棗莊市十字河懸移質(zhì)泥沙規(guī)律分析

牛廣東 王曉明

棗莊市十字河懸移質(zhì)泥沙規(guī)律分析

牛廣東 王曉明

在自然界中，流動的水都有一定的挾沙能力，水流侵蝕地面，沖刷河床，搬運(yùn)輸送泥沙，沉淀淤積的結(jié)果可使河床發(fā)生游移變遷，水庫、湖泊容積減小，渠道、航道淤積阻塞，縮短水利工程的壽命，同時造成大量的水土流失，因此對河流泥沙規(guī)律進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實意義。按照泥沙運(yùn)動狀態(tài)的不同，可將泥沙分為床沙、推移質(zhì)及懸移質(zhì)三類。懸移質(zhì)是被水流挾帶，遠(yuǎn)離河床面，懸浮于水中，隨水流向前運(yùn)動的泥沙，一般粒徑較小，這里僅對懸移質(zhì)泥沙進(jìn)行分析。

一、流域概況

十字河發(fā)源于山東省棗莊市東部山區(qū)，有北、中、南三條支流，其中北支和中支在山亭鎮(zhèn)海子村上游1km處匯合，東支流在薛河村東匯合，干流流經(jīng)山亭區(qū)、滕州市、微山縣，注入微山湖。流域內(nèi)50萬m3以上的水庫有石咀子、紅石咀、滿港等13處。1951年設(shè)立梁里流量站，1964年5月下遷3.5km，設(shè)立官莊水文站，1991～1997年停測，1998年設(shè)立柴胡店水文站開始觀測，集水面積681km2，約80%為丘陵區(qū)，15%為淺山區(qū)，下游為平原區(qū)。上游大部分地區(qū)為沙石山，少部分為青石山和石灰?guī)r。山區(qū)大部分為沙土地，小部分為壤土和粘土，約有500 km2為紅土，160km2為黃土，其余為粘土和壤土。上游山丘區(qū)種植少部分樹木，山坡有少量雜草生長，中下游地區(qū)種植農(nóng)作物。

二、泥沙規(guī)律分析

影響流域產(chǎn)沙的因素很多，可分為自然因素和人類活動因素兩方面。自然因素包括氣候、地形、地質(zhì)、土壤和植被等，它們的影響各不相同，其中以降雨、地形、土質(zhì)和植被的影響最為突出。人類活動可以通過改變某些自然因素來改變侵蝕力和抗蝕力的大小對比關(guān)系，得到使水土流失加劇或者截然不同的結(jié)果。

河流泥沙都是從流域表面沖蝕而來的，流域表面的巖石風(fēng)化物質(zhì)是河流泥沙的主要來源。河流泥沙的礦物成分有氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鎂以及其他一些成分，其中以氧化硅為主要成分。

十字河多年平均含沙量為0.52kg/m3，多年平均輸沙量9.2萬t，實測輸沙量全部來自流域產(chǎn)沙，產(chǎn)沙區(qū)域較均勻。

1.泥沙的時程變化規(guī)律

十字河屬典型的山溪性河流，受降水影響，洪水常常暴漲暴落，含沙量具有明顯的時程變化規(guī)律。平時河道內(nèi)常常是含沙量為零的清水。雨季開始時，因流域表面土壤和巖石的風(fēng)化物最多，徑流將這些風(fēng)化物大量帶入河中，水到沙到，在短時間內(nèi)即可出現(xiàn)含沙量的最大峰值；之后，隨著洪水的消退，河流含沙量急劇減少，洪水過后往往又是清水。這一特點，造成了輸沙量大部分集中在汛期的洪水過程中。

2.泥沙沿程變化

泥沙沿程變化受河流形態(tài)和水沙條件影響，同時也取決于沿程流域侵蝕、河道沖刷等情況。十字河上游降雨徑流大、坡度大、植被覆蓋情況較差，表面風(fēng)化嚴(yán)重，泥沙相應(yīng)多于下游區(qū)。另外，受河道攔蓄工程影響，下游沙量也有所減少。

3.泥沙的年際變化

十字河流域泥沙的年際變化較大，年輸沙率變差系數(shù)Cv為1.45。十字河最大年平均含沙量2.48kg/m3，最小平均含沙量0kg/m3，實測最大年輸沙量86.2萬t，最小量為0，實測最大含沙量9.00 kg/m3，年際變化相差幾百倍。

4.泥沙的年內(nèi)變化

十字河輸沙量年內(nèi)分配極不均勻，多年平均汛期（6～9月）輸沙量占全年輸沙量的99.2%以上，其中7、8兩月輸沙量占全年輸沙量的78.8%以上，其他各月含沙量很小。十字河多年平均汛期徑流量占全年徑流量的89.5%以上。所以，輸沙量年內(nèi)分配與徑流量年內(nèi)分配一致，且比徑流量年內(nèi)分配更為集中。

5.輸沙模數(shù)

總輸沙量除以流域面積即為輸沙模數(shù)。即河流泥沙控制站以上流域一年內(nèi)平均每平方千米流經(jīng)控制站斷面的輸沙量。十字河流域上游山丘區(qū)是降水量、徑流量的高值區(qū)，地形坡度陡，水流速度快，沖刷力強(qiáng)，具有較多的荒山禿嶺，表層風(fēng)化比較劇烈，因而輸沙模數(shù)較大，為600～1000t/km2；往下游降雨、徑流逐漸減小，地形坡度由陡變緩，植被情況優(yōu)于上游山區(qū)，因而輸沙模數(shù)有變小趨勢，下游地區(qū)輸沙模數(shù)小于300 t/km2。

6.單位含沙量與斷面平均含沙量的關(guān)系

通過對1971～2016年191次實測單斷沙資料的分析，點繪單斷沙關(guān)系圖，通過符號、適線、偏離值檢驗，均合格，標(biāo)準(zhǔn)差為9.7%。單斷沙為1∶1的線性關(guān)系，關(guān)系穩(wěn)定。

三、雨、水、沙關(guān)系

十字河為季節(jié)性河流，河流泥沙與降雨、徑流有著密切的關(guān)系。

1.輸沙與降水

從歷年泥沙資料和降水資料對比分析來看，泥沙的年際變化和降水量的年際變化有很大的關(guān)系，降水量大且集中的年份，年輸沙量就大，降水量小且分散的年份，年輸沙量相對偏少。含沙量的時程分配與降水量的時程分配也是息息相關(guān)的。降雨強(qiáng)度的大小也會直接影響一次洪水泥沙的大小。

2.泥沙與暴雨洪水

通過點繪近幾年的洪水過程線和含沙量過程線，可以發(fā)現(xiàn)：沙線與流量過程線漲落十分相似，含沙量與流量的時程變化具有一定的同步性，只不過沙峰出現(xiàn)時間比洪峰要提前，通過對歷次洪水泥沙的分析，一般提前0.5～1.5h，由于河道攔蓄工程逐年增多，對洪水過程產(chǎn)生一定的影響，沙峰提前的情況已變得不是那么明顯。另外，由于造成每次洪水的降雨強(qiáng)度大小不同，洪水前流域內(nèi)風(fēng)化物多少有別，因此徑流量相同或相近的洪水，含沙量的大小往往相差較大。特別是入汛后第一場洪水，由于前期雨水較少，植被相對較差，土質(zhì)疏松，含沙量較后繼洪水要大的多。如99.6.15洪水，由于前期較為干旱，且河道剛經(jīng)過整治，表層大部分為新鮮浮土，這種情況尤為顯著。

四、結(jié)語

通過以上對十字河流域的泥沙分析，可見綠化植被、水土保持工作是十分必要的。要進(jìn)一步探討泥沙規(guī)律，以便采取有效措施減少水土流失量，減少河道、水利工程淤積，為流域綜合治理、社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)■

（作者單位：山東省棗莊市水文局277800）

（專欄編輯：張 婷）