唐河水文站悬移质泥沙测验问题探讨

□王晓森 □王一帆 □孙洪波（河南省南阳水文水资源勘测局）

1.唐河流域及唐河水文站简介

唐河发源于河南省方城县七峰山,属于伏牛山脉。上游由潘河和赵河组成,在社旗县城南合流后称唐河。唐河干流全长230余千米,流域面积8390km2,于湖北省襄阳县双沟镇与白河汇合,称唐白河,流入汉江。

唐河流域发源地带的山川植被覆盖面积较少,中游是起伏不平的岗丘,间有大片平原,耕地较多,土质松软,每遇瀑雨,水土流失严重,河水混浊;特别是近几年闸坝、库塘淤积严重,蓄水量减少,坡降大的耕地跑土跑肥,造成很大的水土流失。这些问题可以通过水文测验(泥沙测验)分析,进一步掌握泥沙的运行规律。唐河水文站的泥沙测验,整理分析资料中的一些数据分析得出唐河流域的泥沙运行规律。

唐河水文站是长江流域唐白河水系区域重点站,典型的平原河流测站,属国家重点站。观测项目有：水位、流量、降水量、蒸发量、单沙、输沙率等。唐河站位于唐河县城南右岸,站以上干流长121km,流域面积4777km2。唐河流域呈扇形,汇流时间短。

2.悬移质泥沙的形成

河水挟沙的多少,主要是说水土流失的多少,这决定于山川、岗丘植被覆盖率和农田基本建设的好坏等等。唐河站测验断面地处平原,平均流速较山区性河道偏小,泥沙沉淀快,泥沙的纵向平均位置在0.6倍水深附近。另一方面,也决定雨情，暴雨产生的洪水含沙量大,中雨和连续中小雨产生的洪水含沙量偏小；就断面含沙量横向分布情况看,流速大的部位含沙量大,流速小的部位含沙量偏小；就一次洪水过程看,涨水时含沙量偏大一点,落水时含沙量偏小；就一次峰形来看,沙峰超前,洪峰在后,也就是洪水的含沙量最大值产生的时间比最大洪峰产生的时间超前。这几个方面基本构成了唐河站断面河水挟沙的变化过程。

3.悬移质泥沙检测的依据及测沙方案的制定

通过单位含沙量和输沙率测验,建立单位含沙量(简称单沙)和断面平均含沙量（简称断沙）关系，在泥沙资料分析后建立起一个新的测沙方案。断面平均含沙量与断面上有代表性的垂线或测点的含沙量，存在着较好的相关关系,单断沙关系线是通过原点且45°角直线，经过几年的测验后,由于断面稳定,测得单沙,输沙率点绘出的单断沙关系线,就是45°角直线形。就是说,每一次测得单沙,输沙率过程,单位含沙量与断面平均含沙量是有比例关系的,是成比例的增加或减少，从而证明了河水挟沙的变化过程是从小到大,从大到小循环往复着。在一个稳定的断面,在一次输沙率测验过程中,单沙是多少,断面平均含沙量也应该是多少,单断沙关系应是45°角直线型。这种函数关系是沙与沙的关系。在一个不稳定的测沙断面,如果断面主流左右移动频繁,单沙位置设置不当,主流向左岸移动,单沙偏小,断沙偏大；主流向右岸移动,单沙偏大,断沙偏小；主流居中,单断沙关系又以一种比例关系出现,以此循环往复。单断沙关系点在忽左忽右变化着,通过点群中心定出一条曲线,这就违背了单沙与断沙成比例增加或减少的规律。通过断面流速横向分析和前后断面对照,断面变化是有稳定期的,可以在每一个稳定期内定出一条成比例的单断沙关系线。在断面变化频繁的断面,可以通过资料分析,在主流两边设立两个单沙位置,甚至包括主流设立三个单沙位置作平均,与断沙建立关系,这样做,单断沙关系就比较稳定,也能够反映出单断沙的比例关系及沙量的变化规律。所以,确立测沙方案,关系到能否测到准确的泥沙资料,能否正确地反映出泥沙运行的规律。

4.唐河水文站的测沙方案制定及单断沙关系线系数的形成

唐河水文站的测沙断面,在设站之初,由于只设了一条单沙位置,单断沙关系不好,点群散乱。经资料分析后,在1981年建立

一个新的测沙方案,就是在起点距110m处,增设一个单沙位置,与原设起点距60m处单沙做混合,单断沙关系系数为0.91,经一年实测,中低水时,单断沙关系还能与原单断沙方案重合,可是经过一次大洪水后,单断沙关系系数从0.91跳跃到1.03,后又把1980年、1981年两年资料作综合分析,把起点距110m处单沙位置改设在起点距120m处,与起点距60m处单沙混合,单断沙关系系数为0.94,经过以后几年实测,单断沙关系系数1983、1984年为0.94,1985、1986年系数分别为1.0、0.98,这说明单断沙关系不稳,还没有有效的控制在固定位置上,我们根据历年收集资料做分析,制定新的测沙方案,就是在中水以上的水位时,在起点距180m增设一条单沙位置,这样就成了主流,主流两边3处单沙位置，中高水时3处单沙位置做混合,这样就把单断沙关系线稳定在固定的系数上。随着城市建设,唐河2010年修了橡胶坝,唐河站断面下迁,左右两岸水泥砖护堤岸,断面稳定,在新的断面又制定了新的测沙方案,即起点距60m处、120m处设立两处单沙位置,它的单断沙关系线系数稳定在1.03。

5.泥沙测验的体会

在泥沙测验中，通过测验的资料整理,我体会到,要准确的了解河道的特性,细心分析以往泥沙资料,了解河流的泥沙变化规律,进一步了解测验断面泥沙纵横向分布情况,还要了解各种雨情产生的洪峰,以利掌握泥沙的测验时机。在实际测验中，经过整理分析,认识泥沙运行规律,制定出新的测沙方案,选择好的单沙位置建立稳定的单断沙关系，再经过水文计算，就可以推算出过去和将来的河流含沙量,为水利事业提供准确的依据。