盧 昊,孫 鴻,盧 洋
(黑龍江省伊春水文局,黑龍江 伊春 153000)
鐵力(二)站位于黑龍江省鐵力市鐵力鎮(zhèn),是呼蘭河上游主要控制站,屬?lài)?guó)家二類(lèi)精度站,地理坐標(biāo)為E128°01′,N46°58′,集水面積1838km2,斷面以上河長(zhǎng)95.3km,至河口的距離406km。流域平均坡降6.94‰,河底平均坡降7.36‰,河系形狀略呈三角形。地處小興安嶺南麓與松嫩平原的過(guò)渡地帶,東連小興安嶺,西接松嫩平原。流域上游多山地,下游屬平原。流域地勢(shì)東高西低,河流總的走向由東北流向西南,河道彎曲系數(shù)為1.85。呼蘭河上游河床屬?zèng)_淤性河床,流域植被較差,斷面沖淤比較嚴(yán)重。
本區(qū)域?qū)儆谥袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū),特點(diǎn)是春天來(lái)臨較晚多大風(fēng),夏季較短而濕熱,秋季降溫快、霜來(lái)早,冬季寒冷而漫長(zhǎng)。
歷年平均氣溫為1.5℃,最冷月為1月,最熱月為7月,歷年月平均氣溫在21.6℃,風(fēng)向以西南風(fēng)為主。風(fēng)力:年平均風(fēng)速2.5m/s,為2級(jí)風(fēng);最大20.3m/s,為7級(jí)風(fēng)(1971年4月21日)。平均無(wú)霜期120d。
本站歷年平均降水量612.7mm,降水年內(nèi)分布極不均勻,降水主要集中在汛期6-9月,汛期降水量可占年降水量的76.4%。這期間的降水是形成本區(qū)洪水、內(nèi)澇的主要原因。最大月降水量主要發(fā)生在7月份,占年降水量的27.2%。3-5月份的降水量?jī)H占年降水量的13.5%,易出現(xiàn)春旱[1]。
2.2.1 徑流特征
本站地處中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),水文要素在年際和年內(nèi)的變化差異大。年徑流深在100-650mm,歷年平均徑流深為256.2mm,歷年平均徑流量為5.163×108m3,徑流的年內(nèi)分配和年際變化都存在較大差異。夏汛洪水發(fā)生在6-9月,以7-8月出現(xiàn)次數(shù)為最多,約占總數(shù)70%,多因局部暴雨或全流域降雨所產(chǎn)生。
2.2.2 洪水特性
洪水包括春季凌汛洪水和夏汛洪水。春季凌汛發(fā)生在4-5月,主要由融雪徑流所形成。凌汛水位有時(shí)高于夏汛水位,成為本年最高洪水位。夏汛洪水發(fā)生在6-9月,以7-8月出現(xiàn)次數(shù)為最多,約占總數(shù)70%,因局部暴雨、大暴雨或全流域降雨均能產(chǎn)生較大洪水。呼蘭河鐵力站屬多雨地區(qū),降水量為全省高值區(qū),易出現(xiàn)山洪。
由于呼蘭河上游屬山溪性河流,洪水漲落變化急劇,漲洪歷時(shí)一般為60h,落洪歷時(shí)一般為150h,洪峰滯留時(shí)間約為2-3h,水位最大漲率0.48m/h[2]。
2.2.3 泥沙特性
呼蘭河干流河漫灘主要為透水性較好的砂礫石覆蓋,厚度10-15m。呼蘭河干流左右岸均由級(jí)配不良的粗砂組成,透水性強(qiáng),土層分布一般地表有0.5-1.0m的可塑性低液限黏土,下層為級(jí)配1.0-2.0的粗砂,其下為級(jí)配不良的粗礫,粗礫埋藏較淺。
由于流域植被較差,水流泥沙含量較高。鐵力站多年平均輸沙量5.68萬(wàn)t,年最大輸沙量19.5萬(wàn)t(1985年),年最小輸沙量0.57萬(wàn)t(2002年);多年平均輸沙率2.09kg/s,年最大輸沙率10.8 kg/s(1994年),最小輸沙率0.18 kg/s(2002);多年平均含沙量95.3g/m3,年最大含沙量為540g/m3(1996年),年最小含沙量7.02g/m3(2002年)。
根據(jù)鐵力站輸沙率資料點(diǎn)繪逐年流量、輸沙率過(guò)程線(xiàn),通過(guò)對(duì)比分析可以看出該河段歷年來(lái)水來(lái)沙比較相應(yīng),即水大沙大,水小沙小。1985年和1988年兩年情況比較特殊,與常規(guī)情況恰好相反。1985年流量最大,輸沙率卻很小,為大水少沙年;1988年流量較1985年小,而輸沙率卻很大,屬中水高沙年,其原因主要是降水成因及降水時(shí)空分布不均所致。鐵力水文站平均流量、輸沙率過(guò)程線(xiàn),見(jiàn)圖1。
圖1 鐵力水文站平均流量、輸沙率過(guò)程線(xiàn)
所謂第1造床流量也就是平灘流量,是指造床作用與多年平均流量過(guò)程的綜合造床作用相當(dāng)?shù)?個(gè)流量。當(dāng)水流平灘時(shí),主流限制在主槽之內(nèi),水流和斷面形態(tài)相適應(yīng),造床作用最大,所以用平灘水位相應(yīng)的流量做為第1造床流量。
呼蘭河鐵力水文站,監(jiān)測(cè)河段較為順直,順直長(zhǎng)度約為200m,屬窄深式單式河槽,中高水主槽寬度100m以上。根據(jù)出槽水位綜合高水延長(zhǎng)水位流量關(guān)系曲線(xiàn)確定平灘流量,呼蘭河鐵力站平灘流量即第1造床流量為135m3/s,相應(yīng)水位為206.50m(出槽水位)。
第2造床流量也就是多年平均流量,僅對(duì)塑造枯水河床有一定的作用。呼蘭河鐵力水文站多年平均流量即第2造床流量為14.5m3/s,相應(yīng)水位205.77m[3]。
根據(jù)鐵力水文站歷年水位及流量資料,點(diǎn)繪1993-2017年同流量水位過(guò)程線(xiàn)(包括枯水流量),點(diǎn)繪時(shí)選取的流量分別為第2造床流量14.5m3/s和第1造床流量135m3/s。鐵力站同流量水位過(guò)程線(xiàn),見(jiàn)圖2。
從圖2可以看出:鐵力站第1、第2造床流量對(duì)應(yīng)水位歷年變化趨勢(shì)基本相同。1986年以前水位變化趨勢(shì)下降,但高于歷年平均值;1986—2010年同流量對(duì)應(yīng)水位總體下降,趨勢(shì)不很明顯,總體低于各級(jí)流量對(duì)應(yīng)的平均水位;2011年以后,第1造床流量對(duì)應(yīng)水位基本持平,而第2造床流量對(duì)應(yīng)水位下降明顯,每年下降幅度約0.30m。通過(guò)分析表明河段沖於變化以沖刷為主,同流量水位總體呈下降趨勢(shì)。由于2013年洪水較大,對(duì)河床進(jìn)行了重新塑造;2014年以后同流量水位重新開(kāi)始呈現(xiàn)連續(xù)下降趨勢(shì),累計(jì)降幅達(dá)到1.60m,初步分析原因?yàn)楫?dāng)?shù)夭缮橙鄙僖?guī)劃、過(guò)度開(kāi)采所致[4]。
圖2 鐵力水文站同流量水位過(guò)程線(xiàn)
根據(jù)鐵力水文站實(shí)測(cè)斷面資料,繪制歷年綜合橫斷面圖,借以分析斷面的沖於變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)所繪制的綜合橫斷面圖分析,鐵力站主槽斷面起點(diǎn)距20-100m變化較大,2008年以前變化不大,沖淤變化大體平衡,2013-2015年變化較為劇烈,以沖刷為主,河槽下切明顯,以起點(diǎn)距50m處最為嚴(yán)重,最大下切深度在3m以上;起點(diǎn)距120-150m處,1990年后下切,后期斷面變化不大,表明沖淤變化大體平衡。鐵力水文站歷年綜合斷面圖,見(jiàn)圖3。
圖3 鐵力水文站歷年綜合斷面圖
通過(guò)對(duì)呼蘭河上游鐵力水文站附近河段河床演變規(guī)律進(jìn)行了粗略的分析與計(jì)算,得出河道內(nèi)局部采砂影響,造成河床局部下切,對(duì)水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量影響不大。
建議河道管理部門(mén)結(jié)合呼蘭河鐵力水文站監(jiān)測(cè)斷面及其涉河建筑物分布情況,明確采砂區(qū)域,并進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃與布置。在保證防洪工程、跨河工程、水文測(cè)報(bào)設(shè)施正常運(yùn)行與安全,滿(mǎn)足水環(huán)境生態(tài)保護(hù)要求的前提下,規(guī)劃出可采區(qū)、保留區(qū)、禁采區(qū),并在可開(kāi)采區(qū)規(guī)劃出可開(kāi)采范圍、深度、年度采砂控制總量等技術(shù)指標(biāo)。在維護(hù)河流、河勢(shì)穩(wěn)定的前提下,保證沿河水利工程、水文監(jiān)測(cè)設(shè)施的安全。