運(yùn)河 (杭州段)引配水含沙量情況探析

周 蔚,陳雪芹,張飛珍

(杭州市水文水資源監(jiān)測(cè)總站,浙江 杭州 310016)

1 問(wèn)題的提出

杭州市區(qū)河道引配水主要水源是錢塘江,受水區(qū)為運(yùn)河杭州段和平原河網(wǎng)。自2000年起,實(shí)施河道綜合整治,通過(guò)新建、改建、維修等多種辦法,充分利用各類水利交通設(shè)施,實(shí)施河道配水,在短期內(nèi)有效地改善了市區(qū)河道水環(huán)境。為進(jìn)一步改善配水條件,2007年3月建成了三堡引水工程,大幅增加了主城區(qū)配水量,運(yùn)河水質(zhì)發(fā)生顯著變化,也為運(yùn)河兩側(cè)河網(wǎng)水質(zhì)的進(jìn)一步改善,提供了必要的條件(見(jiàn)圖1)。但是引配水同時(shí)也帶來(lái)一些負(fù)面影響,特別是在引水的同時(shí)也引來(lái)了泥沙,造成河道淤積,影響航運(yùn)暢通。本文通過(guò)潮水含沙相關(guān)規(guī)律分析和實(shí)測(cè)泥沙資料分析2種方法,分析研究三堡配水通道出口處的平均含沙量情況。

2 錢塘江杭州段泥沙情況[1]

錢塘江河口的底沙和懸移質(zhì)沙均為細(xì)粉沙,一般中值粒徑為0.02～0.04 mm,分選良好,由于河床灘槽組成物質(zhì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期往返搬運(yùn)分選,缺乏黏性顆粒,抗沖能力小,易沖易淤[1]。

錢塘江杭州段上游來(lái)沙很少,據(jù)蘆茨埠1956—1965年實(shí)測(cè)懸移質(zhì)含沙量資料統(tǒng)計(jì),多年平均含沙量為0.197 kg/m3,多年平均輸沙率約500萬(wàn)t。新安江、富春江水庫(kù)建成后,上游來(lái)沙量進(jìn)一步減少。

錢塘江杭州段的泥沙主要來(lái)自外海,一般具有小潮期含沙量低,大潮期和洪潮期含沙量高的特點(diǎn)。最大月平均含沙量出現(xiàn)在農(nóng)歷6—9月,全年最小含沙量多出現(xiàn)在11月至次年1月。

3 錢塘江三堡配水通道附近泥沙變化規(guī)律[2]

錢塘江無(wú)系統(tǒng)泥沙資料,杭州市水文水資源監(jiān)測(cè)總站于 2003年10—11月和2004年3—10月在七堡水文站實(shí)測(cè)了逐時(shí)含沙量變化過(guò)程,水樣取樣點(diǎn)設(shè)在錢塘江防洪堤外側(cè)約10 m處,收集的潮水?dāng)?shù)據(jù)系列完整,對(duì)分析三堡配水通道附近泥沙變化規(guī)律有一定的代表性。

以七堡斷面為例,錢塘江含沙量隨潮水漲落的規(guī)律主要有以下幾項(xiàng)。

圖1 運(yùn)河(杭州段)水系示意圖

3.1 含沙量與潮位過(guò)程同步性

大中潮汛時(shí),錢塘江七堡水文站處的含沙量在涌潮到達(dá)0.5 h后為最大,涌潮過(guò)后4.5 h出現(xiàn)最低值,之后隨著順流流速的增大,含沙量略有增大,從涌潮過(guò)后4.5 h至下一涌潮到達(dá)前這段時(shí)間內(nèi),實(shí)測(cè)平均含沙量為0.08～0.8 kg/m3。小潮汛含沙量及其變化較小,含沙量均在0.10 kg/m3以下。典型潮汐含沙量變化過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2 10月28日大潮汛含沙量過(guò)程變化圖

3.2 漲潮過(guò)程中最大含沙量與潮差關(guān)系

七堡站的漲潮潮差與實(shí)測(cè)最大含沙量的關(guān)系線見(jiàn)圖3。相關(guān)系數(shù)為0.95,關(guān)系式如下:

s=7.3711 H-4.0015

式中:s為最大含沙量(kg/m3);H為七堡站漲潮潮差(m)。

由此推算出七堡站漲潮潮差與最大含沙量的關(guān)系(見(jiàn)表1)。

表1 七堡站漲潮潮差～最大含沙量對(duì)照表

圖3 七堡站的漲潮潮差與實(shí)測(cè)最大含沙量的關(guān)系線圖

3.3 含沙量過(guò)程削減規(guī)律

以大中潮汛為分析對(duì)象,分析得出每次涌潮過(guò)后4.5 h左右出現(xiàn)的過(guò)程含沙量低值,為該次漲潮過(guò)程中最大含沙量的2%左右,含沙量衰減明顯。以后又隨著順流流量的增加略有增加,到下個(gè)涌潮到達(dá)前的這段時(shí)間里,平均含沙量約為該次漲潮過(guò)程中最大含沙量的2.6%。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 大中潮汛過(guò)程含沙量削減表 kg/m3

3.4 含沙量沿程削減規(guī)律

根據(jù)浙江省河口海岸研究所的相關(guān)研究結(jié)果表明,漲潮潮水含沙量沿程削減,從倉(cāng)前至七堡,大潮汛時(shí)的最大含沙量削減率為50%,中潮汛的削減率為65%。從七堡至閘口,大潮汛時(shí)的最大含沙量削減率為68%,中潮汛削減率為75%。按削減比例,推算出七堡漲潮潮差與三堡最大含沙量(見(jiàn)表3)。

表3 七堡漲潮潮差～三堡最大含沙量對(duì)照表

4 三堡引配水含沙量

2009年三堡配水通道年實(shí)際配水量7.25億m3,年平均流量約23m3/s。

本文采用2種不同的方法分別計(jì)算2009年度三堡配水通道配水的含沙量情況。方法1采用七堡漲潮潮差與三堡最大含沙量對(duì)照關(guān)系以及過(guò)程含沙量削減規(guī)律推求三堡配水通道處的平均含沙量,再根據(jù)全年的配水總量求得全年由配水通道進(jìn)入運(yùn)河的泥沙。方法2由實(shí)測(cè)泥沙資料分析三堡配水通道處的平均含沙量,根據(jù)全年的配水總量求得全年由配水通道進(jìn)入運(yùn)河的泥沙。

4.1 方法1

根據(jù)錢塘江沿程含沙量過(guò)程削減規(guī)律,若嚴(yán)格按照配水方案執(zhí)行配水調(diào)度,每個(gè)潮期的配水過(guò)程平均含沙量約為此次漲潮過(guò)程中最大含沙量的2.6%,結(jié)合表3七堡漲潮潮差～三堡最大含沙量關(guān)系,可得出七堡不同漲潮潮差對(duì)應(yīng)的三堡配水過(guò)程平均含沙量(見(jiàn)表4)。

表4 七堡漲潮潮差～三堡配水過(guò)程平均含沙量對(duì)照表

對(duì)七堡不同漲潮潮差影響下三堡配水過(guò)程平均含沙量進(jìn)行加權(quán)平均,得出三堡配水通道處的平均含沙量為0.077 kg/m3,再根據(jù)2009年配水總量7.25億m3,即可推算出該年由配水通道進(jìn)入運(yùn)河泥沙為5.58萬(wàn)t。

4.2 方法2

2007年和2009年,為了摸清三堡配水通道配水后每年實(shí)際向運(yùn)河輸送了多少泥沙,杭州市水文水資源監(jiān)測(cè)總站組織技術(shù)人員于配水期間在三堡輸水通道進(jìn)水口先后實(shí)測(cè)含沙量30余次。具體實(shí)測(cè)成果見(jiàn)表5。

根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析三堡配水通道處的平均含沙量為0.079 kg/m3,再根據(jù)2009年配水量7.25億m3計(jì)算得可得,2009年由配水通道進(jìn)入運(yùn)河泥沙為5.73萬(wàn)t。

從2種方法的計(jì)算結(jié)果可以看出,計(jì)算的引配水含沙量非常接近,僅相差2.7%,今后相關(guān)生產(chǎn)部門均可以通過(guò)這2種方法推算出當(dāng)年由配水通道進(jìn)入運(yùn)河泥沙含量。而二者有所差別的主要原因是方法1忽略了一些配水口門的沖刷和船只擾動(dòng)的影響,是一種較為理想的狀態(tài)。

表5 2007,2009年泥沙實(shí)測(cè)成果表

續(xù)表5

5 結(jié) 論

(1)三堡配水通道自建成以來(lái),每年為運(yùn)河引配水約7.5億m3,極大地改善了運(yùn)河的水環(huán)境質(zhì)量,發(fā)揮了巨大的生態(tài)效益。但是由于在引水的同時(shí)也將泥沙帶進(jìn)了內(nèi)河,應(yīng)引起高度重視。

(2)本文采用2種不同方法對(duì)2009年進(jìn)入運(yùn)河的含沙量進(jìn)行推算,可供杭州市配水部門每年掌握泥沙輸入情況和運(yùn)河航運(yùn)交通部門疏浚工作參考。2009年全年向運(yùn)河引進(jìn)泥沙5.67萬(wàn)t,三堡輸水工程開(kāi)通后,歷年入運(yùn)河含沙量均可采用此方法近似推算。

(3)引配水對(duì)運(yùn)河 (杭州段)的淤積分布情況及影響十分復(fù)雜,受到河網(wǎng)水力條件變化的影響,需另作專題研究。

[1]《浙江省錢塘江管理局、浙江省河口海岸研究所論文選編》編委會(huì) .錢塘江管理局、浙江省河口海岸研究所論文選編.第1輯.上冊(cè):1949—1998《錢塘河口叢書》之三[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2001.

[2]虞曉峰,毛堅(jiān).利用錢塘江水資源改善下沙水環(huán)境初探[J].浙江水利科技,2006(2):76-77.