各站泥沙測驗項目主要為懸移質(zhì)輸沙量觀測，測驗采用橫式采樣器使用面積點法或定比混合法取樣；懸移質(zhì)輸沙率測驗與測流同時進行；各站沒有推移質(zhì)輸沙量資料。

2年際水沙同步性規(guī)律研究

統(tǒng)計分析哈爾濱站、通河站和佳木斯站歷年泥沙資料，各站統(tǒng)計成果見表1。年平均流量與平均輸沙率過程線見圖1、圖2和圖3。

表1　各站泥沙特性統(tǒng)計成果表

懸移質(zhì)輸沙量的年際變化比較大，哈爾濱站年輸沙量最大值為1170×104t(1998年)，最小值為152×104t(1979年)，最大值與最小值之比為7.7；通河站年輸沙量最大值為2700×104t(1994年)，最小值為229×104t(1979年)，最大值與最小值之比為12.8；佳木斯站年輸沙量最大值為3970×104t(1994年)，最小值為211×104t(1979年)，最大值與最小值之比為18.8。

圖1　哈爾濱站年平均流量與年平均輸沙率過程線

圖2　通河站年平均流量與年平均輸沙率過程線

圖3　佳木斯站年平均流量與年平均輸沙率過程線

由圖1至圖3可以看出，松花江各段這些年的沖淤變化多數(shù)年份規(guī)律一致，基本上是水大沙大，水小沙小；1985年三站均為中水中沙年，1979年均為小水小沙年，1971年均為小水大沙年；1998年和1987年水量和沙量均很大，為大水大沙年。

3年內(nèi)水沙同步性規(guī)律研究

選擇1964年、1971年、1979年、1985年和1998年為典型年，分析各年輸沙量的年內(nèi)變化情況，見圖4、圖5和圖6。

圖4　哈爾濱站典型年輸沙率過程線

圖5　通河站典型年輸沙率過程線

圖6　佳木斯站典型年輸沙率過程線

由圖4至圖6可以看出，懸移質(zhì)輸沙量的年內(nèi)分配與水量的年內(nèi)分配基本一致，一般集中在汛期，尤其是7月份、8月份，并且沙量比水量更為集中。哈爾濱站1998年大水年輸沙主要集中在汛期，占全年輸沙量的76%，而其他典型年輸沙均在暢流期，各月分配無明顯規(guī)律。通河站及佳木斯站小水小沙年輸沙在暢流期，各月分配較均勻，其他典型年輸沙主要集中在6月～10月份占全年輸沙量的81%～98%。

通過以上分析說明松花江干流河道水沙運動存在一定的必然性，兩者的變化存在一定的一致性，水大沙大，水少沙少。由水的變化一定程度上能夠反映沙的變化情況。

4水沙與斷面演變規(guī)律研究

河流是水流與河床在地球物理諸因素及人類活動的影響下交互作用的產(chǎn)物，在水流與河床交互作用的過程中，泥沙起著紐帶作用，以哈爾濱水文站斷面近年來的沖淤變化分析水沙兩相對河道沖淤變化影響。選擇1996年、1998年、2003年、2005年和2010年實測斷面為典型分析沖淤變化，見圖7。由哈爾濱站降雨差積曲線分析來水來沙情況，見圖8。

圖7　哈爾濱水文站測流斷面歷年實測橫斷面圖

圖8　哈爾濱站年降水差積曲線圖

由圖7可見，哈爾濱站1999年之前各年斷面均具有不同程度的沖刷和淤積，且主要發(fā)生在主槽，沖淤基本平衡，斷面面積整體變化不大；而2000年哈爾濱進行上塢外灘清淤，水文站斷面過水面積增大較多。

對比圖7和圖8，在無人為因素影響下，2000年至2002年小水小沙年，河道變化不大，略有淤泥；2003年、2004年為小水大沙年，斷面主槽有明顯淤積，斷面面積減??；2004年～2010年間，水沙出現(xiàn)小水大沙年和大水小沙年，幾年下來沖淤平衡。

由以上分析可見，哈爾濱站斷面水沙兩相與河道沖淤變化、河道演變有十分緊密的聯(lián)系。

5結(jié)語

通過對松花江干流哈爾濱站、通河站和佳木斯站三個典型斷面研究表明，河道水沙兩相性比較顯著，年際、年內(nèi)變化規(guī)律性明顯，水沙變化直接影響河道沖淤和河勢演變。在現(xiàn)狀松花江泥沙資料缺乏的條件下，可通過河道內(nèi)流量情況分析預(yù)測來沙情況和河道斷面的變化情況，作為探索預(yù)測松花江河道演變的途徑之一；同時也可對工程設(shè)計和建設(shè)起到一定的支撐作用。

參考文獻：

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[3]楊冬玲.大唐黑龍江核電項目初步可行性研究階段水文調(diào)查分析研究與水資源分析論證專題報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，2010.

文章編號：1007-7596(2016)04-0089-03

[收稿日期]2016-04-12

[作者簡介]周光濤(1979-)，男，山東蓬萊人，高級工程師，現(xiàn)任本院規(guī)劃處處長。

中圖分類號：TV142

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