汤旺河流域输沙量特征分析

2012-10-24刘慧娟宋运凯

黑龙江水利科技 2012年3期

刘慧娟，宋运凯

(1. 齐齐哈尔水文局同盟水文站，黑龙江齐齐哈尔161005;2. 伊春水文局，黑龙江伊春153000)

0 前言

本文分析的河流泥沙属悬移质泥沙，主要指位于河床层面以上至水面之间悬浮于水中并随水流一同运动的泥沙。河流泥沙是反映河川径流特性的一个重要因素，对水资源开发利用和江河治理都有较大的影响。在水利水电工程的规划设计、运行管理以及水土保持，水资源分析计算等工作中，都会涉及河流泥沙的问题。进行水库设计时必须考虑水库上游泥沙的淤积问题。河道灌溉、排水工程必须考虑泥沙淤塞对过水通道的影响。航运部门也需要考虑天然水道中的浅滩泥沙淤积问题。河流泥沙也会引起水质变化并直接影响生活和工业用水。因此，有必要对河流泥沙变化特征进行分析研究。目前，河流泥沙的监测成果指标主要有以下几个:

1) 河流水体含沙量: 指单位体积水体的悬移质泥沙含量，单位( kg/m3) 。

2) 河流输沙率:指某一特定时期单位时间内水流输送的泥沙量，单位( kg/s) 。

3) 河流的泥沙侵蚀模数或输沙模数:是指流域单位面积上每年输出的沙量或侵蚀量，其数值体现了流域内泥沙侵蚀程度，单位( t/km2) 。

4) 河流输沙量: 指某一时段内通过河道某断面的泥沙量，单位( kg 或104t) 。河流输沙量的大小主要决定于水量的丰枯和水流含沙量的大小。本文选择在流域水资源分析评价工作中经常用到的河流“输沙量”的特征来进行分析。

1 流域概况

汤旺河地处松花江下游，由北向南贯穿小兴安岭腹地，流域面积20 557 km2。流域呈树枝状，北临黑龙江，西、南连松嫩平原，东邻鹤岗丘陵与梧桐河接壤。流域地貌绝大部分属小兴安岭山地，地貌特征为“九山半水半分田”。西南岔河是汤旺河右岸一级支流，流域面积2 735 km2，属典型的山溪性河流。

2 流域泥沙特征分析

2.1 泥沙来源

天然河流中的泥沙主要来自土壤侵蚀和水流冲刷，具体为:

1) 风力侵蚀，指由风沙引起的侵蚀，其强度主要取决于土壤颗粒级配、风速、植被覆盖率等。

2) 融雪侵蚀，指因寒冷地区春季植被较少，融雪径流和降雨对地表层产生的侵蚀。

3) 沟蚀，指由大面积的常规耕作而产生的土壤侵蚀。

4) 河床冲刷，指水流对河床及河岸表层的冲刷。

汤旺河流域的泥沙虽然与上述各种泥沙成因都有一定的关系，但由于流域河床由粗、细混合砂石构成，河道比降较大，河堤护坡长度较短，沿岸河床冲刷严重，因此流域泥沙以河床冲刷为主要来源。

2.2 河流泥沙的年内变化特征

在天然河流中，河流的输沙能力与流量和河道的比降成正比。河流输沙量的年内分配近于多年平均情况，一般可用年输沙量的月分配过程，输沙量高值区所在月份占年输沙量百分率来反映。通过表1、图1 可见，流域输沙量年内分配极不均匀，主要集中在畅流期的4—9月，最大月份为7—8月，最小月份为1—3月，与流域径流的年内分配规律相似。

表1 流域代表站各月多年平均输沙量年内分配统计表 104t

表2 流域代表站各月多年平均径流量年内分配统计表 104m3

2.3 河流泥沙的年际变化特征

根据表3、图2 及图3 显示，历年输沙量的变化与径流量的变化过程基本相似，二者关系点剧比较集中。流域代表站晨明站多年平均径流量为47.8 亿m3; 最大年径流量发生于1985年，其值为87.5 亿m3，最小年径流量发生于2008年，其值为15.9 亿m3。最大、最小年径量之比为5.50。历年径流量系列的变差系数Cv=1.07，说明径流量的年际变化较明显。晨明站多年平均悬移质输沙量为33.7 万t，历年最大年输沙量发生于1996年，其值为264 万t，历年最小输沙量发生于2008年，其值为2.6 万t。最大、最小年输沙量之比值为101.5。历年输沙量系列变差系数Cv=1.65，说明流域输沙量年际变化较大，处于不稳定状态。

3 结语

由上述分析可知，流域输沙量存在年内分布不均，年际多沙期和少沙期交替出现的现象，丰、枯变化比较频繁，变幅较大，对流域水资源开发利用存在较大不利影响。天然植被可有效减轻降雨冲击对土壤泥沙颗粒剥离的程度，应增加流域下垫面的植被密度。在部分条件许可的山坡耕地区修筑梯田、导水渠也可显著减少土壤侵蚀。在一些水利工程上修建专用水工建筑物可有效拦截泥沙的输移。水库和池塘也可以较好地拦截河流中的粗纱，防止泥沙颗粒进入下游地区。为了减轻水流对河岸的冲刷，还可采取河岸保护法，例如:增加植被覆盖率、水泥、块石护坡等工程措施。