胡 立,羅 興,曾文錦,黃錦鑫
(1.長(zhǎng)江水文中游局岳陽(yáng)分局,湖南 岳陽(yáng) 414000;2.長(zhǎng)江水文中游局赤壁分局,湖北 赤壁 437300)
螺山水文站建立于1952年,站址位于湖北省洪湖市螺山鎮(zhèn),是長(zhǎng)江荊江與洞庭湖出流匯合后的第一個(gè)長(zhǎng)江中游干流控制站,是國(guó)家一類基本水文站。測(cè)驗(yàn)斷面為復(fù)式斷面,呈“W”形,主泓靠左。河床為沙質(zhì)成份,斷面不穩(wěn)定,通過(guò)多年資料分析一般特性為漲沖落淤的規(guī)律。
三峽水庫(kù)蓄水后,為了探求下游河段沙質(zhì)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)特性及規(guī)律需要,螺山站于2009年開(kāi)始開(kāi)展沙質(zhì)推移質(zhì)項(xiàng)目測(cè)驗(yàn)工作。沙質(zhì)推移質(zhì)測(cè)驗(yàn)儀器為Y78-1型采樣器,門口寬100mm。
根據(jù)螺山水文站《測(cè)驗(yàn)任務(wù)書(shū)》和《河流推移質(zhì)泥沙及床沙測(cè)驗(yàn)規(guī)程》要求,年測(cè)次布置在20次左右,至目前該站已經(jīng)收集了80次斷面實(shí)測(cè)流量與實(shí)測(cè)推移質(zhì)輸沙率同步資料。以收集的資料作為樣本,進(jìn)行一系列分析后,確定其為指數(shù)關(guān)系,通過(guò)點(diǎn)群中心得出經(jīng)驗(yàn)公式為Qb=0.001438×Q1.061562(其中Qb為推移質(zhì)輸沙率;Q為斷面流量)。用定線精度誤差計(jì)算分析方法,以此來(lái)判定是否滿足規(guī)范要求(見(jiàn)圖1)。
圖1 螺山水文站 沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙率~流量定線關(guān)系圖
統(tǒng)計(jì)實(shí)測(cè)值與線上查算值的相對(duì)偏差,結(jié)果有16個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)誤差超過(guò)了±40%,其中有80%的點(diǎn)距相對(duì)誤差小于±40%。根據(jù)《河流推移質(zhì)泥沙及床沙測(cè)驗(yàn)規(guī)程》5.2.4第二條:沙質(zhì)推移質(zhì)的定線精度應(yīng)達(dá)到75%以上點(diǎn)據(jù)的實(shí)測(cè)值與查算值的相對(duì)偏差不超過(guò)±40%的要求,因此螺山水文站沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙率與流量的指數(shù)關(guān)系定線精度滿足規(guī)范要求。
2009~2012年平均輸沙率和輸沙量?jī)蓚€(gè)指標(biāo),統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。
從表1可知:(1)螺山水文站沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙率和輸沙量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于懸移質(zhì)輸沙率和輸沙量,其所占比重基本在1%~4%,即螺山斷面全沙分布中,沙質(zhì)推移質(zhì)所占比重非常小;(2)斷面的全沙主要是以懸移質(zhì)輸沙為主。
表1 螺山水文站 沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙率與懸移質(zhì)輸沙率成果對(duì)比
根據(jù)每個(gè)測(cè)次每條垂線的單寬輸沙率推算得出各垂線部分輸沙率,然后計(jì)算出占全斷面輸沙率比重,來(lái)分析推移質(zhì)在測(cè)驗(yàn)斷面上的橫向分布情況。
由于螺山斷面呈“W”形狀,主泓靠左,起點(diǎn)距135m靠左以礁板土為主。當(dāng)水位下降沙洲出露后,右汊流速較小,流量占總斷面流量3%左右?,F(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn),右汊推移質(zhì)很難取到,沙質(zhì)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)范圍主要集中在起點(diǎn)距425~775m的主泓之間。當(dāng)水位上漲流量增大時(shí),全斷面均存在推移質(zhì)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)帶寬范圍在斷面起點(diǎn)距425~1 500m之間。
分析80次沙質(zhì)推移質(zhì)測(cè)驗(yàn)資料中的垂線部分輸沙率,比重較大的兩線在斷面起點(diǎn)距425m和585m,結(jié)合聲學(xué)多普勒流速儀(簡(jiǎn)稱ADCP)測(cè)驗(yàn)資料也可以得到印證,從ADCP走沙范圍不難看出(見(jiàn)圖2),河底走沙范圍也基本在起點(diǎn)距425~775m之間變動(dòng),因此與所分析的結(jié)果是基本吻合的。
圖2 螺山水文站ADCP測(cè)流河底走沙區(qū)域圖
2009~2012年,螺山水文站沙質(zhì)推移質(zhì)平均中數(shù)粒徑為0.195mm,變化范圍在0.190~0.199mm之間,平均粒徑為0.242mm,變化范圍也只在0.227~0.258mm之間擺動(dòng),說(shuō)明在這平水期年份的4年中,尤其是三峽水庫(kù)蓄水后,中數(shù)粒徑和平均粒徑變化都不大,最大粒徑除2009年實(shí)測(cè)的25.1mm外,其余均在15.3mm左右(見(jiàn)表2)。
表2 螺山水文站 沙質(zhì)推移質(zhì)年級(jí)配統(tǒng)計(jì)表
通過(guò)對(duì)螺山水文站2009~2012年計(jì)80次沙質(zhì)推移質(zhì)測(cè)驗(yàn)成果和年度資料整編成果進(jìn)行分析,可以得出以下結(jié)論:
(1)影響沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙規(guī)律的因素多而復(fù)雜,輸沙率的大小與斷面流量的大小密切相關(guān),流量增大沙質(zhì)推移質(zhì)啟動(dòng)流速增大,在斷面上分布帶寬范圍也將增大。
(2)螺山測(cè)驗(yàn)斷面上游沙洲對(duì)沙質(zhì)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)范圍起到一定的控制作用,水位下降沙洲露出后,推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)范圍基本分布在主泓部分。
(3)沙質(zhì)推移質(zhì)在全沙中所占比重較小,為懸移質(zhì)輸沙量的1%~4%,所以螺山測(cè)驗(yàn)斷面輸沙主要是以懸移質(zhì)為主。
[1]張瑞瑾.河流泥沙動(dòng)力學(xué)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,1998.
[2]SL43-92,河流推移質(zhì)泥沙及床沙測(cè)驗(yàn)規(guī)程[S].
[3]李文萍,等.長(zhǎng)江宜昌站沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙規(guī)律[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版),2006,(1).