陽霞河流域泥沙變化趨勢(shì)及輸沙量計(jì)算分析

圖布新

(新疆水文實(shí)驗(yàn)站，新疆 烏魯木齊 830000)

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陽霞河流域泥沙變化趨勢(shì)及輸沙量計(jì)算分析

圖布新

(新疆水文實(shí)驗(yàn)站，新疆 烏魯木齊 830000)

陽霞河位于輪臺(tái)縣陽霞鎮(zhèn)境內(nèi)，發(fā)源于南天山支脈科克鐵克山南坡。陽霞河流域懸移質(zhì)泥沙主要來源于徑流形成區(qū)，洪水泥沙導(dǎo)致陽霞河河床頻繁變遷，對(duì)沿河水利工程構(gòu)成極大的威脅。由于陽霞河流域無泥沙觀測(cè)資料，迪那河水文站與陽霞河流域同屬相同氣候區(qū)，將其作為參證站，基于多年水文資料，對(duì)陽霞河泥沙來源和輸沙量的年內(nèi)分配、年際變化、徑流量和輸沙量關(guān)系以及泥沙形成原因及防治途徑等方面水文特性進(jìn)行分析。通過對(duì)陽霞河年懸移質(zhì)輸沙量的估算，借用流域輸沙模數(shù)推求設(shè)計(jì)流域工程場(chǎng)址處的多年平均懸移質(zhì)輸沙量。估算出陽霞河引水樞紐斷面處多年平均輸沙量為89.63×104t，其多年平均年輸沙總量為107.56×104t。

陽霞河流域；泥沙；變化趨勢(shì)；計(jì)算分析

1 流域概況

陽霞河位于輪臺(tái)縣陽霞鎮(zhèn)境內(nèi)，發(fā)源于南天山支脈科克鐵克山南坡。西與塔勒克河流域相連，南以塔里木河干流流域分界線為界，北面與和靜縣相鄰。地理坐標(biāo)處于東經(jīng)84°15′～84°48′，北緯41°36′～42°27′之間。流域總的地勢(shì)是北高南低。流域自北向南由山區(qū)、沖洪積扇和沖積平原組成，流域內(nèi)最高點(diǎn)海拔高程為4 685 m。出山口后，分成一條大的支流和三條小的支流，60年代人為封堵了小支流的進(jìn)水口，洪水全由一條大支流(現(xiàn)陽霞河)下泄。陽霞河引水樞紐處以上河流全長(zhǎng)60.2 km，集水面積515.7 km2，是輪臺(tái)縣第二大河流，陽霞河發(fā)源海拔4 000～4 700 m，是屬雨雪冰川混合補(bǔ)給的河流，陽霞河出山后，河道迅速擴(kuò)展，河槽淺，水道不清晰，基本上無固定河床，洪水在戈壁灘上任意流動(dòng)。

2 流域泥沙來源及影響因素分析

河流泥沙的多少反映了流域水土流失的嚴(yán)重程度和河流水質(zhì)的物理特性，同時(shí)也是說明河川徑流質(zhì)量的一個(gè)方面。影響河流泥沙的主要因素是氣候因素和下墊面因素。氣候因素主要為流域的氣溫、降水、風(fēng)力等，暴雨和風(fēng)力是產(chǎn)生土壤侵蝕的動(dòng)力。下墊面因素主要有土壤結(jié)構(gòu)、植被、坡度等。河流的泥沙狀況，不僅關(guān)系河流本身的發(fā)展演變，也反映了流域的環(huán)境特性、水土流失程度以及人類活動(dòng)的影響。隨著水利工程的增多，河流泥沙與水利工程的排沙處理問題是不可忽視的一個(gè)重要問題。

陽霞河流域懸移質(zhì)泥沙主要來源于徑流形成區(qū)，主汛期，大量的冰雪融水和暴雨洪水將大量的泥沙攜運(yùn)到平原區(qū)，均伴以高沙峰。洪水泥沙不僅導(dǎo)致了陽霞河河床的頻繁變遷，而且對(duì)沿河水利工程構(gòu)成了極大的威脅。

3 流域參證站特征分析

3.1 典型水文站的選取

陽霞河流域無泥沙觀測(cè)資料，迪那河水文站與陽霞河流域同屬相同氣候區(qū)，將其作為參證站，選取1972年、1981～1993年14年實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料進(jìn)行迪那河懸移質(zhì)泥沙特征的分析。迪那河水文站現(xiàn)有1972年、1981～1993年14年泥沙資料，其中1972年1～3月、1981年1～4月、1993年10～12月缺測(cè)。缺測(cè)月份1981年4月和1993年9月用多年平均值代替，其余缺測(cè)月份用4-9月含沙、輸沙資料與年含沙、輸沙資料相關(guān)推求有缺測(cè)月份資料的年含沙、輸沙量。陽霞河無泥沙觀測(cè)資料，本次泥沙分析由迪那河水文站泥沙資料推求。迪那河水文站多年平均含沙量為7.38 kg/m3，歷年最大年平均含沙量18.2 kg/m3(1982年)，為多年平均含沙量的2.5倍，歷年最大含沙量535 kg/m3，發(fā)生時(shí)間為1983年6月19日。迪那河水文站多年平均含沙量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 迪那河水文站實(shí)測(cè)含沙量統(tǒng)計(jì)表

3.2 輸沙量計(jì)算分析

迪那河水文站的輸沙量隨著河流徑流、含沙量的大小變化而變化。迪那河水文站1972、1981-1993年時(shí)段內(nèi)平均年徑流量為3.71×108m3，同步期平均年輸沙量為280.6×104t，迪那河水文站實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙量統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 迪那河水文站實(shí)測(cè)輸沙量統(tǒng)計(jì)表

3.3 含沙量與輸沙量年內(nèi)變化

迪那河河流懸移質(zhì)泥沙年內(nèi)分配很不均勻，夏季氣候干燥，加上地表巖石機(jī)械風(fēng)化強(qiáng)烈，大量冰雪融水和局部暴雨洪水?dāng)y帶大量泥沙匯入河道，使得夏季輸沙量高度集中，其輸沙量占年輸沙量的88.5%。連續(xù)四個(gè)月最大輸沙量出現(xiàn)在5-8月，其輸沙量占年輸沙量的比重達(dá)95.2%。最大月平均含沙量、輸沙量均出現(xiàn)在6月份，最小月平均含沙量、輸沙量均出現(xiàn)在12月份。最大月平均含沙量、輸沙量為最小月平均含沙量、輸沙量的幾百倍。最大月平均輸沙量占年平均輸沙量的37.7%，可見迪那河泥沙集中程度很高，輸沙量年內(nèi)分配表見表3。輸沙量的年內(nèi)集中程度見表4。

表3 迪那河水文站輸沙量年內(nèi)分配表 104 t

表4 迪那河水文站多年平均輸沙量年內(nèi)集中程度統(tǒng)計(jì)表

迪那河水文站含沙量年內(nèi)變化亦不均勻，根據(jù)多年統(tǒng)計(jì)，迪那河水文站多年平均含沙量見表5。

3.4 含沙量與輸沙量的年際變化

迪那河含沙量、輸沙量的年際變化都較大，最大年平均含沙量與最小年平均含沙量的比值為5.4；最大年輸沙量與最小年輸沙量的比值為7.6。從Cv值來看，迪那河年含沙量的Cv值為0.51，年輸沙量的Cv值為0.63，其值遠(yuǎn)大于徑流的Cv值0.22，說明含沙量與輸沙量的年際變化遠(yuǎn)大于徑流的年際變化(表6)。

3.5 輸沙模數(shù)

輸沙模數(shù)是研究土壤侵蝕程度的重要指標(biāo)，其大小主要由河流徑流量的大小、流域坡度、植被覆蓋率及地質(zhì)條件所決定。迪那河輸沙模數(shù)為1 738 t/km2，輸沙模數(shù)較大，說明該區(qū)域侵蝕較為嚴(yán)重。輸沙模數(shù)大的原因主要是流域坡降大，坡陡流急，產(chǎn)沙區(qū)低山帶廣布易侵蝕泥巖、沙巖，且植被差，造成單位面積上的產(chǎn)沙量大。

表5 迪那河水文站多年平均含沙量年內(nèi)分配表 kg/m3

表6 迪那河含沙量、輸沙量年際變化統(tǒng)計(jì)表

3.6 輸沙總量

輸沙總量為懸移質(zhì)與推移質(zhì)泥沙輸沙量之和。迪那河水文站有14年實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料，其多年平均懸移質(zhì)輸沙量為280.6×104t，由于缺少推移質(zhì)泥沙資料，推移質(zhì)輸沙量估算較為困難，通常推移質(zhì)輸沙量采用懸移質(zhì)輸沙量乘經(jīng)驗(yàn)系數(shù)推求。根據(jù)國內(nèi)許多水文計(jì)算教科書提供的年推沙量與年懸沙量的比值β：平原河流，β=0.01～0.05；丘陵區(qū)河流，β=0.05～0.15；山區(qū)河流，β=0.15～0.30。迪那河為山區(qū)河流，根據(jù)使用條件與范圍，計(jì)算采用β=0.25推求推移質(zhì)輸沙量。由此推得迪那河水文站年輸沙總量為350.8×104t。

4 陽霞河泥沙計(jì)算結(jié)果

4.1 輸沙量

對(duì)于陽霞河年懸移質(zhì)輸沙量的估算，借用參證站流域輸沙模數(shù)推求設(shè)計(jì)流域工程場(chǎng)址處的多年平均懸移質(zhì)輸沙量。根據(jù)參證站多年平均輸沙模數(shù)1 738 t/km2，估算出陽霞河引水樞紐斷面處多年平均輸沙量為89.63×104t。

4.2 輸沙總量

根據(jù)國內(nèi)水文計(jì)算提供的年推移質(zhì)輸沙量與年懸移質(zhì)輸沙量的比值β：平原河流取0.01～0.05；丘陵區(qū)河流取0.05～0.15；山區(qū)河流取0.15～0.30。陽霞河為山區(qū)河流，渠首河段河道坡降較大，植被稀疏、土質(zhì)松散，不僅懸移質(zhì)含沙量較大，實(shí)地查看，推移質(zhì)泥沙也較大，根據(jù)流域?qū)嶋H情況陽霞河β取值0.20，陽霞河的多年平均推移質(zhì)為17.93×104t，則其多年平均年輸沙總量為107.56×104t。

5 結(jié)語

陽霞河流域懸移質(zhì)泥沙主要來源于徑流形成區(qū)，洪水泥沙導(dǎo)致陽霞河河床頻繁變遷，對(duì)沿河水利工程構(gòu)成極大的威脅。通過基于多年水文資料，對(duì)陽霞河泥沙來源和輸沙量的年內(nèi)分配、年際變化、徑流量和輸沙量關(guān)系以及泥沙形成原因及防治途徑等方面水文特性進(jìn)行分析。根據(jù)參證站多年平均輸沙模數(shù)1 738 t/km2，計(jì)算出多年平均輸沙量為89.63×104t。多年平均年輸沙總量為107.56×104t。此計(jì)算值可供參考使用，建議在今后的工作中能設(shè)立水文監(jiān)測(cè)站進(jìn)行泥沙觀測(cè)，以提高設(shè)計(jì)成果精度。

[1]藺秋生，黃莉，董耀華.監(jiān)利水文站年徑流量序列多時(shí)間尺度分析.水文.2009(4).

[2]趙利紅.水文時(shí)間序列周期分析方法的研究[D].河海大學(xué).2007.

[3]時(shí)強(qiáng)，耿峻嶺.新疆奇臺(tái)縣開墾河年徑流量變化趨勢(shì)分析.吉林水利.2009(3).[4]謝葆.缺乏實(shí)測(cè)徑流資料的設(shè)計(jì)年徑流量的計(jì)算.地下水.2013(3).

2017-03-29

圖布新(1989-)，女，新疆塔城人，助理工程師，主要從事水文與水資源方面工作。

P333.4

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1004-1184(2017)03-0250-02