沈建飛，俞學(xué)軍，鄭海洋

(1.蕭山區(qū)錢塘江灌區(qū)管理處，浙江 杭州311200;2.蕭山區(qū)農(nóng)機(jī)水利局，浙江 杭州311200)

調(diào)配水造成的河道淤積是一種人為活動(dòng)引起的累積型泥沙災(zāi)害，主要與調(diào)配水中的含沙量有關(guān)［1］.筆者通過監(jiān)測小礫山引水樞紐口門在大、中、小潮時(shí)的含沙量，分析調(diào)配水含沙量的變化特征，揭示調(diào)配水含沙量在半日潮、半月潮周期中的變化規(guī)律，以及隨潮汐變化的關(guān)系.

1 錢塘江杭州段泥沙概況

錢塘江河口的底沙和懸移質(zhì)均為細(xì)沙，一般中值粒徑為0.02 ～0.04 mm，分選良好，由于河床灘槽組成物質(zhì)經(jīng)過長期往返搬運(yùn)分選，缺乏黏性顆粒，抗沖能力弱，易沖易淤［2－3］.

錢塘江杭州段上游來沙很少，據(jù)蘆茨埠1956—1965年實(shí)測懸移質(zhì)含沙量資料統(tǒng)計(jì)，多年平均含沙量為0.197 kg/m3，多年平均輸沙量約500 萬t.新安江、富春江水庫建成后，上游來沙量進(jìn)一步減少［4］.區(qū)域內(nèi)泥沙主要來自外海，一般具有大潮汛和洪水期間含沙量大，小潮汛期間含沙量小的特征.

2 樣本采集和處理

2.1 采集位置

小礫山引水樞紐位于毗鄰“三江口”，即富春江、浦陽江和錢塘江的交匯處，該地段位于錢塘江河口段上游，在洪、潮水動(dòng)力條件共同作用下水流情況比較復(fù)雜.

2.2 樣本采集

考慮到泥沙具有沿垂線分布的特點(diǎn)，故采樣的具體位置放在泵站口門處.此處江水剛經(jīng)水泵提升，經(jīng)過強(qiáng)烈攪拌，水體中泥沙的各項(xiàng)特征指數(shù)基本均勻，采集的水樣更具代表性.

從2013年8月9日至8月17日進(jìn)行了大、中、小潮3 個(gè)航次的含沙量測驗(yàn)，每個(gè)航次，從漲潮前1 h開始，連續(xù)進(jìn)行13 h 的觀測. 水樣按表層、0.6H(H 為水深，m)層和底層(離底0.5 m)分層取樣，并在漲急、落急、漲憩、落憩4 個(gè)時(shí)刻加測采水，每層每小時(shí)用采水器采集500 mL 左右的水樣，共獲得167個(gè)時(shí)段的水樣.

2.3 數(shù)據(jù)處理

單個(gè)水樣含沙量的測定采用過濾法.在實(shí)驗(yàn)室用直徑60 mm、孔徑0.45μm 的微孔濾膜進(jìn)行抽濾，將其從海水中分離出來，蒸餾水洗鹽3 次，烘干，在分析天平上稱重.據(jù)此可以計(jì)算出單層含沙量.

按加權(quán)平均法計(jì)算垂線平均含沙量，即

式中:ρAve為垂線平均含沙量;ρ表，ρ0.6H，ρ底分別為表層、0.6H 層和底層的含沙量.

為分析需要，又收集了含沙量監(jiān)測站附近的聞家堰水文站的逐時(shí)潮位資料，結(jié)合含沙量數(shù)據(jù)，按漲潮、落潮時(shí)段，統(tǒng)計(jì)出漲、落潮含沙量的變化情況，據(jù)此來分析潮位與含沙量變化的規(guī)律.

懸移質(zhì)顆分水樣在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用激光自動(dòng)粒度分析儀進(jìn)行顆粒分析，同時(shí)計(jì)算特征粒徑、平均粒徑等粒度參數(shù)，提供各粒級(jí)百分含量和累計(jì)頻率曲線.

3 口門含沙量變化情況

3.1 含沙量特征

小礫山引水樞紐口門具體的含沙量特征值［5］見表1.

表1 含沙量特征值 kg/m3

3.1.1 含沙量平面變化

小礫山站大潮、中潮、小潮的平均含沙量分別為0. 161，0. 153，0. 151 kg/m3，全潮平均含沙量為0.155 kg/m3.表2為小礫山引水樞紐站漲、落潮平均含沙量.由表2可知:漲潮階段平均含沙量的變化范圍為0. 144 ～0. 173 kg/m3，全潮平均含沙量為0.160 kg/m3;落潮階段平均含沙量的變化范圍為0.129 ～0.161 kg/m3，全潮平均含沙量為0.150 kg/m3.

表2 各潮的漲、落潮平均含沙量 kg/m3

3.1.2 含沙量垂向變化

將漲潮期間各層含沙量求平均值，結(jié)果見表3.

表3 大、中、小潮各層平均含沙量 kg/m3

由表3可知:含沙量的垂向變化明顯，隨著水深的增加，含沙量逐漸變大;表層、0.6H、底層的平均含沙量分別為0.141，0.147，0.180 kg/m3，平均含沙量之比約0.8∶0.8∶1.0.

3.2 含沙量和潮位過程的同步性

聞家堰水文站位于小礫山引水樞紐下游約1.5 km處，到潮時(shí)間兩地僅相差3 min，因此可以引用聞家堰水文站的逐時(shí)潮位資料來替代同時(shí)段小礫山引水樞紐的逐時(shí)潮位資料，并據(jù)此繪制出含沙量與潮位變化過程圖［6］，如圖1所示.

由圖1可知:大、中潮汛時(shí)含沙量變化比較明顯，小潮時(shí)含沙量變化較小;從漲、落潮角度來看，漲潮含沙量變化明顯，落潮含沙量變化則相對(duì)較小.在高潮位前2 h 含沙量最小，高潮位時(shí)含沙量達(dá)到最大，高潮位過后約2 h 出現(xiàn)最小值，之后隨著落潮流的增大，含沙量略有增大，但變化很小，基本穩(wěn)定在0.150 kg/m3左右.

每次高潮位過后約2 h，小礫山引水樞紐的含沙量以37% ～86%的速率遞減，具體情況見表4.

表4 潮汛過程中含沙量消減情況

3.3 漲潮過程中最大含沙量與潮差的關(guān)系

根據(jù)實(shí)測資料，應(yīng)用最小二乘法擬合得到小礫山引水樞紐的漲潮潮差與實(shí)測最大含沙量之間的相關(guān)關(guān)系:其相關(guān)系數(shù)為0. 92，相關(guān)關(guān)系式為y =0.64x－0.343 3.其中，y 為最大含沙量，x 為小礫山水利樞紐站漲潮潮差.

由此可推算出小礫山引水樞紐漲潮最大潮差與最大含沙量的關(guān)系，即:漲潮最大潮差分別為1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 m 時(shí)，最大含沙量分別為0.297，0.617，0.937，1.257，1.577 kg/m3.

4 結(jié) 語

1)小礫山引水樞紐每年的調(diào)配水量約1.6 億m3，極大地改善了城區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量，發(fā)揮了較大的生態(tài)效益.但是在引水的同時(shí)也將泥沙帶進(jìn)了城區(qū)主干河道，經(jīng)推算每年從小礫山水利樞紐帶進(jìn)泥沙約248 t.這里提供的數(shù)據(jù)僅供參考.

2)在水流和地形的共同作用下，泥沙沿垂向和橫向的分布是不均勻的，因此調(diào)配水口門的位置、高度等也是調(diào)配水方案優(yōu)化的重要控制指標(biāo)之一，其對(duì)調(diào)配水含沙量變化的影響有待進(jìn)一步研究.

3)結(jié)合潮位和含沙量的實(shí)測資料，建議小礫山引水樞紐引水時(shí)段應(yīng)該在高潮位過后約2 h 開始，在下次高潮到達(dá)前2 h 結(jié)束.

4)漲潮時(shí)大、中、小潮平均含沙量之比約為0.8∶0.8∶1.0，在很大程度上是由于在小潮汛時(shí)河床抬高來水相對(duì)較少，開機(jī)引水致使含沙量偏大. 因此，建議口門(外江)區(qū)域加大疏浚力度，并在口門內(nèi)設(shè)置沉沙池.

5)在小礫山引水樞紐口門監(jiān)測到的泥沙資料，對(duì)沿錢塘江一線的泵站(涵閘)同樣適用，僅時(shí)間上略有差異.

［1］張彥南，張禮達(dá).河道淤積泥沙來源及治理對(duì)策［J］.水利電力科技，2009，35(1):15－18.

［2］《浙江省錢塘江管理局、浙江省河口海岸研究所論文選編》編委會(huì).錢塘江管理局、浙江省河口海岸研究所論文選編.第1 輯. 上冊(cè):1948—1998《錢塘江河口叢書》之三［M］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［3］潘存鴻，曾劍，唐子文，等.錢塘江河口泥沙特性及河床沖淤研究［J］.水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2013(1):1－7.

［4］吳珂，孫志林，李紅仙，等.潮汐對(duì)強(qiáng)潮河口引水造成的城市河道淤積影響［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2008，17(5):58－63.

［5］鄭智佳，陳燕萍，應(yīng)劍云.泥沙監(jiān)測報(bào)告［R］.杭州:杭州國海海洋工程勘測設(shè)計(jì)研究院，2013.

［6］虞曉峰，毛堅(jiān).利用錢塘江水資源改善下沙水環(huán)境初探［J］.浙江水利科技，2006(2):76－77.