螺山水文站沙質(zhì)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)特性分析

胡 立，羅 興，曾文錦，黃錦鑫

（1.長江水文中游局岳陽分局，湖南 岳陽 414000；2.長江水文中游局赤壁分局，湖北 赤壁 437300）

螺山水文站建立于1952年，站址位于湖北省洪湖市螺山鎮(zhèn)，是長江荊江與洞庭湖出流匯合后的第一個(gè)長江中游干流控制站，是國家一類基本水文站。測(cè)驗(yàn)斷面為復(fù)式斷面，呈“W”形，主泓靠左。河床為沙質(zhì)成份，斷面不穩(wěn)定，通過多年資料分析一般特性為漲沖落淤的規(guī)律。

1 推移質(zhì)輸沙率與流量的關(guān)系

三峽水庫蓄水后，為了探求下游河段沙質(zhì)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)特性及規(guī)律需要，螺山站于2009年開始開展沙質(zhì)推移質(zhì)項(xiàng)目測(cè)驗(yàn)工作。沙質(zhì)推移質(zhì)測(cè)驗(yàn)儀器為Y78-1型采樣器，門口寬100mm。

1.1 分析方法

根據(jù)螺山水文站《測(cè)驗(yàn)任務(wù)書》和《河流推移質(zhì)泥沙及床沙測(cè)驗(yàn)規(guī)程》要求，年測(cè)次布置在20次左右，至目前該站已經(jīng)收集了80次斷面實(shí)測(cè)流量與實(shí)測(cè)推移質(zhì)輸沙率同步資料。以收集的資料作為樣本，進(jìn)行一系列分析后，確定其為指數(shù)關(guān)系，通過點(diǎn)群中心得出經(jīng)驗(yàn)公式為Qb＝0.001438×Q1.061562（其中Qb為推移質(zhì)輸沙率；Q為斷面流量）。用定線精度誤差計(jì)算分析方法，以此來判定是否滿足規(guī)范要求（見圖1）。

圖1 螺山水文站 沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙率～流量定線關(guān)系圖

1.2 誤差分析

統(tǒng)計(jì)實(shí)測(cè)值與線上查算值的相對(duì)偏差，結(jié)果有16個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)誤差超過了±40%，其中有80%的點(diǎn)距相對(duì)誤差小于±40%。根據(jù)《河流推移質(zhì)泥沙及床沙測(cè)驗(yàn)規(guī)程》5.2.4第二條：沙質(zhì)推移質(zhì)的定線精度應(yīng)達(dá)到75%以上點(diǎn)據(jù)的實(shí)測(cè)值與查算值的相對(duì)偏差不超過±40%的要求，因此螺山水文站沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙率與流量的指數(shù)關(guān)系定線精度滿足規(guī)范要求。

2 推移質(zhì)輸沙率與懸移質(zhì)輸沙率的關(guān)系

2009～2012年平均輸沙率和輸沙量兩個(gè)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。

從表1可知：（1）螺山水文站沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙率和輸沙量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于懸移質(zhì)輸沙率和輸沙量，其所占比重基本在1%～4%，即螺山斷面全沙分布中，沙質(zhì)推移質(zhì)所占比重非常??；（2）斷面的全沙主要是以懸移質(zhì)輸沙為主。

表1 螺山水文站 沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙率與懸移質(zhì)輸沙率成果對(duì)比

3 推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)范圍及分布特點(diǎn)分析

根據(jù)每個(gè)測(cè)次每條垂線的單寬輸沙率推算得出各垂線部分輸沙率，然后計(jì)算出占全斷面輸沙率比重，來分析推移質(zhì)在測(cè)驗(yàn)斷面上的橫向分布情況。

由于螺山斷面呈“W”形狀，主泓靠左，起點(diǎn)距135m靠左以礁板土為主。當(dāng)水位下降沙洲出露后，右汊流速較小，流量占總斷面流量3%左右?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，右汊推移質(zhì)很難取到，沙質(zhì)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)范圍主要集中在起點(diǎn)距425～775m的主泓之間。當(dāng)水位上漲流量增大時(shí)，全斷面均存在推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)帶寬范圍在斷面起點(diǎn)距425～1 500m之間。

分析80次沙質(zhì)推移質(zhì)測(cè)驗(yàn)資料中的垂線部分輸沙率，比重較大的兩線在斷面起點(diǎn)距425m和585m，結(jié)合聲學(xué)多普勒流速儀（簡稱ADCP）測(cè)驗(yàn)資料也可以得到印證，從ADCP走沙范圍不難看出（見圖2），河底走沙范圍也基本在起點(diǎn)距425～775m之間變動(dòng)，因此與所分析的結(jié)果是基本吻合的。

圖2 螺山水文站ADCP測(cè)流河底走沙區(qū)域圖

4 沙質(zhì)推移質(zhì)年級(jí)配特性分析

2009～2012年，螺山水文站沙質(zhì)推移質(zhì)平均中數(shù)粒徑為0.195mm，變化范圍在0.190～0.199mm之間，平均粒徑為0.242mm，變化范圍也只在0.227～0.258mm之間擺動(dòng)，說明在這平水期年份的4年中，尤其是三峽水庫蓄水后，中數(shù)粒徑和平均粒徑變化都不大，最大粒徑除2009年實(shí)測(cè)的25.1mm外，其余均在15.3mm左右（見表2）。

表2 螺山水文站 沙質(zhì)推移質(zhì)年級(jí)配統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié) 論

通過對(duì)螺山水文站2009～2012年計(jì)80次沙質(zhì)推移質(zhì)測(cè)驗(yàn)成果和年度資料整編成果進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）影響沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙規(guī)律的因素多而復(fù)雜，輸沙率的大小與斷面流量的大小密切相關(guān)，流量增大沙質(zhì)推移質(zhì)啟動(dòng)流速增大，在斷面上分布帶寬范圍也將增大。

（2）螺山測(cè)驗(yàn)斷面上游沙洲對(duì)沙質(zhì)推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)范圍起到一定的控制作用，水位下降沙洲露出后，推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)范圍基本分布在主泓部分。

（3）沙質(zhì)推移質(zhì)在全沙中所占比重較小，為懸移質(zhì)輸沙量的1%～4%，所以螺山測(cè)驗(yàn)斷面輸沙主要是以懸移質(zhì)為主。

［1］張瑞瑾.河流泥沙動(dòng)力學(xué)［M］.北京：中國水利水電出版社，1998.

［2］SL43-92，河流推移質(zhì)泥沙及床沙測(cè)驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］李文萍，等.長江宜昌站沙質(zhì)推移質(zhì)輸沙規(guī)律［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版），2006，（1）.