努敏河干流绥棱县境内可采砂量计算分析

2010-06-26高淑清白雪云高振家

黑龙江水利科技 2010年1期

高淑清，白雪云，高振家

(绥化水文局，黑龙江绥化 152000)

1 前言

绥棱县境内努敏河沿岸，出产河砂、河卵石，质地优良，为境内、外建筑采砂之源，努敏河河道采砂始于20世纪50～60年代。改革开放以来，随着国民经济建设的快速发展，特别是20世纪90年代以来，城市建设步伐迅速加快，城乡基础设施规模进一步扩大，公路建设大大加强，各类工程用砂的需求量急剧增长。加上采砂具有低投入高回报的特点，在经济利益的驱动下，采砂呈规模之势，由于缺乏河道河势的研究和规范管理，采砂活动呈无序状态，一度形成滥采乱挖的混乱局面，给河道中、下游河势的稳定、防洪安全以及沿河各地国民经济发展和社会稳定等带来不利影响。加强河道采砂管理，维护河势的稳定，保证防洪安全及国民经济和社会的稳定显得尤为重要。因此，为了规范河道采砂活动有据可依，使得河道砂量资源可持续利用，对努敏河干流绥棱县境内的可采砂量进行了分析计算。

2 努敏河水沙特性

2.1 河流概况

努敏河是绥棱县境内最大的河流，发源于境内东北小兴安岭南麓北股流山区，区内最高山峰海拔494 m，河源林区，层峦耸翠，林木蓊郁，U形谷地比比皆是;中游地势渐缓，河道多折，九曲弯转，阁山以上河道平均比降1.23‰，平均流域宽度17 km，河床宽40～65 m，阁山以下河宽65～90 m，河道比降0.025‰，沿河凸岸，积砂成堆，努敏河下游水平岸阔，已出绥棱界。

努敏河自源头起，于绥棱境内流经松花江林业管理总局绥棱林业局所辖的双股流、建兴、六棵松、老山头、张家湾后，直林兴乡、四海店乡、再绕过阁山山头，两岸地势趋于平缓，又穿越县内7个乡，于尼尔河乡勇敢村刘万禄屯屯西2.4 km处流入绥化市，经绥化市秦家镇西口子村南方呼兰河右岸汇入呼兰河。

努敏河全长285 km，流域面积5 388 km2，绥棱境内河长206.5 km，流域面积3 100 km2，沿程集纳主要支流35条，且大部分在林区，河流地处森林区植被覆盖，气候湿润，降水量多，径流量大，河口多年平均径流量92 300×104m3。

2.2 地质地貌

努敏河河道窄深流急，具有山溪性河流特点，细砂质河床，努敏河漫滩，其上有牛轭湖、沼泽发育，两岸地层组成物为第四系全新统冲积层，岩性为亚黏土(局部为亚砂土)、砂及砂砾石;一级阶地与漫滩界线明显，组成物为第四系上更新统故乡屯组，岩性为黄土壮亚砂土、亚砂土、细中砂;缓倾斜台地与一级阶地以缓坡相接，组成物为第四系中更新统冲洪积的黄土壮亚黏土、亚砂土，下部为砂砾石，岗阜状台地地势东北高、西南低，台面高程190～232 m，冲沟发育，台面侵蚀强烈，呈岗阜状起伏;组成物为第四系中更新统上黄山组(山前有小面积口门子组冲洪积地层)冲洪积的黄土壮亚黏土、亚砂土、下部为断续分布的细砂、砾石。

2.3 努敏河的水、砂条件

2.3.1 来水来砂情况

根据努敏河下游控制站四方台水文站1976～2002年平均流量和输砂率，分别点绘其逐年流量过程线和输砂率过程线，通过对比分析可看出河段历年来水来砂比较相应，即:水大砂大、水小砂小。只是1985年和1988年两年情况比较特殊，与常规情况相反:1985年流量最大，输砂率却不是最大，为大水中砂年，1988年流量比1985年小，而输砂率却最大，属中水高砂年，其原因主要是降水成因及降水时空分布不同所致。详见图1、图2。

2.3.2 多年平均枯水位及枯流量

根据努敏河控制站四方台水文站1975～2002年枯水期(4月21日～7月10日)实测水文资料统计，四方台站多年平均枯水位为(1日)154.59m，多年平均枯水流量(1日)1.33m3/s。

2.3.3 畅流期多年平均水位及流量

根据四方台站1975～2002年(5～10月份)实测资料统计，四方台站畅流期多年平均水位是部分河干，多年平均流量为28.83 m3/s。

2.3.4 第一造床流量(平滩流量)

所谓造床流量，是指造床作用与多年流量过程的综合造床作用相当的一个流量。当水流平滩时，主流限制在主槽之内，水流和断面形态相适应，造床作用最大，水位漫滩以后，水流分散，滩槽之间有动量交换，使主槽流速减小，造床作用减少。而采用平滩流量作为造床流量的方法综合反映了边界条件的影响，较为合理。所以采用平滩水位相应的流量作为第一造床流量。首先根据河道大断面图，确定平滩水位，然后根据平滩水位再确定平滩流量;根据统计和计算，四方台水文站第一造床流量134 m3/s。

图1 努敏河四方台站逐年平均流量过程线图

图2 努敏河四方台站逐年平均输砂率过程线图

2.3.5 第二造床流量(多年平均流量)

第二造床流量仅对塑造枯水河床有一定的作用，本次计算根据努敏河代表站四方台站实测资料，采用多年平均流量作为第二造床流量，根据计算，第二造床流量为16.43 m3/s。

2.3.6 努敏河干流泥砂特征

河流泥砂运动一般分为悬移质(悬浮于水中向前运动)与推移质(沿河底向前推移)两种。由于推移质在整个含砂量中所占比重较小，加之目前我省没有开展推移质测验工作，因此，按实测统计的泥沙特征值均为悬移质泥砂部分，不包括推移质泥砂部分，努敏河干流多年平均悬移质泥砂特征值统计详见表1。

表1 努敏河干流四方台站多年平均悬移质泥砂特征值

2.4 努敏河天然悬移质输沙量计算

流域内土壤因侵蚀外移的泥砂在向江河汇集、输移的过程中，一部分会在流域的低洼和坡降平缓地区停积下来，一部分汇入江河。在给定时段内，从河流的一定断面上观测的来自流域(或集水区)的总砂量称为流域产砂量。

1)对于无水文把口站的流域单元，选择参考流域进行估算。根据地理相似性原则，选择在气候、地形、植被等方面与其相似且有实测输砂量的流域单元，作为参考流域。同时为了避免汇流带来的误差，全部选择无上游流域的单元，这样的参考流域其把口站的实测输砂量即为流域单元本身的输砂量。基本算法用下式表示:

式中:PVnon为无把口站流域单元输砂量，104t/a;Parea为参考流域把口站实测输砂量，104t/a;Svre为无把口站流域单元面积，km2;Sareare为参考流域把口站控制流域面积，km2。

在努敏河下游绥化市四方台镇滨北铁路桥上游设有四方台水文站，1975年建站，努敏河最大支流克音河则于四方台水文站下游四方台镇西南10 km处注入努敏河，克音河输沙量无把口站，可以四方台站控制流域作为参考流域进行估算，经计算得克音河多年平均输沙量为11.92×104t/a。

2)有水文把口站的流域单元，其把口站的实测输砂量值是该流域单元与其上游流域单元输砂量的总和。如果上游流域单元也有把口站，则该流域单元的输砂量即为两个把口站实测输砂量的差。但是，由于有些流域无把口站，估算的仅仅是流域单元本身的输砂量，并不包括上游流域的泥砂输入量。因此，需要首先计算这些流域的泥砂总输出量。这样，有实测输砂量的流域单元其流域本身的输砂量值，通过下式进行计算。

式中:PV为把口站流域单元本身输砂量，104t/a;SV为把口站实测输砂量，104t/a;SVup为上游流域单元输砂量，104t/a。

经计算四方台水文站多年平均输沙量19.60×104t/a，四方台～努敏河河口区间多年平均输沙量0.59×104t/a，努敏河多年平均输沙量32.11×104t/a，按河长比例估算，绥棱县境内努敏河多年平均输沙量23.26×104t/a，见表2。

3 可采砂量分类

采砂范围内采砂按其部位特征可分为行洪滩地采砂区和主槽泄洪采砂区，为保护滩地植被及防止水土流失，行洪滩地一般列为禁采区，不作可采量计算。

可采砂范围内采砂按其采砂功能一般可分为稳定性采砂、整治性采砂、工程性采砂和环境景区开发性采砂4种类型。

稳定性采砂是指江道河槽内冲淤平衡的淤积区，此区适量采砂后，靠天然河道纵向和横向输砂回淤后不影响河势，不影响河道稳定，基本不改变过流、分流、分砂特性，如弯道凸岸滩地后部，分汊洲岛尾部。稳定区采砂一般可做较固定砂场连续开采，但要根据不同河段冲淤输砂特性控制年采砂量，最好是采砂年限内回淤平衡。长期形成的高滩，较高高程部位多数是植被阻落后淤积、风积形成，开采后靠水流挟砂可能淤不到高部位。

整治性采砂是指为清障加大泄洪能力、控制浅滩整治航道。引水通道挖槽，裁弯改道等单项疏浚、挖泥、加宽、加深河道断面的采砂。此类采砂应服从防洪规划，航道整治规划，引水规划及裁弯清淤改道等工程规划，具有一次性采砂性质，采砂量由工程设计确定。

工程性采砂是指为兴建水利水电枢纽工程、跨河铁路公路桥梁工程、引水工程、码头、护岸工程及防洪堤交叉建筑物等工程需要开采的砂石料场和配合整治工程进行的采砂开挖工程。此类采砂虽然具有一次性采砂性质，但一般开采量较大，需做专项采砂规划设计报相应管理部门审批。

表2 努敏河多年平均输沙量计算表 104t/a

环境景区开发性采砂，此类采砂是指临江河重要城镇或重点旅游江段、兴建景区人工湖、游泳场、划船区等水域开挖性采砂。

本次规划可采砂量估算包括稳定性采砂量，即河道主槽边滩、浅滩采砂与整治性采砂量(人工整治)两部分组成。所谓边滩、浅滩是指冲积河流河底有规律地分布的大尺度成型堆积体，在弯道凸岸和顺直型河道两岸犬牙交错的堆积体都称为边滩，而连接上下边滩、各段上下深槽的沙埂由于其水深往往比邻近水域水深为小，称之为浅滩。

3.1 边滩浅滩砂量估算

根据绥棱县河道管理处提供的绥棱县努敏河治理工程建设平面示意图及黑龙江省测绘局1978年出版地形图(1∶10 000)，对绥棱县境内努敏河干流除禁采区以外的边滩、浅滩进行了量测和估算，由于努敏河河道多折，九曲弯转，沙滩较多，为了便于分析计算，对于以前没有名字的砂滩通过与绥棱县河道管理处共同协商分别对河流左岸砂滩和右岸砂滩按照左右岸所对附近村屯或乡镇进行命名，由于砂滩较多，在命名时，对一些较小的砂滩进行了适当的合并，序号亦按照从上到下左右岸分别排列(水利砂场滩～宝田滩除外，是按照河段从上到下排列)，测得边滩、浅滩面积194.0×104m2，绥棱县境内努敏河干流水深平均 1.5～3.0 m，按照开采深度不超河段进口处平均深度为控制，平均按2.5m计算，则可开采砂量485.00×104m3，详见表3。

表3 努敏河干流绥棱县边滩、浅滩可采砂量成果表

3.2 人工裁弯砂量估算

根据绥棱县河道管理处原有规划，绥棱县境内努敏河干流共有两处河道采取挖槽取直，归顺河道方式进行整治性采砂，从上游到下游分别为红星屯一处，长度2 000 m，宽度50 m，采深1.5 m，大肚滩一处，长度1 500 m，宽度60 m，采深1.5 m，共计可采砂28.50×104m3。以上两处整治性采砂年度采砂量可以根据需要进行开采，采砂量不足时可以加大开采深度1～3 m，见表4。