江龍，劉芠升，徐媛媛

臧格莊水文站懸移質(zhì)輸沙變化規(guī)律分析

江龍，劉芠升，徐媛媛

（煙臺(tái)市水文局，山東煙臺(tái)264001）

臧格莊水文站是門(mén)樓水庫(kù)入庫(kù)控制站，懸移質(zhì)含沙量較高。本文采用分段線(xiàn)性相關(guān)分析方法對(duì)臧格莊水文站懸移質(zhì)輸沙變化規(guī)律及影響要素進(jìn)行分析，揭示了清洋河流域水沙之間的內(nèi)在聯(lián)系，并對(duì)該流域水資源開(kāi)發(fā)利用、水土保持綜合治理奠定了基礎(chǔ)。

清洋河流域；懸移質(zhì)；輸沙；趨勢(shì)分析

臧格莊水文站位于清洋河流域大沽夾河西支流，棲霞市臧家莊鎮(zhèn)臧家莊村，斷面以上流域面積458 km2，流域長(zhǎng)度30.5 km，流域平均寬度15.0 km。干流長(zhǎng)度28.7 km，干流平均坡度4.33‰。上游20 km處，1961年興建庵里中型水庫(kù)一座，下游約28 km處，有大型門(mén)樓水庫(kù)。

臧格莊水文站流域降水年內(nèi)分配不均勻，多年平均降雨量為667.6 mm，年最大降水量為1 177.7 mm，年最小降水量為344.0 mm，極值比3.4。臧格莊站多年平均徑流量為0.733億m3，多年平均輸沙量為6.14萬(wàn)t，多年平均含沙量為0.706 kg/m3，多年平均輸沙模數(shù)為134 t/km2。汛期6～9四個(gè)月平均徑流深占全年的80%。

臧格莊水文站屬于為膠東半島區(qū)域代表站，門(mén)樓水庫(kù)的入庫(kù)站，測(cè)驗(yàn)精度為三類(lèi)站，亦為中央報(bào)汛站。懸移質(zhì)輸沙率測(cè)驗(yàn)斷面位于基本水尺斷面90 m處，采用固定垂線(xiàn)0.6一點(diǎn)法取樣，全斷面混合法是臧格莊水文站計(jì)算斷面平均含沙量的方法，通過(guò)單斷關(guān)系推求斷沙，結(jié)合流量資料推算不同時(shí)期的輸沙量及特征值。

1 懸移質(zhì)輸沙量與時(shí)間的關(guān)系

1.1 流量決定懸移質(zhì)的年內(nèi)分配規(guī)律

臧格莊水文站的懸移質(zhì)輸沙量年內(nèi)分配與流量密切相關(guān)，清洋河是典型的北方山溪性河流，非洪水不具備攜帶泥沙的能力。月平均懸移質(zhì)輸沙率與月平均流量相關(guān)系數(shù)為0.90，二者密切相關(guān)。汛期懸移質(zhì)輸沙量占年總量的97.3%，同期徑流量占年總量的76.2%。經(jīng)計(jì)算，年內(nèi)月輸沙量和月徑流量的變差系數(shù)分別為1.91和1.17。綜合比較，可見(jiàn)臧格莊站懸移質(zhì)輸沙量與徑流量在年內(nèi)相關(guān)性強(qiáng)，變化趨勢(shì)一致，但年內(nèi)輸沙量分配的不均勻性更大。

1.2 懸移質(zhì)年際變化規(guī)律

據(jù)臧格莊水文站實(shí)測(cè)資料計(jì)算統(tǒng)計(jì)，系列1960—2015年，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為6.14萬(wàn)t，最大值為34.1萬(wàn)t，最小值為0，年際變化很大，主要由河流特性及降雨情況決定。年輸沙量從1985年起有相比年徑流量有大幅減少的趨勢(shì)。

圖1 臧格莊站逐年累加年輸沙量、年徑流量示意圖

將臧格莊站年輸沙量、年徑流量站按時(shí)間軸逐年累加，分析累加值的變化趨勢(shì)。由圖1可看出，臧格莊站1960—2015年徑流量累加曲線(xiàn)近似單一線(xiàn)并且斜率基本保持不變，表明年際間徑流量波動(dòng)正常；年輸沙量累加曲線(xiàn)前段與年徑流量累加曲線(xiàn)相似。在1985年后發(fā)生轉(zhuǎn)折，并且后段曲線(xiàn)斜率變小，由此可說(shuō)明臧格莊站年輸沙量在1985年后出現(xiàn)減小趨勢(shì)。

2 水量與輸沙量關(guān)系分析計(jì)算

2.1 分析

臧格莊站水沙逐年變化趨勢(shì)在1985年后有顯著差異，多年徑流量變化不大并趨勢(shì)穩(wěn)定，多年輸沙量則逐年降低。因此，以1985年作為分界線(xiàn)將水沙序列劃分為兩段，繪制相關(guān)線(xiàn)。將1960—1984年做為前段，1985—2015年做為后段。

通過(guò)分析水沙相關(guān)線(xiàn)顯示，前后兩段相關(guān)線(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)分別分布在兩條相關(guān)線(xiàn)周?chē)?，兩段相關(guān)線(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)有交叉重疊部分。前段相關(guān)線(xiàn)相關(guān)系數(shù)為0.87，相關(guān)性密切；后段相關(guān)線(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布密集，相關(guān)系數(shù)為0.54，相關(guān)性中等且斜率明顯小于前段。由此可以得出，臧格莊水文站輸沙量與水量之間在1985年前具有較密切的關(guān)系，1985年之后相關(guān)性降低。

2.2 計(jì)算

從1985年起，臧格莊站年輸沙量穩(wěn)定減小少，并與水量線(xiàn)性正相關(guān)。利用建立的相關(guān)關(guān)系計(jì)算年輸沙量，得到：Ws=W×12.3-0.03。在計(jì)算后段的多年平均年輸沙量為7.58萬(wàn)t，而實(shí)際多年平均年輸沙量為2.43萬(wàn)t，相對(duì)減少67.9%。

由于臧格莊水文站6~9月懸移質(zhì)輸沙量占全年輸沙量的97.3%，選取汛期徑流量相當(dāng)?shù)?965、1973、2007、2011年共計(jì)4年的年輸沙量（如表1），在汛期徑流量相當(dāng)?shù)臈l件下，1973年、2007年、2011年相比當(dāng)年還原計(jì)算的年輸沙量分別有相應(yīng)減少，特別是2011年減少百分比高達(dá)90.5%。

表1 相關(guān)年份輸沙量變化值

3 變化影響要素分析

3.1 水利工程影響

臧格莊水文站上游共建有中型水庫(kù)庵里水庫(kù)1座、小型水庫(kù)8座，其中中型水庫(kù)的建成時(shí)間為1960年。此外，在1999—2005年期間，共陸續(xù)興建攔河閘壩22座。上游水利工程對(duì)輸沙量有一定程度的削減作用，尤其是臧格莊上游主河道興建的階梯式攔河閘對(duì)年輸沙量的變化影響最為顯著。

3.2 水土保持工作

清洋河為棲霞市域內(nèi)最大河流，經(jīng)松山街辦、臧格莊鎮(zhèn)、棲霞開(kāi)發(fā)區(qū)，至福山區(qū)與外夾河合流入海。上世紀(jì)90年代左右臧格莊站附近及其沿河兩側(cè)約占整個(gè)面積的30%開(kāi)始種植農(nóng)作物和果樹(shù)，沿河兩岸種植林帶護(hù)岸，植被覆蓋較好，有效控制了水土流失。

3.3 河道采砂影響

上世紀(jì)末開(kāi)始，臧格莊水文站上游的清洋河河床被連續(xù)高強(qiáng)度的開(kāi)采。河道采砂對(duì)行洪與堤防、橋梁及航運(yùn)安全造成嚴(yán)重影響由于河床采砂，導(dǎo)致河床形成一個(gè)個(gè)深坑，地形凹凸不平，使洪水?dāng)y沙狀態(tài)發(fā)生改變，河道懸移質(zhì)量減少。

3.4 農(nóng)業(yè)用水影響

與河道采砂對(duì)輸沙量的影響成因不同，結(jié)果相同，由于連續(xù)干旱年份，沿河兩岸的果農(nóng)，在攔河閘壩前挖深坑抽水灌溉，洪水來(lái)時(shí)造成臧格莊站輸沙量減少。

4 結(jié)語(yǔ)

能夠影響河流攜帶泥沙的因素很多，水流與泥沙內(nèi)在的相關(guān)關(guān)系是直接因素。水流攜帶者泥沙運(yùn)動(dòng)，河床又由泥沙組成，兩者之間的泥沙經(jīng)常發(fā)生交換，因此需要認(rèn)識(shí)泥沙的特性、來(lái)源、數(shù)量、及其時(shí)空變化，以便興利除害，為進(jìn)一步加強(qiáng)清洋河水資源開(kāi)發(fā)利用、水土保持綜合治理等奠定基礎(chǔ)。

[1]黃振平.水文統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].河海大學(xué)出版社，2003.

[2]丁晶，鄧育仁.隨機(jī)水文學(xué)[M].成都科技大學(xué)出版社，1988.

[3]黃河流域水文年鑒[M].1960-2015.

（責(zé)任編輯 遲明春）

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2017-07-04

江龍（1986—），男，助理工程師