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        汾河水沙特性及變化分析

        2017-07-31 19:08:23
        山西水土保持科技 2017年2期
        關(guān)鍵詞:河津水沙輸沙量

        楊 平

        (山西省水文水資源勘測局)

        汾河水沙特性及變化分析

        楊 平

        (山西省水文水資源勘測局)

        汾河是黃河的第二大支流,也是山西人民的母親河。汾河流域涉及6市40余個縣,是全省的政治、經(jīng)濟、文化中心。對汾河下游河津控制站80多年間的觀測資料分析表明,年均徑流量10.93億m3,輸沙量0.255 4億t,汛期7-10月徑流量、輸沙量分別為6.78億m3、0.232 9億t,占年均徑流量的62.0%、輸沙量的91.2%??傮w來看,年徑流量、輸沙量呈逐年減少趨勢,徑流量在90年代中期以后大幅度減少,輸沙量在70年代中期以后大幅度減少。汾河的水沙變化警示我們,加快汾河流域水生態(tài)修復治理刻不容緩。

        徑流量 輸沙量 汾河流域 河津站

        汾河是黃河的第二大支流,也是山西人民的母親河。汾河發(fā)源于寧武縣管涔山麓,干流長694 km,貫穿全省南北的大部分。汾河流域涉及6市40余個縣,穿越省城太原,是全省的政治、經(jīng)濟、文化中心。目前,全省正在實施汾河流域生態(tài)修復工程,分析其水沙特性及動態(tài)變化,具有重要意義。本文以河津水文測站多年來實測的水沙資料為樣本,進行統(tǒng)計分析。河津水文站始建于1934年6月,測流斷面幾經(jīng)變化,1971年后固定下來?,F(xiàn)測流斷面控制流域面積38 728 km2,占汾河流域總面積39 471 km2的98.12%。小水時人工涉水采用流速儀測流,中高水時采用吊箱纜道流速儀測流,所測資料基本可代表全流域的水沙情況。近年來,由于汾河上中游氣候變化、用水增多以及降水減少,加之水利工程控制等原因,汾河水沙特性以及洪水年際發(fā)生了急劇變化。

        1 汾河水文特征

        據(jù)測定資料統(tǒng)計,汾河多年平均徑流量10.93億 m3,輸沙量0.255 4億t,含沙量為23.4 kg/m3。汾河徑流量主要集中在汛期7-10月,其徑流量、輸沙量分別為6.78億m3和0.232 9億t,占全年徑流量的62.0%,輸沙量的91.2%。汛期輸沙量比徑流量更為集中。

        河津水文站斷面,多年平均流量為34.6 m3/s。歷年最高水位372.66-376.80 m,變幅達4.14 m,最高水位一般發(fā)生在7月和8月;歷年最大流量37.5-3 320 m3/s,變幅3 282 m3/s,最大流量一般也是發(fā)生在7月和8月;歷年最大含沙量0-286 kg/m3,一般發(fā)生在6-8月。圖1、圖2分別為汾河歷年徑流量、輸沙量變化圖,從圖中可以看出,其徑流量在90年代中期以后大幅度減少,其輸沙量在70年代中期以后大幅度減少,在90年代中期以后基本維持最低水平。

        圖1 汾河河津站逐年徑流量變化圖

        圖2 汾河河津站逐年輸沙量變化圖

        2 汾河水沙量不斷減少

        河津站1934-2015年間,各年代平均年徑流量分別為14.74億m3、16.05億m3、17.55億m3、17.87億m3、10.37億m3、6.651億m3、5.083億m3、4.531億m3。60年代水量最豐,50年代次之,近期(2000-2015年)水量最枯。其中,70、80年代平均年徑流量比60年代分別減少42.0%和62.8%;90年代平均年徑流量比60年代減少71.6%;近期平均年徑流量比60年代減少74.6%,比多年平均值減少58.5%。汾河年徑流量呈逐年代減少趨勢。

        河津站1934-2015年間,各年代平均年輸沙量分別為0.44億t、0.52億t、0.70億t、0.34億t、0.19億t、0.05億t、0.02億t、0.002 7億t。50年代平均年輸沙量最大,為0.70億t,是歷年平均輸沙量的2.74倍;40年代平均年輸沙量次之,為0.52億t,是歷年平均年輸沙量的2.04倍;2000-2015年時段平均年輸沙量最小,僅0.002 7億t,為歷年平均年輸沙量的1.08%。年最大與最小輸沙量比值為850.3。汾河輸沙量變化大體分為三個時段,1934-1960年為豐沙期,1961-1980年為相對豐沙期,1981-2015年為枯沙期。汾河干流各站30-70年代輸沙量較大,80年代以后逐年衰減趨勢明顯。2000年以后,輸沙量顯著小于多年平均值,呈明顯衰減趨勢。

        據(jù)河津站實測資料,歷年平均含沙量為23.4kg/m3,最大含沙量為286 kg/m3(1957年7月26日)。30-50年代平均含沙量較大,2000年以后含沙量明顯減少。

        3 汾河水沙量年際與年內(nèi)變化

        圖3為汾河河津站逐年徑流量柱狀圖。從圖3可以看出,1934-2015年間,汾河歷年徑流量比平均值大的共有36年,占43.9%;比平均值小的共有46年,占56.1%。1998年以前,徑流量有大有小,其中:30年代比平均值大的有5年,分別為1934-1935年、1937-1939年;40年代比平均值大的有9年,分別為1940-1946年、1948-1949年;50年代比平均值大的有8年,除1952年和1957年外,其余年份均比平均值大;60年代比平均值大的有8年,除1960年、1961年外,其余年份均比平均值大;70年代比平均值大的有4年,分別為1970-1971年、1973年、1977年;80-90年代比平均值大的只有2年,為1988年和1996年;2000年以后均比平均值小。1997年以后,徑流量衰減的趨勢特別明顯。

        圖3 汾河河津站逐年徑流量柱狀圖

        圖4 汾河河津站逐年輸沙量柱狀圖

        圖4為汾河河津站逐年輸沙量柱狀圖。從圖4可以看出,汾河歷年輸沙量比平均值大的共有25年,占30.5%;比平均值小的共有57年,占69.5%。1978年以前,輸沙量有大有小,其中:30年代比平均值大的有3年,分別為1934-1936年;40年代比平均值大的有6年,分別為1940年、1942-1945年、1949年;50年代比平均值大的有8年,除1952年、1957年外,其余年份均比平均值大;60年代比平均值大的有6年,除1960年、1961年、1965年和1968年外,其余年份均比平均值大;70年代比平均值大的有2年,分別為1971年和1977年;80年代以后均比平均值小。1978年以后輸沙量衰減的趨勢明顯。

        汾河汛期徑流量占全年比例最大可達91.8%(1988年),最小僅為19.4%(1965年)。多年平均非汛期徑流量為3.985億m3,占多年平均年徑流量的38.0%。汾河河津站50年代汛期年均徑流量為11.90億m3,較多年平均值大75.5%。90年代汛期年均徑流量為3.202億m3,占50年代的26.9%,較多年平均值減少52.8%。近期(2000-2015年)汛期年均徑流量為1.871億m3,僅占50年代的15.7%,占90年代的58.4%,較多年平均值減少72.4%。汾河各年代汛期年均徑流量呈逐年減小趨勢,各年代汛期徑流量占年徑流量的比例維持在60%左右,60年代最小為55.2%,50年代最大為67.8%。

        汾河輸沙量年內(nèi)分配不均,一般都集中在汛期7-10月,或集中在汛期7-10月的幾次洪水之中。汾河汛期輸沙量占全年輸沙量的91.2%,其中1月、2月、3月、4月、12月的總輸沙量占年輸沙量不足1%,7月、8月份的輸沙量分別占年輸沙量的21.1%和40.9%。5月、6月、9月、10月份的輸沙量占年輸沙量不超過3%。各年代汛期輸沙量占年輸沙量的比例維持在90%左右,60年代最小為84.4%,50年代最大為94.3%。

        4 汾河洪水特征及變化分析

        汾河河津站多年最高洪水位為376.80 m(1996年8月11日),最大流量為3 320 m3/s(1954年9月6日),最大含沙量為286 kg/m3(1957年7月26日)。實測最大流速為3.54 m/s,出現(xiàn)日期為1966年8月26日(相應流量為585 m3/s);實測最大水深為7.5 m,出現(xiàn)日期為1996年8月16日(相應流量為647 m3/s)。

        汾河河津站歷年最高洪水位發(fā)生在7月、8月、9月的分別有17次、22次和13次,發(fā)生在10月的1次,7-10月出現(xiàn)最高洪水位的年份占總觀測年份的86.7%。歷年最大流量(圖5)發(fā)生在7月、8月、9月的分別為19次、23次、14次,7-9月出現(xiàn)最大流量的年份占總觀測年份的93.3%。歷年最大含沙量發(fā)生在7月、8月、9月的分別有24次、24次、7次,7-9月出現(xiàn)最大含沙量的年份占總觀測年份的94.8%。

        圖5 汾河河津站歷年最大流量曲線圖

        汾河的洪峰流量,除了受降水量年際變化影響外,受水利工程的影響較大。汾河流域多年平均降水量以及汛期(6-10月)降水量分別為478 mm和354 mm,2000年后年降水量比多年平均降水量減小12.5%,汛期同比減小8.8%。隨著降水量的減少、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展導致用水的增多、氣候變暖導致蒸發(fā)量的增大以及汾河干支流上一些水庫、大型引水渠和水土保持工程的建設,使汾河下游洪水發(fā)生的次數(shù)逐漸減少,洪峰流量也在逐漸減小。河津站500 m3/s以上的洪水,主要集中在1980年以前,其中,50年代、60年代、70年代分別發(fā)生9次、7次和2次,2000年以后沒有發(fā)生過500 m3/s以上的洪水,大洪水發(fā)生次數(shù)逐年減少。

        在河津站500 m3/s以上洪水中,1950-1969年、1970-1985年、1986-2000年分別發(fā)生16次、2次、2次,分別占洪水總次數(shù)的80.0%、12.5%、13.3%,每個時段平均每年發(fā)生0.8次、0.125次、0.133次。2001-2015年,河津站就沒有觀測到500 m3/s以上的洪水。分別計算河津站上述各時段洪峰流量的累計平均值,則分別為972 m3/s、404 m3/s、208 m3/s、121m3/s,2000年以后洪峰流量的累計平均值僅為109 m3/s。河津站500 m3/s以上的洪水,1954-1969年平均洪水歷時約為68 h,1970-1985年平均洪水歷時為50 h,1986-2000年平均洪水歷時為38 h,大洪水次數(shù)不僅逐年減少,而且洪水歷時也在逐年減小。

        5 結(jié)語

        通過對汾河河津控制站多年來觀測到的徑流量、輸沙量的分析,均呈減少態(tài)勢,大洪水次數(shù)減少,洪峰流量變小。分析結(jié)果表明,汾河目前面臨著水資源缺乏問題,加之部分河段水質(zhì)污染加劇,加快汾河流域水生態(tài)修復治理刻不容緩。

        TV121+.4

        A

        1008-0120(2017)02-0013-03

        2017-05-10

        楊 平(1965-):男,高級工程師;通訊地址:太原市康樂街21號,030001

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