努敏河干流綏棱縣境內(nèi)可采砂量計算分析

高淑清，白雪云，高振家

(綏化水文局，黑龍江 綏化 152000)

1 前言

綏棱縣境內(nèi)努敏河沿岸，出產(chǎn)河砂、河卵石，質(zhì)地優(yōu)良，為境內(nèi)、外建筑采砂之源，努敏河河道采砂始于20世紀50～60年代。改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，特別是20世紀90年代以來，城市建設步伐迅速加快，城鄉(xiāng)基礎設施規(guī)模進一步擴大，公路建設大大加強，各類工程用砂的需求量急劇增長。加上采砂具有低投入高回報的特點，在經(jīng)濟利益的驅(qū)動下，采砂呈規(guī)模之勢，由于缺乏河道河勢的研究和規(guī)范管理，采砂活動呈無序狀態(tài)，一度形成濫采亂挖的混亂局面，給河道中、下游河勢的穩(wěn)定、防洪安全以及沿河各地國民經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定等帶來不利影響。加強河道采砂管理，維護河勢的穩(wěn)定，保證防洪安全及國民經(jīng)濟和社會的穩(wěn)定顯得尤為重要。因此，為了規(guī)范河道采砂活動有據(jù)可依，使得河道砂量資源可持續(xù)利用，對努敏河干流綏棱縣境內(nèi)的可采砂量進行了分析計算。

2 努敏河水沙特性

2.1 河流概況

努敏河是綏棱縣境內(nèi)最大的河流，發(fā)源于境內(nèi)東北小興安嶺南麓北股流山區(qū)，區(qū)內(nèi)最高山峰海拔494 m，河源林區(qū)，層巒聳翠，林木蓊郁，U形谷地比比皆是;中游地勢漸緩，河道多折，九曲彎轉(zhuǎn)，閣山以上河道平均比降1.23‰，平均流域?qū)挾?7 km，河床寬40～65 m，閣山以下河寬65～90 m，河道比降0.025‰，沿河凸岸，積砂成堆，努敏河下游水平岸闊，已出綏棱界。

努敏河自源頭起，于綏棱境內(nèi)流經(jīng)松花江林業(yè)管理總局綏棱林業(yè)局所轄的雙股流、建興、六棵松、老山頭、張家灣后，直林興鄉(xiāng)、四海店鄉(xiāng)、再繞過閣山山頭，兩岸地勢趨于平緩，又穿越縣內(nèi)7個鄉(xiāng)，于尼爾河鄉(xiāng)勇敢村劉萬祿屯屯西2.4 km處流入綏化市，經(jīng)綏化市秦家鎮(zhèn)西口子村南方呼蘭河右岸匯入呼蘭河。

努敏河全長285 km，流域面積5 388 km2，綏棱境內(nèi)河長206.5 km，流域面積3 100 km2，沿程集納主要支流35條，且大部分在林區(qū)，河流地處森林區(qū)植被覆蓋，氣候濕潤，降水量多，徑流量大，河口多年平均徑流量92 300×104m3。

2.2 地質(zhì)地貌

努敏河河道窄深流急，具有山溪性河流特點，細砂質(zhì)河床，努敏河漫灘，其上有牛軛湖、沼澤發(fā)育，兩岸地層組成物為第四系全新統(tǒng)沖積層，巖性為亞黏土(局部為亞砂土)、砂及砂礫石;一級階地與漫灘界線明顯，組成物為第四系上更新統(tǒng)故鄉(xiāng)屯組，巖性為黃土壯亞砂土、亞砂土、細中砂;緩傾斜臺地與一級階地以緩坡相接，組成物為第四系中更新統(tǒng)沖洪積的黃土壯亞黏土、亞砂土，下部為砂礫石，崗阜狀臺地地勢東北高、西南低，臺面高程190～232 m，沖溝發(fā)育，臺面侵蝕強烈，呈崗阜狀起伏;組成物為第四系中更新統(tǒng)上黃山組(山前有小面積口門子組沖洪積地層)沖洪積的黃土壯亞黏土、亞砂土、下部為斷續(xù)分布的細砂、礫石。

2.3 努敏河的水、砂條件

2.3.1 來水來砂情況

根據(jù)努敏河下游控制站四方臺水文站1976～2002年平均流量和輸砂率，分別點繪其逐年流量過程線和輸砂率過程線，通過對比分析可看出河段歷年來水來砂比較相應，即:水大砂大、水小砂小。只是1985年和1988年兩年情況比較特殊，與常規(guī)情況相反:1985年流量最大，輸砂率卻不是最大，為大水中砂年，1988年流量比1985年小，而輸砂率卻最大，屬中水高砂年，其原因主要是降水成因及降水時空分布不同所致。詳見圖1、圖2。

2.3.2 多年平均枯水位及枯流量

根據(jù)努敏河控制站四方臺水文站1975～2002年枯水期(4月21日～7月10日)實測水文資料統(tǒng)計，四方臺站多年平均枯水位為(1日)154.59m，多年平均枯水流量(1日)1.33m3/s。

2.3.3 暢流期多年平均水位及流量

根據(jù)四方臺站1975～2002年(5～10月份)實測資料統(tǒng)計，四方臺站暢流期多年平均水位是部分河干，多年平均流量為28.83 m3/s。

2.3.4 第一造床流量(平灘流量)

所謂造床流量，是指造床作用與多年流量過程的綜合造床作用相當?shù)囊粋€流量。當水流平灘時，主流限制在主槽之內(nèi)，水流和斷面形態(tài)相適應，造床作用最大，水位漫灘以后，水流分散，灘槽之間有動量交換，使主槽流速減小，造床作用減少。而采用平灘流量作為造床流量的方法綜合反映了邊界條件的影響，較為合理。所以采用平灘水位相應的流量作為第一造床流量。首先根據(jù)河道大斷面圖，確定平灘水位，然后根據(jù)平灘水位再確定平灘流量;根據(jù)統(tǒng)計和計算，四方臺水文站第一造床流量134 m3/s。

圖1 努敏河四方臺站逐年平均流量過程線圖

圖2 努敏河四方臺站逐年平均輸砂率過程線圖

2.3.5 第二造床流量(多年平均流量)

第二造床流量僅對塑造枯水河床有一定的作用，本次計算根據(jù)努敏河代表站四方臺站實測資料，采用多年平均流量作為第二造床流量，根據(jù)計算，第二造床流量為16.43 m3/s。

2.3.6 努敏河干流泥砂特征

河流泥砂運動一般分為懸移質(zhì)(懸浮于水中向前運動)與推移質(zhì)(沿河底向前推移)兩種。由于推移質(zhì)在整個含砂量中所占比重較小，加之目前我省沒有開展推移質(zhì)測驗工作，因此，按實測統(tǒng)計的泥沙特征值均為懸移質(zhì)泥砂部分，不包括推移質(zhì)泥砂部分，努敏河干流多年平均懸移質(zhì)泥砂特征值統(tǒng)計詳見表1。

表1 努敏河干流四方臺站多年平均懸移質(zhì)泥砂特征值

2.4 努敏河天然懸移質(zhì)輸沙量計算

流域內(nèi)土壤因侵蝕外移的泥砂在向江河匯集、輸移的過程中，一部分會在流域的低洼和坡降平緩地區(qū)停積下來，一部分匯入江河。在給定時段內(nèi)，從河流的一定斷面上觀測的來自流域(或集水區(qū))的總砂量稱為流域產(chǎn)砂量。

1)對于無水文把口站的流域單元，選擇參考流域進行估算。根據(jù)地理相似性原則，選擇在氣候、地形、植被等方面與其相似且有實測輸砂量的流域單元，作為參考流域。同時為了避免匯流帶來的誤差，全部選擇無上游流域的單元，這樣的參考流域其把口站的實測輸砂量即為流域單元本身的輸砂量?；舅惴ㄓ孟率奖硎?

式中:PVnon為無把口站流域單元輸砂量，104t/a;Parea為參考流域把口站實測輸砂量，104t/a;Svre為無把口站流域單元面積，km2;Sareare為參考流域把口站控制流域面積，km2。

在努敏河下游綏化市四方臺鎮(zhèn)濱北鐵路橋上游設有四方臺水文站，1975年建站，努敏河最大支流克音河則于四方臺水文站下游四方臺鎮(zhèn)西南10 km處注入努敏河，克音河輸沙量無把口站，可以四方臺站控制流域作為參考流域進行估算，經(jīng)計算得克音河多年平均輸沙量為11.92×104t/a。

2)有水文把口站的流域單元，其把口站的實測輸砂量值是該流域單元與其上游流域單元輸砂量的總和。如果上游流域單元也有把口站，則該流域單元的輸砂量即為兩個把口站實測輸砂量的差。但是，由于有些流域無把口站，估算的僅僅是流域單元本身的輸砂量，并不包括上游流域的泥砂輸入量。因此，需要首先計算這些流域的泥砂總輸出量。這樣，有實測輸砂量的流域單元其流域本身的輸砂量值，通過下式進行計算。

式中:PV為把口站流域單元本身輸砂量，104t/a;SV為把口站實測輸砂量，104t/a;SVup為上游流域單元輸砂量，104t/a。

經(jīng)計算四方臺水文站多年平均輸沙量19.60×104t/a，四方臺～努敏河河口區(qū)間多年平均輸沙量0.59×104t/a，努敏河多年平均輸沙量32.11×104t/a，按河長比例估算，綏棱縣境內(nèi)努敏河多年平均輸沙量23.26×104t/a，見表2。

3 可采砂量分類

采砂范圍內(nèi)采砂按其部位特征可分為行洪灘地采砂區(qū)和主槽泄洪采砂區(qū)，為保護灘地植被及防止水土流失，行洪灘地一般列為禁采區(qū)，不作可采量計算。

可采砂范圍內(nèi)采砂按其采砂功能一般可分為穩(wěn)定性采砂、整治性采砂、工程性采砂和環(huán)境景區(qū)開發(fā)性采砂4種類型。

穩(wěn)定性采砂是指江道河槽內(nèi)沖淤平衡的淤積區(qū)，此區(qū)適量采砂后，靠天然河道縱向和橫向輸砂回淤后不影響河勢，不影響河道穩(wěn)定，基本不改變過流、分流、分砂特性，如彎道凸岸灘地后部，分汊洲島尾部。穩(wěn)定區(qū)采砂一般可做較固定砂場連續(xù)開采，但要根據(jù)不同河段沖淤輸砂特性控制年采砂量，最好是采砂年限內(nèi)回淤平衡。長期形成的高灘，較高高程部位多數(shù)是植被阻落后淤積、風積形成，開采后靠水流挾砂可能淤不到高部位。

整治性采砂是指為清障加大泄洪能力、控制淺灘整治航道。引水通道挖槽，裁彎改道等單項疏浚、挖泥、加寬、加深河道斷面的采砂。此類采砂應服從防洪規(guī)劃，航道整治規(guī)劃，引水規(guī)劃及裁彎清淤改道等工程規(guī)劃，具有一次性采砂性質(zhì)，采砂量由工程設計確定。

工程性采砂是指為興建水利水電樞紐工程、跨河鐵路公路橋梁工程、引水工程、碼頭、護岸工程及防洪堤交叉建筑物等工程需要開采的砂石料場和配合整治工程進行的采砂開挖工程。此類采砂雖然具有一次性采砂性質(zhì)，但一般開采量較大，需做專項采砂規(guī)劃設計報相應管理部門審批。

表2 努敏河多年平均輸沙量計算表 104t/a

環(huán)境景區(qū)開發(fā)性采砂，此類采砂是指臨江河重要城鎮(zhèn)或重點旅游江段、興建景區(qū)人工湖、游泳場、劃船區(qū)等水域開挖性采砂。

本次規(guī)劃可采砂量估算包括穩(wěn)定性采砂量，即河道主槽邊灘、淺灘采砂與整治性采砂量(人工整治)兩部分組成。所謂邊灘、淺灘是指沖積河流河底有規(guī)律地分布的大尺度成型堆積體，在彎道凸岸和順直型河道兩岸犬牙交錯的堆積體都稱為邊灘，而連接上下邊灘、各段上下深槽的沙埂由于其水深往往比鄰近水域水深為小，稱之為淺灘。

3.1 邊灘淺灘砂量估算

根據(jù)綏棱縣河道管理處提供的綏棱縣努敏河治理工程建設平面示意圖及黑龍江省測繪局1978年出版地形圖(1∶10 000)，對綏棱縣境內(nèi)努敏河干流除禁采區(qū)以外的邊灘、淺灘進行了量測和估算，由于努敏河河道多折，九曲彎轉(zhuǎn)，沙灘較多，為了便于分析計算，對于以前沒有名字的砂灘通過與綏棱縣河道管理處共同協(xié)商分別對河流左岸砂灘和右岸砂灘按照左右岸所對附近村屯或鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行命名，由于砂灘較多，在命名時，對一些較小的砂灘進行了適當?shù)暮喜?，序號亦按照從上到下左右岸分別排列(水利砂場灘～寶田灘除外，是按照河段從上到下排列)，測得邊灘、淺灘面積194.0×104m2，綏棱縣境內(nèi)努敏河干流水深平均 1.5～3.0 m，按照開采深度不超河段進口處平均深度為控制，平均按2.5m計算，則可開采砂量485.00×104m3，詳見表3。

表3 努敏河干流綏棱縣邊灘、淺灘可采砂量成果表

3.2 人工裁彎砂量估算

根據(jù)綏棱縣河道管理處原有規(guī)劃，綏棱縣境內(nèi)努敏河干流共有兩處河道采取挖槽取直，歸順河道方式進行整治性采砂，從上游到下游分別為紅星屯一處，長度2 000 m，寬度50 m，采深1.5 m，大肚灘一處，長度1 500 m，寬度60 m，采深1.5 m，共計可采砂28.50×104m3。以上兩處整治性采砂年度采砂量可以根據(jù)需要進行開采，采砂量不足時可以加大開采深度1～3 m，見表4。

表4 努敏河干流綏棱縣人工整治采砂量計算表

4 可采砂總量

根據(jù)以上統(tǒng)計和計算，邊灘淺灘可采砂量485.00×104m3，人工整治可采砂量28.50×104m3，總計可采砂量513.50×104m3。詳見表5。

表5 努敏河干流綏棱縣可采砂量匯總表

5 結(jié)論

根據(jù)可采砂量估算，綏棱縣努敏河干流可采砂量為513.5×104m3，為保證河段河勢穩(wěn)定和防洪安全以及河砂資源的可持續(xù)開發(fā)利用，規(guī)劃河道采砂年度總量應控制在51.35×104m3/a以內(nèi)。

[1] 黑龍江省水利科學研究院.呼蘭河干流采砂規(guī)劃報告[R].哈爾濱:黑龍江水利科學研究院，2004.

[2] 楊志達.泥沙輸送理論與實踐[M].北京:水利水電出版社，2000.

[3] 中國水利學會泥沙專業(yè)委員會.泥沙手冊[R].北京:中國水利學會泥沙專業(yè)委員會，1989.