嫩江干流江橋站近年來水文特征變化分析

候松巖，劉金鋒

（1.黑龍江省水旱災(zāi)害防御保障中心，黑龍江 哈爾濱 150001；2.松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林 長春 130021）

1 流域概況

嫩江為松花江北源，發(fā)源于大興安嶺伊勒呼里山南坡，由北向南流經(jīng)黑河市、大興安嶺地區(qū)、嫩江縣、訥河市、富裕縣、齊齊哈爾市、大慶市等縣（市、區(qū)），在肇源縣三岔河附近與第二松花江匯合后流入松花江干流，河道全長1370km，流域面積29.85萬km2，自北向南流。右岸納入多布庫倫河、甘河、諾敏河、阿倫河、雅魯河、綽爾河、洮兒河及霍林河等支流，左岸有門魯河、科洛河、訥謨爾河、烏裕爾河、雙陽河等支流注入。河道坡降在齊齊哈爾以上為1%～0.2%，齊齊哈爾以下為0.1%～0.04%，主槽寬度一般為300～400m，水深3～5m，河道彎曲系數(shù)1.08。

嫩江在嫩江縣以上屬山區(qū)，山高林密，植被好，森林覆蓋率高，是我國著名的大興安嶺林區(qū)。嫩江縣到莫力達瓦達斡爾自治旗(即尼爾基水庫壩址)逐漸由山區(qū)轉(zhuǎn)向丘陵地帶。

尼爾基水庫壩址至齊齊哈爾市段河道，長199km，為山區(qū)與平原過渡地帶，左岸地勢平坦，右岸地勢略有起伏。灘地寬多在8～10km。河道比降1%～0.2%，河道坡降變幅大，主江道蜿蜒曲折，河床多為砂礫石結(jié)構(gòu)。該段支流數(shù)量較多，干流洪水受支流控制影響較大。

齊齊哈爾至江橋（綽爾河口）河道長88km，右岸除雅魯河、綽爾河口外均為崗地，左岸崗地間為天然缺口，洪水通過缺口可進入松嫩平原。該段河道蜿蜒曲折，成崗狀分布。灘地上分布著濕地、牛軛湖。河道坡降在0.06%左右，河床為細(xì)砂，局部有砂壤及壤土，灘地行洪寬度為8～12km。在庫勒河入口以下嫩江分成兩支，左側(cè)為托力河，右側(cè)為嫩江干流。兩江間灘地上有托力河圍堤，該堤1998年洪水時潰決。

江橋～大賚段河道長252km，江道行洪寬度比較寬，河道比降0.04%左右，河床多為粉細(xì)砂，砂壤土、壤土等結(jié)構(gòu)。該段左岸多為砂丘崗地，堤段間斷，洪水可從大排排、老龍口等天然口子進入松嫩平原腹地。右岸上游砂崗較多，下游較平緩，為松嫩平原的西南部。

大賚至三岔河口段江道長49km，是嫩江、第二松花江的匯合口地段，為第二松花江回水頂托影響區(qū)，水流條件復(fù)雜。該段行洪寬度多在10km左右，河道比降0.09%左右。沿江兩岸河灘地勢平坦，土地肥沃，是極好的農(nóng)業(yè)區(qū)。左岸有連綿的崗地，崗地間有一天然缺口，稱“茂興泡子”，洪水可流經(jīng)缺口侵入松嫩平原、松花江干流沿岸[1]。

2 水文站概況

江橋水文站位于嫩江干流下游段江橋鎮(zhèn)，原基本水尺斷面設(shè)在嫩江鐵路橋上游1750m處的右岸，1960年測流斷面向下游遷移1550m，并設(shè)置于左岸，控制面積177253km2，現(xiàn)隸屬于黑龍江省水文局領(lǐng)導(dǎo)。江橋水文站于1933年12月成立，1940—1943年無資料，1945年停測，1949年7月復(fù)設(shè)為水位站，1951年5月擴建為水文站。江橋站為嫩江流域?qū)崪y資料較長測站之一，觀測項目有水位、流量、降水、蒸發(fā)和水溫等。尼爾基水庫蓄水后，該站受尼爾基水庫調(diào)蓄影響。

3 降水變化分析

2011—2021年汛期，嫩江流域降水量呈逐年增長的趨勢，2021年汛期全流域降水量達到極值，見表1。2021年汛期，嫩江流域降水量偏多近5成，居歷史第2位；上游尼爾基流域降水量偏多5成，居歷史第1位；嫩江中游降水量偏多近7成，居歷史第2位；嫩江下游降水量偏多近4成，居歷史第3位。

表1 2011—2021年汛期嫩江各流域降水量及距平分布

采用差積曲線對嫩江、尼爾基以上流域、嫩江中游、嫩江下游2011—2021年汛期降水量進行年際變化分析，如圖1所示。由圖1可以看出：嫩江、尼爾基以上流域、嫩江中游汛期降水量年際變化具有同步性，汛期降水量2011—2017為偏少，2018—2021為偏多。嫩江下游汛期降水量在2011—2015年為偏少年份，2016—2019年為平水年，2020—2021年進入豐水期。

圖1 嫩江各流域2011—2021年汛期降水量差積曲線圖

4 徑流變化分析

嫩江流域徑流主要是由降水形成，春季有少量的融冰融雪徑流。徑流量的變化與降水量的變化具有相似的規(guī)律，年內(nèi)變化和年際變化均較大。一般每年的1—3月和11—12月由于降水量明顯減少，地面徑流補給基本停止，河川徑流主要靠地下水補給，是一年的枯水、枯冰期；4，5，10月份是一年的平水期，4—5月份冰雪融化，如遇到降水天氣，可能發(fā)生春汛；6—9月份是常發(fā)生大、暴雨的季節(jié)，也是形成洪水的主要時期，是一年的豐水期。

由于受氣溫等氣候要素的季節(jié)性變化影響，導(dǎo)致徑流的補給也出現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化，決定了徑流年內(nèi)分配隨季節(jié)出現(xiàn)周期性的變化和不均勻性。統(tǒng)計2011—2021年江橋站的年內(nèi)徑流量分配，見表2，汛期徑流量占年徑流的64.65%，7—9月徑流量占年徑流的53.36%，汛前徑流量占年徑流的15.26%，汛后徑流量占年徑流的20.09%。近年來，江橋站年內(nèi)徑流量分配趨勢較為穩(wěn)定，汛期徑流量的占比最大，只是受降水分布、降水量、取用水及尼爾基水庫調(diào)蓄的影響，不同年份的占比差值較大，整體呈現(xiàn)出2011—2016年汛期徑流量占比逐漸減小、2016—2021年汛期徑流量占比逐漸增大的態(tài)勢。

表2 嫩江江橋站2011—2021年徑流年內(nèi)分配表

嫩江流域的徑流主要來源于降水和部分春季冰雪融水，徑流量的大小與季風(fēng)氣候有著密切的關(guān)系，受降水變率影響較大。采用差積曲線對嫩江江橋水文站2011—2020年徑流進行年際變化分析，見圖2，2011—2012年徑流偏枯，2013—2015年徑流偏豐，2016—2017年徑流偏枯，2017年之后又進入豐水期。

圖2 江橋站2011—2020年徑流量差積曲線圖

5 泥沙量變化分析

嫩江江橋站多年平均（1955—2020年）輸沙量為219萬t，多年平均含沙量為0.107km/m3，多年平均輸沙模數(shù)為13.5t/km2。大賚站多年平均（1955—2020年）輸沙量為176萬t，多年平均含沙量為0.085km/m3，多年平均輸沙模數(shù)為7.94t/km2。

2013年嫩江江橋、大賚站的輸沙量達到最高值，2013年以后輸沙量逐年減少，2017年以后輸沙量呈逐年增加趨勢，見圖3和表3。輸沙量與徑流量的關(guān)系密切，徑流量大且集中的年份，年輸沙量就大，如2013年；徑流量小且分散的年份，年輸沙量相對偏小，如2017年。

表3 嫩江干流主要站年輸沙量表104t

圖3 嫩江干流主要站年輸沙量圖

年輸沙模數(shù)為輸沙量除以出口斷面流域面積，輸沙模數(shù)與集水面積、徑流量關(guān)系密切。同一流域隨著集水面積的增加，輸沙模數(shù)減少，輸沙模數(shù)從上游向中下游逐漸減小。嫩江干流主要站年輸沙模數(shù)圖（圖4）中可以看出，2011—2020年嫩江江橋站輸沙模數(shù)均大于大賚站。輸沙模數(shù)與徑流的關(guān)系是同增減，徑流量大且集中的年份，年輸沙模數(shù)就大，如2013年；徑流量小且分散的年份，年輸沙模數(shù)相對偏小，如2017年。但2017年之后，同徑流條件下的年輸沙模數(shù)較2013年之前偏小，表明流域的水土保持效果有所提升。嫩江干流主要站年輸沙量見表4。

表4 嫩江干流主要站年輸沙量表t/km2

圖4 嫩江干流主要站年輸沙模數(shù)圖

6 水位流量關(guān)系變化分析

受降水和尼爾基水庫的調(diào)蓄作用影響，自2010年以來，僅2021年、2020年、2019年、2013年的年最大流量超過了4000m3/s，最大流量為2013年8月17日的8850m3/s，相應(yīng)最高水位為141.46m，超過保證水位0.06m。最小流量一般為60.0～100m3/s，大都出現(xiàn)在1—3月份。江橋站2010年以來的極值統(tǒng)計表見表5。

利用江橋的年鑒整編資料和實測資料，繪制2013，2019，2020，2021年的水位流量關(guān)系線，見表6和圖5，通過圖5可以看出，各年的關(guān)系線都呈現(xiàn)出低流量水位變幅大、高流量水位變幅小的態(tài)勢。在低流量級別（低于4000m3/s），每0.01m的水位變差，流量變幅約9.00m3/s；在高流量級別（4000m3/s以上），每0.01m的水位變差，流量變幅約21.00m3/s。

根據(jù)典型年各年水位流量對應(yīng)關(guān)系（表6）的對比可以看出，2019—2021年近3年嫩江江橋站同流量水位呈逐年減小趨勢，2021年同水位流量與2013年已比較接近，說明2019，2020和2021年接近，3年江橋站過流能力不斷加強，已與2013年過流能力相當(dāng)。從2019年至2021年的變化來看，在低流量級別水位變差較小，在高流量級別水位變差較大。如1000m3/s級別，2021年水位較2019年偏低0.01m；4000m3/s級別，2021年水位較2019年偏低0.47m。

表5 江橋站2010年以來極值統(tǒng)計表

表6 江橋站同水位級（140.00m）流量變化對應(yīng)表m3/s

通過收集的水文資料和河道情況分析，認(rèn)為導(dǎo)致江橋站水位流量關(guān)系發(fā)生這種變化的主要原因：1）水流沖刷作用導(dǎo)致河床下切，斷面面積增加。由流量極值系列資料可以看出，自2013年之后，河道內(nèi)的水量偏枯，年最大流量不足3000m3/s，直至2019年之后，江橋斷面發(fā)生了幾次洪峰流量超過4000m3/s的洪水過程，水流沖刷作用明顯較2019年之前強烈，從而致使江橋斷面的面積自2019年之后呈增大趨勢，過流能力逐漸增強，同流量級別下的水位不斷降低。2）河道管護力度持續(xù)增強，利于斷面行洪。近年來，流域內(nèi)各省高度重視河湖“清四亂”工作，堅持高位推動，有效整治河湖多年累積的頑疾，河湖面貌得到了較為明顯的改善。“清四亂”工作的堅決執(zhí)行，有效減少了河道內(nèi)違章建筑、作物等的阻水作用，利于斷面行洪。

7 結(jié)語

經(jīng)統(tǒng)計分析嫩江江橋站近年來的降水、徑流、泥沙、水位流量關(guān)系等水文特征資料，結(jié)果表明：嫩江流域已進入相對降水豐水期；嫩江流域年內(nèi)徑流量的分配趨勢較為穩(wěn)定，汛期徑流量的占比最大，但不同年份的占比差異較大；2017年之后的年輸沙模數(shù)較2013年之前偏小，體現(xiàn)出流域水土保持效果有所提升；近3年江橋站過流能力不斷加強，已與2013年過流能力相當(dāng)。通過對水文特征變化的分析，有利于進一步了解掌握嫩江流域水文變化趨勢，為流域水資源管理和水旱災(zāi)害防御提供有效的基礎(chǔ)技術(shù)支撐。