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        潘家莊水文站泥沙測(cè)驗(yàn)方式探討

        2021-07-05 05:22:52祁向榮
        地下水 2021年3期
        關(guān)鍵詞:輸沙家莊輸沙量

        祁向榮

        (甘肅省酒泉水文水資源勘測(cè)局,甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

        我國(guó)水文站監(jiān)測(cè)的河流泥沙資料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著重要意義,比如在河流上修建水庫(kù),要考慮泥沙淤積情況來(lái)確定水庫(kù)的使用壽命;河道的整治、堤防的修建、航道的維護(hù),都需要研究河流泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律;灌溉引水工程需要考慮入渠泥沙量大小和渠道不被沖淤的水力條件;水土保持工程需要研究流域產(chǎn)沙過(guò)程,等等。地處內(nèi)陸河流域疏勒河水系的潘家莊水文站,開(kāi)展泥沙等項(xiàng)目監(jiān)測(cè)已有53 a,積累的水文資料為疏勒河水工程規(guī)劃建設(shè)提供技術(shù)依據(jù)。但是,潘家莊水文站泥沙目前仍實(shí)行全年人工監(jiān)測(cè),年單沙監(jiān)測(cè)達(dá)400多次,測(cè)驗(yàn)工作量非常大,嚴(yán)重阻礙該站水文監(jiān)測(cè)自動(dòng)化進(jìn)程,極不適應(yīng)當(dāng)前水利改革發(fā)展和水文現(xiàn)代化建設(shè)的形勢(shì)要求。筆者通過(guò)對(duì)潘家莊水文站單斷沙關(guān)系等的深入分析,探討該站泥沙測(cè)驗(yàn)方式改革,提出該站泥沙間測(cè)的可行性,可大大減少泥沙測(cè)驗(yàn)工作量,為該站水文現(xiàn)代化管理提供技術(shù)支撐。

        1 潘家莊水文站基本概況

        潘家莊水文站設(shè)于1958年3月,地處內(nèi)陸河流域疏勒河水系疏勒河中下游,位于甘肅省酒泉市瓜州縣布隆吉鄉(xiāng),地理位置:東經(jīng)96°31′32.9″,北緯40°33′01.5″,集水面積18 496 km2,屬國(guó)家重要水文站、省級(jí)報(bào)汛站、省級(jí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站、大河控制站。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、泥沙、降水。設(shè)站目的是為了監(jiān)測(cè)疏勒河水文要素,收集基本水文信息,開(kāi)展水情報(bào)汛、水資源評(píng)價(jià)、水文調(diào)查等工作,探索疏勒河水文要素變化規(guī)律,為國(guó)家長(zhǎng)期積累水文基礎(chǔ)資料,為下游雙塔堡水庫(kù)抗旱防洪調(diào)度等提供基礎(chǔ)信息和依據(jù)。

        潘家莊水文站測(cè)驗(yàn)河段基本順直,河寬約65 m;河床由細(xì)沙組成,主泓相對(duì)穩(wěn)定,沖淤變化不大。建站以來(lái),潘家莊水文站實(shí)測(cè)最高水位1 348.51 m,最大流量441 m3/s,最大含沙量254 kg/m3,最大輸沙率45 400 kg/s,年徑流量4.170億 m3,年輸沙量1 500萬(wàn) t。

        2 潘家莊水文站泥沙測(cè)驗(yàn)概況

        目前,潘家莊水文站泥沙測(cè)驗(yàn)包括懸移質(zhì)單位水樣含沙量和斷面輸沙率測(cè)驗(yàn),全年均實(shí)行人工監(jiān)測(cè)。

        2.1 單沙

        水文纜道懸索懸吊橫式1 000 ml采樣器,采用全斷面混合法測(cè)沙,在流速儀測(cè)流斷面起點(diǎn)距36 m處取樣,測(cè)驗(yàn)方法為固定一線一點(diǎn)(0.5水深)法,水樣處理方法為過(guò)濾法。洪水期每日單沙按六段制測(cè)驗(yàn),根據(jù)沙情變化隨時(shí)加測(cè),以控制含沙量變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為原則。一般情況下年單沙監(jiān)測(cè)達(dá)400多次。

        2.2 斷沙

        水文纜道懸索懸吊橫式1 000 ml采樣器,分別在測(cè)沙垂線上用四線或五線一點(diǎn)( 4/0.5或5/0.5)選點(diǎn)法測(cè)驗(yàn),用過(guò)濾法處理沙樣,1‰天平稱重,計(jì)算輸沙率和斷面平均含沙量。一場(chǎng)洪水過(guò)程斷沙測(cè)次不少于3次,并視沙情變化,增加斷沙測(cè)次。一般情況下年輸沙率測(cè)驗(yàn)10多次。

        3 潘家莊水文站泥沙時(shí)空分布分析

        2000年以來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,潘家莊水文站上游先后修建昌馬水庫(kù)、昌源電站、大灣一級(jí)電站等近二十個(gè)梯級(jí)電站工程。受工程調(diào)蓄作用影響,尤其是修建昌馬水庫(kù)后,潘家莊水文站水文情勢(shì)發(fā)生了較大變化,泥沙急劇減少。

        潘家莊水文站設(shè)站以來(lái),已積累了53年的水文資料。經(jīng)多年系列資料分析,潘家莊水文站含沙量年內(nèi)分布極不均勻,主要分布在汛期6-9月,占年平均含沙量的79%,10月至次年3月間河道流量小,挾沙能力弱。歷年月平均含水量過(guò)程線見(jiàn)圖1。

        圖1 潘家莊水文站歷年月平均含沙量過(guò)程線

        含沙量年際變化較大,多年平均含沙量7.57 kg/m3,年平均最大含沙量為36.0 kg/m3,最小為1.41 kg/m3,Cv值為0.78;歷年最大含沙量為254 kg/m3,最小含沙量為零。從歷年平均含沙量過(guò)程線(見(jiàn)圖2)中看出,2011年以后年平均含沙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于多年均值。

        圖2 潘家莊水文站歷年平均含沙量過(guò)程線

        輸沙率分布與含沙量分布相似,多年平均輸沙率69.4 kg/s,多年平均輸沙量228萬(wàn) t。年平均輸沙率最大為475 kg/s,最小為7.89 kg/s,Cv值為1.0。

        輸沙量年內(nèi)分配與含沙量相似,主要集中在6-9月,占年輸沙量的90%。輸沙量的年際變化較大,最大年輸沙量為1 500萬(wàn) t,最小年輸沙量為24.1萬(wàn) t, Cv值1.01。

        4 潘家莊水文站泥沙間測(cè)分析

        4.1 單位含沙量

        選取潘家莊水文站2010-2018年資料進(jìn)行分析,對(duì)非汛期(1-3月和10-12月)輸沙量資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,1-3月及10-12月時(shí)段輸沙量小于多年平均輸沙量的3.0%,根據(jù)《水文巡測(cè)規(guī)范》SL195~2015巡測(cè)條件和要求4.2.7條規(guī)定,每年低、枯水期連續(xù)3個(gè)月以上的時(shí)段輸沙量小于多年平均輸沙量的3.0%,在該時(shí)段內(nèi)可停測(cè)泥沙,停測(cè)期間含沙量作為零處理。

        表1 非汛期1-3、10-12月輸沙總量

        4.2 輸沙率

        潘家莊水文站歷年單斷沙關(guān)系曲線為近似45°直線(見(jiàn)圖3),2006-2018年期間,單斷沙比例系數(shù)在0.992 0~1.03區(qū)間變化。根據(jù)《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》間測(cè)輸沙率分析,選取5年(2014-2018)年輸沙率和相應(yīng)單位含沙量實(shí)測(cè)成果,按沙量級(jí)分成若干組,分別求出各組的相應(yīng)單沙以及斷沙的平均值。用各級(jí)平均單斷沙關(guān)系點(diǎn),繪制歷年綜合單斷沙關(guān)系線,通過(guò)“南方片資料整編程序”對(duì)曲線進(jìn)行三種檢驗(yàn),檢驗(yàn)合格(見(jiàn)表2),單斷沙比例系數(shù)為1.013(見(jiàn)圖4),各年單斷沙關(guān)系線偏離歷年綜合關(guān)系線的最大值小于±3%~5%。

        圖3 2014-2018年單斷沙關(guān)系曲線

        表2 潘家莊水文站歷年綜合單斷沙關(guān)系曲線檢驗(yàn)表

        由于該站上游修建了多處梯級(jí)電站和水利工程,受水利工程影響,歷年實(shí)測(cè)最大、最小輸沙率選取2010-2018年的系列資料挑選,沙量變幅占?xì)v年沙量變幅36%,水位變幅占?xì)v年水位變幅的76.9%,符合《水文巡測(cè)規(guī)范》間測(cè)條件,可實(shí)行間測(cè)。

        綜上分析,潘家莊水文站含沙量非汛期(1-3月及10-12月)停測(cè),汛期(4-9月)駐測(cè),測(cè)驗(yàn)方法為橫式、固定一線0.5一點(diǎn)法,輸沙率可實(shí)行間測(cè)。

        5 結(jié)語(yǔ)

        隨著新時(shí)期水文發(fā)展服務(wù)社會(huì)的需求,水文監(jiān)測(cè)改革需遵循“駐巡結(jié)合,巡測(cè)優(yōu)先,測(cè)報(bào)自動(dòng),應(yīng)急補(bǔ)充”的原則,以加強(qiáng)水文監(jiān)測(cè)管理為核心,以科技創(chuàng)新和新技術(shù)應(yīng)用為手段,以水文測(cè)驗(yàn)方式改革為主要內(nèi)容,全面提升水文監(jiān)測(cè)能力和服務(wù)水平,最終實(shí)現(xiàn)水文信息測(cè)報(bào)自動(dòng)化。通過(guò)上述分析,潘家莊水文站泥沙測(cè)驗(yàn)方式非汛期泥沙停測(cè),輸沙率間測(cè)是完全可行的,將大大減輕泥沙測(cè)驗(yàn)工作量,提高水文站監(jiān)測(cè)效率,符合當(dāng)前水文現(xiàn)代化發(fā)展的需要,對(duì)貫徹落實(shí)水利改革發(fā)展總基調(diào)具有重要的意義。

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