小砾山引水枢纽调配水的含沙量对河道淤积的影响

沈建飞，俞学军，郑海洋

(1.萧山区钱塘江灌区管理处，浙江 杭州311200;2.萧山区农机水利局，浙江 杭州311200)

调配水造成的河道淤积是一种人为活动引起的累积型泥沙灾害，主要与调配水中的含沙量有关［1］.笔者通过监测小砾山引水枢纽口门在大、中、小潮时的含沙量，分析调配水含沙量的变化特征，揭示调配水含沙量在半日潮、半月潮周期中的变化规律，以及随潮汐变化的关系.

1 钱塘江杭州段泥沙概况

钱塘江河口的底沙和悬移质均为细沙，一般中值粒径为0.02 ～0.04 mm，分选良好，由于河床滩槽组成物质经过长期往返搬运分选，缺乏黏性颗粒，抗冲能力弱，易冲易淤［2－3］.

钱塘江杭州段上游来沙很少，据芦茨埠1956—1965年实测悬移质含沙量资料统计，多年平均含沙量为0.197 kg/m3，多年平均输沙量约500 万t.新安江、富春江水库建成后，上游来沙量进一步减少［4］.区域内泥沙主要来自外海，一般具有大潮汛和洪水期间含沙量大，小潮汛期间含沙量小的特征.

2 样本采集和处理

2.1 采集位置

小砾山引水枢纽位于毗邻“三江口”，即富春江、浦阳江和钱塘江的交汇处，该地段位于钱塘江河口段上游，在洪、潮水动力条件共同作用下水流情况比较复杂.

2.2 样本采集

考虑到泥沙具有沿垂线分布的特点，故采样的具体位置放在泵站口门处.此处江水刚经水泵提升，经过强烈搅拌，水体中泥沙的各项特征指数基本均匀，采集的水样更具代表性.

从2013年8月9日至8月17日进行了大、中、小潮3 个航次的含沙量测验，每个航次，从涨潮前1 h开始，连续进行13 h 的观测. 水样按表层、0.6H(H 为水深，m)层和底层(离底0.5 m)分层取样，并在涨急、落急、涨憩、落憩4 个时刻加测采水，每层每小时用采水器采集500 mL 左右的水样，共获得167个时段的水样.

2.3 数据处理

单个水样含沙量的测定采用过滤法.在实验室用直径60 mm、孔径0.45μm 的微孔滤膜进行抽滤，将其从海水中分离出来，蒸馏水洗盐3 次，烘干，在分析天平上称重.据此可以计算出单层含沙量.

按加权平均法计算垂线平均含沙量，即

式中:ρAve为垂线平均含沙量;ρ表，ρ0.6H，ρ底分别为表层、0.6H 层和底层的含沙量.

为分析需要，又收集了含沙量监测站附近的闻家堰水文站的逐时潮位资料，结合含沙量数据，按涨潮、落潮时段，统计出涨、落潮含沙量的变化情况，据此来分析潮位与含沙量变化的规律.

悬移质颗分水样在实验室内用激光自动粒度分析仪进行颗粒分析，同时计算特征粒径、平均粒径等粒度参数，提供各粒级百分含量和累计频率曲线.

3 口门含沙量变化情况

3.1 含沙量特征

小砾山引水枢纽口门具体的含沙量特征值［5］见表1.

表1 含沙量特征值 kg/m3

3.1.1 含沙量平面变化

小砾山站大潮、中潮、小潮的平均含沙量分别为0. 161，0. 153，0. 151 kg/m3，全潮平均含沙量为0.155 kg/m3.表2为小砾山引水枢纽站涨、落潮平均含沙量.由表2可知:涨潮阶段平均含沙量的变化范围为0. 144 ～0. 173 kg/m3，全潮平均含沙量为0.160 kg/m3;落潮阶段平均含沙量的变化范围为0.129 ～0.161 kg/m3，全潮平均含沙量为0.150 kg/m3.

表2 各潮的涨、落潮平均含沙量 kg/m3

3.1.2 含沙量垂向变化

将涨潮期间各层含沙量求平均值，结果见表3.

表3 大、中、小潮各层平均含沙量 kg/m3

由表3可知:含沙量的垂向变化明显，随着水深的增加，含沙量逐渐变大;表层、0.6H、底层的平均含沙量分别为0.141，0.147，0.180 kg/m3，平均含沙量之比约0.8∶0.8∶1.0.

3.2 含沙量和潮位过程的同步性

闻家堰水文站位于小砾山引水枢纽下游约1.5 km处，到潮时间两地仅相差3 min，因此可以引用闻家堰水文站的逐时潮位资料来替代同时段小砾山引水枢纽的逐时潮位资料，并据此绘制出含沙量与潮位变化过程图［6］，如图1所示.

由图1可知:大、中潮汛时含沙量变化比较明显，小潮时含沙量变化较小;从涨、落潮角度来看，涨潮含沙量变化明显，落潮含沙量变化则相对较小.在高潮位前2 h 含沙量最小，高潮位时含沙量达到最大，高潮位过后约2 h 出现最小值，之后随着落潮流的增大，含沙量略有增大，但变化很小，基本稳定在0.150 kg/m3左右.

每次高潮位过后约2 h，小砾山引水枢纽的含沙量以37% ～86%的速率递减，具体情况见表4.

表4 潮汛过程中含沙量消减情况

3.3 涨潮过程中最大含沙量与潮差的关系

根据实测资料，应用最小二乘法拟合得到小砾山引水枢纽的涨潮潮差与实测最大含沙量之间的相关关系:其相关系数为0. 92，相关关系式为y =0.64x－0.343 3.其中，y 为最大含沙量，x 为小砾山水利枢纽站涨潮潮差.

由此可推算出小砾山引水枢纽涨潮最大潮差与最大含沙量的关系，即:涨潮最大潮差分别为1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 m 时，最大含沙量分别为0.297，0.617，0.937，1.257，1.577 kg/m3.

4 结 语

1)小砾山引水枢纽每年的调配水量约1.6 亿m3，极大地改善了城区的水环境质量，发挥了较大的生态效益.但是在引水的同时也将泥沙带进了城区主干河道，经推算每年从小砾山水利枢纽带进泥沙约248 t.这里提供的数据仅供参考.

2)在水流和地形的共同作用下，泥沙沿垂向和横向的分布是不均匀的，因此调配水口门的位置、高度等也是调配水方案优化的重要控制指标之一，其对调配水含沙量变化的影响有待进一步研究.

3)结合潮位和含沙量的实测资料，建议小砾山引水枢纽引水时段应该在高潮位过后约2 h 开始，在下次高潮到达前2 h 结束.

4)涨潮时大、中、小潮平均含沙量之比约为0.8∶0.8∶1.0，在很大程度上是由于在小潮汛时河床抬高来水相对较少，开机引水致使含沙量偏大. 因此，建议口门(外江)区域加大疏浚力度，并在口门内设置沉沙池.

5)在小砾山引水枢纽口门监测到的泥沙资料，对沿钱塘江一线的泵站(涵闸)同样适用，仅时间上略有差异.

［1］张彦南，张礼达.河道淤积泥沙来源及治理对策［J］.水利电力科技，2009，35(1):15－18.

［2］《浙江省钱塘江管理局、浙江省河口海岸研究所论文选编》编委会.钱塘江管理局、浙江省河口海岸研究所论文选编.第1 辑. 上册:1948—1998《钱塘江河口丛书》之三［M］.北京:中国水利水电出版社，2001.

［3］潘存鸿，曾剑，唐子文，等.钱塘江河口泥沙特性及河床冲淤研究［J］.水利水运工程学报，2013(1):1－7.

［4］吴珂，孙志林，李红仙，等.潮汐对强潮河口引水造成的城市河道淤积影响［J］.自然灾害学报，2008，17(5):58－63.

［5］郑智佳，陈燕萍，应剑云.泥沙监测报告［R］.杭州:杭州国海海洋工程勘测设计研究院，2013.

［6］虞晓峰，毛坚.利用钱塘江水资源改善下沙水环境初探［J］.浙江水利科技，2006(2):76－77.