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        西南岔河流域懸移質(zhì)泥沙特征分析

        2015-06-24 00:20:48魏艷鳳孫卓
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年19期
        關(guān)鍵詞:懸移質(zhì)含沙量

        魏艷鳳 孫卓

        摘 要:流域泥沙對(duì)流域水資源開發(fā)利用具有重要影響,涉及到航運(yùn)、灌溉、水工建筑物和生活用水等多個(gè)方面。文中首先對(duì)河流泥沙的概念和基本分類及特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,然后根據(jù)西南岔河流域南岔站實(shí)測(cè)懸疑質(zhì)泥沙觀測(cè)資料,從流域泥沙年內(nèi)分配、年際變化、與徑流關(guān)系及與鄰站泥沙對(duì)比等方面,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法分析了其變化規(guī)律、分布特點(diǎn)并對(duì)河流的防沙治沙措施提出了建議,文中所述結(jié)論代表性有限,僅供交流參考。

        關(guān)鍵詞:西南岔河流域;懸移質(zhì);含沙量;輸沙率;年際變化;年內(nèi)分配

        1 河流泥沙概念簡(jiǎn)介

        河流泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律與泥沙的特性密切相關(guān),因此在研究河流泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律之前,首先要了解泥沙的特性。河流泥沙分類方法有多種,如按泥沙粒徑的大小進(jìn)行分類,按泥沙在河流中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類等。按泥沙粒徑的大小分類時(shí),根據(jù)SL42-92《河流泥沙顆粒分析規(guī)程》規(guī)定河流泥沙分類應(yīng)符合表1的標(biāo)準(zhǔn)。

        表1 河流泥沙分類表 (單位:mm)

        按照泥沙的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),可將泥沙分為床沙(亦稱河床質(zhì))、推移質(zhì)及懸移質(zhì)3大類。床沙是組成河床表面靜止的泥沙。推移質(zhì)是沿河床床面滾動(dòng)、滑動(dòng)或跳躍前進(jìn)的泥沙,一般粒徑比較粗。它們是由近底水流對(duì)床面顆粒在繞流運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的水流作用力推動(dòng)的結(jié)果,它們的運(yùn)動(dòng)范圍都在床面附近的區(qū)域。懸移質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度基本上與水流運(yùn)動(dòng)速度相同,浮游的位置時(shí)上時(shí)下,較細(xì)的泥沙能上升至接近水面,較粗的泥沙有時(shí)甚至回到河床上與床沙發(fā)生置換。泥沙在同一斷面上亦因流速不同,會(huì)出現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),因此泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)除取決于泥沙本身的粒徑外還取決于水流條件。河流中輸送的泥沙,懸移質(zhì)占絕大部分,在山區(qū)河流中,懸移質(zhì)數(shù)量一般在70%以上。懸移質(zhì)泥沙顆粒較細(xì),所以它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與推移質(zhì)不同,在水流中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不是滾動(dòng)、滑動(dòng)或躍移,而是在水流層中懸浮前進(jìn)具有隨機(jī)性質(zhì),懸浮的持續(xù)時(shí)間一般很長(zhǎng),其沿水流方向運(yùn)動(dòng)速度與水流速度基本同步。限于實(shí)際觀測(cè)資料,文章以流域懸移質(zhì)泥沙為例進(jìn)行分析。

        2 流域概況和代表站泥沙資料簡(jiǎn)介

        西南岔河發(fā)源于黑龍江省伊春市南岔區(qū)小城墻砬子西北1149高地,流經(jīng)朗鄉(xiāng)林業(yè)局和帶嶺、南岔兩個(gè)區(qū)(局),于綠潭車站東部匯入湯旺河。河流全長(zhǎng)121千米,河寬80~180米,河床由粗沙卵石組成,河床穩(wěn)定。流域地處湯旺河下游,東臨湯旺河,南與巴蘭河接壤,西與呼蘭河上游流域毗連,北與伊春河流域搭界。流域呈西南東北走向,地勢(shì)西高東低,地貌屬小興安嶺山地,多丘陵和高山,平均海拔300~500米。流域內(nèi)山巒起伏,溝谷縱橫,河網(wǎng)發(fā)育,森林茂密,植被良好,多分布針闊混交林,地下水豐富。

        流域地處亞寒帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。多年平均氣溫1.1攝氏度,最冷為1月,最低氣溫-42.1攝氏度,最熱為7月,最高氣溫36.3攝氏度。年積溫2300攝氏度左右。全年無霜期120天。年蒸發(fā)量913.5毫米。

        流域內(nèi)降水充沛,多年平均年降水量618.3毫米,為湯旺河流域降雨高值區(qū),也是山洪易發(fā)區(qū),水災(zāi)發(fā)生頻繁,以1996年7月特大山洪災(zāi)害為甚,經(jīng)濟(jì)損失近億元。多年平均流量24.8立方米/秒,多年平均年徑流量為8.88億立方米。

        西南岔河支流較多,主要有半圓河、永翠河、木曾河、石頭河等十余條大小支流,其中永翠河為最大支流。流域代表站南岔站懸移質(zhì)泥沙觀測(cè)資料年限為1965~2013年,泥沙資料包括不同時(shí)段(年、月、日)輸沙量、輸沙率、輸沙模數(shù)和沙量極值。

        3 河流泥沙特征分析

        流域泥沙含量的大小與氣候 (降水及暴雨)、地形(坡降)、土壤 (結(jié)構(gòu)及可蝕性)、植被(森林)等自然因素及人類活動(dòng)有密切關(guān)系,主要來自各種侵蝕地質(zhì)活動(dòng)(風(fēng)力侵蝕、融雪侵蝕、溝蝕)和河床沖刷影響,其中河床沖刷為泥沙主要來源。描述河流泥沙特性涉及以下幾個(gè)指標(biāo),(1)懸移質(zhì)輸沙率P(kg/s);(2)數(shù)沙量W(t);(3)輸沙模數(shù)M(t/km2);(4)含沙量C(kg/m3);(5)斷面流量Q(m3/s);(6)計(jì)算時(shí)段T(s);(7)流域面積F(km2)。各指標(biāo)關(guān)系如下:P=Q*C;W=P*T;M=W/F。流域泥沙年際變化由表2、表3可知,年際間變化懸殊,極值比為6.1,與徑流變化相應(yīng),其中1996年輸沙率極大值與流域大范圍洪災(zāi)有關(guān),洪水漫灘,水流夾帶過多雜質(zhì)。流域泥沙年內(nèi)分配主要集中在6~8月,年內(nèi)占比90%以上,與徑流年內(nèi)占比相一致。由表4可知,流域多年平均含沙量與呼蘭河鐵力站接近,低于湯旺河流域晨明站含沙量。根據(jù)圖1,1960至1980年流域泥沙變化比較平穩(wěn),1980至1990年間有較大變化,1990至2000年間出現(xiàn)劇烈變化過程,2000年以后變化較小,近年有增加演變趨勢(shì)。由圖2可知,流域泥沙年內(nèi)變化與徑流變化基本同步。

        表3 西南岔河南岔站各月多年平均輸沙率(徑流)年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)表

        圖1 西南岔河南岔站年徑流量與年輸沙率過程線

        4 結(jié)束語

        經(jīng)分析可知,流域泥沙整體變化平穩(wěn)但存在因徑流影響而突變的現(xiàn)象,極值比較大,與周邊相鄰流域相比泥沙含量居中。泥沙年內(nèi)分配與徑流相應(yīng),主要集中在夏汛時(shí)期。流域泥沙在年內(nèi)固定時(shí)期集中對(duì)水利工程正常運(yùn)行和水資源開發(fā)利用都會(huì)產(chǎn)生不利影響,建議在減少流域侵蝕,增加植被覆蓋,減少水土流失,修建控制泥沙建筑物,延長(zhǎng)河堤護(hù)坡,減少河床沖刷等方面來做好河流泥沙防治工作。

        參考文獻(xiàn)

        [1]曾慶生.水文統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].北京:水利電力出版社,1985.

        [2]金光炎.水文統(tǒng)計(jì)原理與方法[M].北京:中國工業(yè)出版社,1964.

        [3]黑龍江省水利廳.黑龍江省水文圖集[M].哈爾濱:黑龍江省水利廳,1996

        [4]黑龍江省水文總站.黑龍江省水資源研究[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1991.

        作者簡(jiǎn)介:魏艷鳳(1976-),女,黑龍江嫩江人,工程師。

        孫卓(1979-),女,吉林長(zhǎng)嶺人,工程師。

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