江西信江流域水沙特性分析

2017-10-12

水利水电快报 2017年9期

(1.江西省上饶水文局，江西上饶 334000； 2.江西省水文局，江西南昌 330000)

江西信江流域水沙特性分析

韩建军1卢静媛2吴选明1

(1.江西省上饶水文局，江西上饶334000； 2.江西省水文局，江西南昌330000)

信江流域水利工程建设和流域综合治理及水土保持等活动产生的水文效应随着信江干流梯级电站相继建成而逐渐凸显。采用信江流域代表站系列水文资料,对典型站径流量、输沙量年内、年际变化进行分析，统计不同水文站径流量、输沙量年际变化，得出流域的水沙变化规律。结果表明：研究时段内信江流域水沙年内分配不均，年际变化幅度较大；1997年开始，流域年输沙量呈现下降趋势；流域内水沙关系相关性较好，处于稳定状态。

径流；输沙；水沙变化；水沙关系；信江

1 流域概况

1.1 自然地理

信江位于江西省的东北部[1]，流域涉及福建、浙江、江西3省共19个县(区、市)。西邻鄱阳湖，北倚怀玉山脉与饶河毗邻，南倚武夷山脉与闽江相邻，东毗富春江。流域面积17 599 km2，地处东经116°19′～118°31′、北纬27°32′～28°58′。

1.2 河道概况

信江是江西省五大河流之一。发源于浙赣边界江西省玉山县三清乡平家源，信江上游在上饶市信州区分两大支，北支称玉山水，南支称丰溪河，南北两支汇合于上饶市后总称信江。主河道长359 km，沿途汇入主要支流有石溪水、铅山水、陈坊水、葛溪水、罗塘河、白塔河、万年河等支流。主流自东流向西，干流流经玉山县、信州区、铅山、横峰、弋阳县、贵溪市、鹰潭市月湖区、余江、余干县，在余干县潼口滩分东西两大河，东大河汇同饶河在龙口汇入鄱阳湖，西大河在瑞洪镇下风洲注入鄱阳湖。

1.3 气候水文

流域属中亚热带季风湿润气候区，气候温和、四季分明、光照充足、雨量充沛，具有春雨多、夏炎热、秋干旱、冬雪少的特点。年平均降水量为1 400～1 900 mm，多年蒸发量600～900 mm，多年平均年径流深800～1 600 mm。汛期一般是4～9月，约70%的洪水在主汛期4～6月发生。

1.4 水利枢纽情况

(1) 信州水利枢纽[2]。工程位于信江中上游，信州区龙潭大桥下游约4 km处，地理坐标为东经117°54′11″，北纬28°24′38″。坝址以上集水面积5 234 km2，工程于2003年动工兴建，2005年基本建成发挥效益，是一座以建设城市景观为主, 兼顾发电等综合效益的水利工程。闸坝工程轴线全长563.3 m，正常蓄水位为66 m，工程电站设计装机容量3×3.35 MW，设计水头5 m，年均发电量3 830万 kW·h，具有日调节性能。

(2) 红旗闸坝枢纽。工程位于信江中游，弋阳县南岩镇上游约10 km的旗山场顾家村，地理坐标为东经117°30′42″，北纬28°21′09″。闸址以上集水面积8 734 km2，工程于1968年动工兴建，1970年基本建成发挥效益，是一座以灌溉为主，兼顾发电、航运等综合效益的工程。工程由溢流坝、船闸、筏道、左岸土坝、南站(左岸)和北站(右岸)2座水电站厂房、灌溉引水渠及其进水闸等建筑物组成。溢流坝位于河床中部，堰顶高程 39.50 m，全长 235.2 m。

(3) 九牛滩水轮泵站枢纽。工程位于信江中游下段，贵溪市滨江镇鸿塘村，距贵溪市区约5 km，距下游的界牌水利枢纽工程31 km，地理坐标为东经117°11′21″，北纬28°19′22″。坝址以上流域面积11 650 km2，工程于1966年开工兴建，1972年建成投入运行。正常蓄水位为26.80 m，为实用堰溢流坝，全长 225.0 m。发电机组共25台、总装机容量为2 045 kW，多年平均发电量 912.6万kW·h。

(4) 界牌航电枢纽。工程位于余江县中童镇徐杨村与贵溪市鸿塘镇交界处，距鹰潭市12.5 km。地理位置东经116°58′14″，北纬28°19′17″，坝址以上流域面积12 300 km2。工程于1992年11月开工兴建，1998年3月建成蓄水，水库总库容 3.35亿m3，水库正常蓄水位26 m，全长 353.45 m；电站位于坝址左岸，装机容量20 MW，年发电量8 613万kW·h。

2 选用资料

选用信江流域弋阳、梅港站1958～2014年的实测水文资料[3-5]，弋阳站控制流域面积8 753 km2，观测项目包括水位、流量、泥沙、降水量等；梅港站控制流域面积15 535 km2，观测项目包括水位、流量、含沙量、颗粒分析、降水、蒸发、水温、水质等。

3 径流量分析[6]

3.1 年内变化

弋阳、梅港站1958～2014年的月平均径流年内分配见图1。从图中可以看出，该两站径流量的年内分配基本一致，流域内径流年内分配极不均匀，主汛期4～6月份来水占全年总量的52%以上，枯水期8月至次年2月来水不到全年来水量的28%。

图1 弋阳、梅港站径流量年内分配

3.2 年际变化

表1 信江流域代表站年径流特征值统计

图2 弋阳、梅港站年径流量频率曲线

由表1和图2可知，信江流域上游弋阳站多年平均径流量小于下游梅港站，两站多年径流模数及径流深均接近，弋阳站径流系数略大于梅港站，符合流域水文特性。

弋阳、梅港站1958～2014年的年径流量变化趋势见图3。从图中可知，信江流域径流年际变化较大，弋阳、梅港站的年径流量随年份的变化上下游对应吻合度高。弋阳站最大年径流量为190.1亿m3(1998年)，是最小年径流量 50.3亿 m3(2004年)的3.8倍；梅港站最大年径流量为344.4亿m3(1998年)，是最小年径流量 79.96亿 m3(1963年)的 4.3倍。

图3 弋阳、梅港站年径流量变化趋势

4 输沙量分析

4.1 年内变化

自然条件下，河流输沙量主要受降水特性的影响，输沙量通常具有与径流量类似的变化特征。根据弋阳、梅港站实测泥沙资料，弋阳、梅港站1958～2014年的月平均输沙量年内分配见图4。

图4 弋阳、梅港站输沙量年内分配

从图中可知，弋阳、梅港两站输沙量的年内分配基本一致，流域沙量的年内分配较径流更为集中，4～6月份输沙占全年总量的68%以上，枯水期8月至次年2月输沙不到全年输沙量的11%。由此可知，该流域水沙主要来自暴雨洪水所形成，泥沙主要集中在主汛期，月、年最大输沙量一般与洪水的大小对应。

4.2 年际变化

根据弋阳、梅港站实测泥沙资料分析统计, 信江流域代表站悬移质泥沙统计见表2。

表2 信江流域代表站悬移质泥沙统计

由表中数据可知，信江流域属于少沙河流，年平均含沙量上游大于下游，年输沙量下游大于上游，符合流域上游坡陡、水流急，挟沙能力强，下游河道坡地平缓、水流慢、挟沙能力弱的水文特性。

弋阳、梅港站1958～2014年的年输沙量变化趋势见图5。从图中可知，弋阳、梅港站的年输沙量随年份的变化上下游对应吻合度高，弋阳站最大年输沙量为322万t(1973年)，是最小年输沙量19.7万 t(2004年)的16.3倍；梅港站最大年输沙量为501万 t(1973年)，是最小年输沙量26.3万 t(2007年)的19.0倍。流域年输沙量的年际变化趋势与径流量的变化趋势基本一致，大水多沙，小水少沙。

图5 弋阳、梅港站年输沙量变化趋势

5 水沙分析

根据弋阳、梅港站的年径流量及年输沙量数据，采用幂函数数学模型进行拟合[7-8]，弋阳、梅港站水沙关系呈2个系列：1958～1996年、1997～2014年，弋阳、梅港站年径流量与年输沙量关系见图6和图7，对应上述时段的年平均输沙量分别为：弋阳站153万t，87.5万t，梅港站230万t、126万t，输沙量呈明显减小趋势。

图6 弋阳站年径流量-年输沙量关系线

图7 梅港站年径流量-年输沙量关系线

根据分析成果可知，含沙量、输沙量除受流域内气象、下垫面等自然因素影响外，大规模人类活动对河流含沙量、输沙量也产生较大影响。流域内水利工程建设、流域综合治理等人类活动的影响，改变了河流天然的水沙规律，径流量与输沙量的年际变化发生了明显改变，如1997年以来，江西省对水土保持生态建设力度的加大、1998年界牌水利枢纽建成蓄水、2005年信州水利枢纽的运行均对信江水沙关系产生了显著影响。