新疆玛纳斯河推移质运动规律初步分析

郝 瑞

(1.新疆农业大学，乌鲁木齐830052;2.新疆水利厅玛纳斯河流域管理处，新疆石河子832000)

玛纳斯河位于天山北麓、准噶尔盆地南缘，系山溪性内陆河流，其流程短、水量小。根据1986～2009年统计资料，玛纳斯河多年平均径流量为14.1亿m3，由于河流主要为天山冰川融雪补给，受气温影响很大，加上暴雨影响，水量主要集中在6～9月，4个月水量占到全年总水量的76.6%，仅7、8两月多年统计其平均水量就占全年总水量的52.3%。，洪水期流量经常在100 m3/s以上，而在枯水期却往往断流。玛纳斯河多年月均流量分配见图1。

由于天山山势陡峻，前山带为砂砾石所复盖，加上河道纵坡大，水流集中，冲刷力强，河谷下切深达100～200 m。水流把大量泥砂带到下游，洪水期含砂量达2.2～5.8 kg/m3，其中对渠首工程危害性最大的推移质占年总砂量的12%～15%，粒径为0.5～30 cm。

本文所采用的数据为玛纳斯河出山口红山嘴引水枢纽前的实测数据，反映了玛纳斯河山区泥沙自然转化达到平衡状态时输出的泥沙数据。

图1 玛纳斯河1986～2009年月均流量示意图

1 推移质测验情况

在玛纳斯河出山口红山嘴引水枢纽前设立断面，两岸底宽相距40 m，在测验中自距凹岸堤内肩7 m向对岸每隔3 m布置1根测验垂线，测验使用MB－2型卵石推移质采样器，其

采样器采样效率系数表达式如下:

式中:η为采样效率系数;W为次采取沙样重量;Wmax为采样器最大采样重量，470 kg;V为测点流速。

计算出采样效率后套入公式计算单宽输沙率，其计算公式如下:

式中:qbi为单宽输沙率;ΣW为采取沙样重量;η为采样效率系数;ti为第i条垂线的取样总历时;bk为采样器口门宽。

自1986开展测验至今，共计24 a实测资料，最大粒径为497 mm，断面最大平均粒径为57.1 mm，7、8两月多年平均断面粒径为31 mm，其多年泥沙特征统计见表1。

2 资料分析

采用推移质与水力因素关系曲线法进行资料的整理计算。

1)点绘实测断面推移质输沙率与相应断面平均流速关系图，通过点群中心定出关系曲线，见图2。

图2 1986～2009年闸前2号断面推移质输沙率与平均流速关系曲线

2)求出关系线的方程式

式中:Qb为推移质断面输沙率，kg/s;V为断面平均流速，m/s; a、n为系数、指数。

经计算:当V＜1.2 m/s时，Qb=0。

当V＜1.6 m/s时，Qb=3.22×10－6V33.28

当V＞1.6 m/s时，Qb=1.548V5.444

3)以流量为纵坐标，断面平均流速为横坐标点绘关系图，通过点群中心定出关系曲线，见图3。

图3 1986～2009年闸前2号断面流量与断面平均流速关系

4)先以逐日平均流量查得平均流速，在据以查得日平均推移质输沙率。

3 玛纳斯河推移质情况

根据以上方式计算多年推移质特征值，见表1。

表1 1986～2009年玛纳斯河推移质特征值统计

4 运动特性分析

推移质的运动特点是由砂石运动和水力条件共同决定，其输沙率与流速的高次方成比例，因而对流速的改变非常敏感，据现有的玛纳斯河实测资料分析可得出在现有的河流断面处，其已形成的不同粒径组合下的推移质与流速有如下关系:

当V＜1.2 m/s时，基本没有推移质的产生，即认为在此断面推移质的启动流速为1.2 m/s;

当1.2 m/s＜V＜1.6 m/s时，有推移质产生，但推移质输沙率较低，变化平稳;

当V＞1.6 m/s时，推移质大量产生，随流速的变化，其输沙率变化较大。

玛纳斯河推移质运动集中在7、8两月，7、8两月是水量最集中、流速最大的时期，其中又以7月水量最大、流速最快，多年平均玛纳斯河推移质在7月产生的量约为全年的78%，8月推移质产生量约为全年21%，6月为1%，其余月份基本没有推移质产生。

图4 1986～2009年径流量与输沙量关系

玛纳斯河的输沙是泥沙可获得性(受来沙条件和床面结构制约)和水流挟沙能力(受水流条件制约)共同影响的结果。

绘制输沙量和径流量图从图4可看出，在1986～2009年共计24 a的时间里，输沙量没有呈上升趋势，而是与径流量呈现一定的相关性，对于玛纳斯河来说，典型的山区河流，高山融雪为主要的水量来源，7、8两月的洪水水量高峰值，亦是沙量的最高值，而形成推移质的沙源条件(来沙量、强度、级配)并不主要受河床影响，而是由7、8月山区暴雨、洪水诱发的岸坡侵蚀、崩塌、滑坡甚至泥石流等因素使上游来沙量多，使得河道输沙量大，系“来沙限制型”河道，其洪水期水量大，具备了较强的水流挟沙能力。

5 结语

玛纳斯河具备典型的山溪性河流特点，水量分布不均，汛期水量大、流速快，相应推移质产生的量大，而其余时期推移质的产生则接近为零，本文计算、分析、总结了玛纳斯河多年推移质输沙量与流速、流量的关系，根据实测资料的多年分析可证实玛纳斯河的推移质是可获得性和水流挟沙能力共同影响的结果。作为水利工作者，我们在研究量化一种水利数据的同时，也在思考如何改变其不好的水力状态和如何将其变害为利，希望本文能给有意于此的研究人员技术支持。

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