雅礱江共科水文站泥沙顆粒級配分析

彭 劍

(四川省雅安水文水資源勘測局，四川 雅安，625000)

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雅礱江共科水文站泥沙顆粒級配分析

彭 劍

(四川省雅安水文水資源勘測局，四川 雅安，625000)

本文對雅礱江共科水文站泥沙顆粒資料做了詳細分析，并收集分析2011年～2016年的泥沙顆粒資料，為雅礱江水利工程的設(shè)計管理，水庫淤積部位的預(yù)測，河道排沙整治提供參考。

共科水文站 顆粒級配

1 概況

雅礱江是中國四川省西部河流，為長江上游金沙江的支流。發(fā)源于青海省巴顏喀拉山南麓，東南流入四川省西北部，在石渠縣附近進入四川時，正式被稱為雅礱江，沿大雪山西側(cè)經(jīng)新龍、雅江等縣至云南邊界渡口市注入金沙江，全長1187km，流域面積14.4萬km2。

共科水文站設(shè)立于2010年8月，位于新龍縣博美鄉(xiāng)共科村雅礱江左岸，東經(jīng)101°11′，北緯30°44′，集水面積38619km2，采用黃?；?，海拔2900多m。站上基本斷面河段順直長度約600m，下游約400m處有一彎道，為本站中高水位控制?；緮嗝鏋槁咽M成，沖淤變化小，河床穩(wěn)定，歷年斷面面積比較均未超3%，水位流量關(guān)系單一穩(wěn)定。站上全年全水位采用纜道流速儀法施測流量，顆分取樣采用空心鉛魚皮囊式相對0.6水深等面積等歷時全斷面混合法取樣。

泥沙顆粒分析是確定泥沙樣品中各粒徑組泥沙質(zhì)量占樣品總質(zhì)量的百分數(shù)，并以此繪制級配曲線的全部計數(shù)操作過程。泥沙顆粒分析的目的是取得泥沙顆粒級配的斷面分布和變化過程的資料，為水資源開發(fā)利用提供資料。

2 泥沙顆粒級配取樣

2.1 取樣對象

河流中的泥沙，按其運動形式可分三類：①懸移質(zhì)，懸移質(zhì)泥沙浮于水中并隨之運動；②推移質(zhì)，推移質(zhì)泥沙受水流沖擊沿河底移動或滾動；③河床質(zhì)，河床質(zhì)泥沙則相對靜止而停留在河床上。三者沒有嚴格的界線，隨水流條件的變化而相互轉(zhuǎn)化。一般情況，河流中泥沙以懸移質(zhì)為主。共科水文站所取的泥沙為懸移質(zhì)泥沙。

2.2 取樣儀器

共科站處于雅礱江中游，屬于峽谷地帶，纜道跨度110m，高洪期間水流速度接近5m/s，用的是450kg空心鉛魚，顆分采用空心鉛魚內(nèi)置皮囊式取樣，相對0.6水深等面積等歷時全斷面混合法取樣。

2.3 取樣時間

雅礱江屬于高原河流，所在區(qū)域雨強小，洪水漲落速度慢，因此含沙量較小，尤其是枯季，有流冰期含沙量更小，幾乎為零，枯季含沙量作為零處理。顆分取樣主要以汛期為主，每年汛期取不小于10份斷面顆粒水樣，測次分布在含沙量較大的洪水期。取不小于10份單樣顆粒水樣，取樣間隔時間不小于5d。

2.4 取樣方法

單樣顆粒取樣在起點距40.0m處采取相對0.6水深一點取樣，取樣間隔時間不小于5d。斷面顆粒取樣采用10線10點相對0.6水深等面積等歷時全斷面混合法取樣。單顆斷顆取水樣體積均以干沙重量不小于2g為準。

3 泥沙顆料級配分析

泥沙顆粒分析是確定泥沙樣品中各粒徑組泥沙質(zhì)量占樣品總質(zhì)量的百分數(shù)，并以此繪制級配曲線的全部計數(shù)操作過程。泥沙顆粒分析的目的，是取得泥沙顆粒級配的斷面分布和變化過程的資料。

選用顆粒分析方法，應(yīng)根據(jù)泥沙樣品的種類、粒徑范圍、沙重和設(shè)備條件等情況按規(guī)范要求確定，不同分析方法的適用粒徑范圍及沙重要求見下表1。共科水文站懸移質(zhì)顆分粒徑不超過32.0mm，所以共科水文站水樣分析采用吸管法(分析粒徑范圍0.002mm～0.062mm)與篩分法(分析粒徑范圍0.062mm～32.0mm)相結(jié)合，分析方法滿足粒徑要求。

表1 不同顆粒分析方法適用范圍

4 泥沙顆料級配整編及成果

泥沙顆料分析出粒徑大小后還需要進行整編才能得出完整的泥沙顆粒級配成果。整編主要步驟如下：

(1)點繪單斷顆曲線并檢驗(如圖1)，計算出單斷顆系數(shù)。

圖1 單顆斷顆小于某粒徑沙重百分數(shù)相關(guān)

(2)繪制日月年平均懸移質(zhì)顆粒級配曲線(如圖2)，查出平均粒徑。

圖2 平均懸移質(zhì)顆粒級配曲線

(3)計算日月年平均粒徑(如表2)。

表2 共科站懸移質(zhì)斷面與相應(yīng)單樣平均粒徑、平均沉速計算表

注：①施測號數(shù)：12；②斷面位置：基；③施測日期：2016年10月14日；④施測水溫：9.0℃。

(4)編制實測懸移質(zhì)顆粒級配成果表及實測懸移質(zhì)單樣顆粒成果表(如表3)。

表3 共科水文站2016年月年平均懸移質(zhì)顆粒級配

月份平均小于某粒徑的沙重百分數(shù)粒徑級(mm)000400080016003100620125025050100中數(shù)粒徑(mm)平均粒徑(mm)最大粒徑(mm)123452093675246978399049279621000015006310062213514936697969029469851000016005410072263775186388169209669931000015004610082694446187458479309639921000010004010091963785416998889599839951000013003410010105259383533805905957993100002800541001112統(tǒng)計21136551164782692296499110000150046200

5 多年泥沙顆粒級配成果分析

統(tǒng)計2011年-2016年各年單斷顆系數(shù)如表4，由表4可見，2012年、2015年、2016年單斷顆系數(shù)都為1.000，即單斷顆線為直線，2011年、2013年、2014年為折線，但折線幅度不大，可認為單斷顆關(guān)系較穩(wěn)定。

表4 共科水文站2011-2016年各年單斷顆系數(shù)

年份單斷顆系數(shù)2011當(dāng)單斷顆沙重百分數(shù)〈=60時，單斷顆系數(shù)K=0945；反之則ρ斷=1060ρ單-652012單斷顆系數(shù)K=1000，即P斷=1000ρ單2013當(dāng)單斷顆沙重百分數(shù)〈=60時，單斷顆系數(shù)K=0960；反之則ρ斷=1060ρ單-592014當(dāng)單斷顆沙重百分數(shù)〈=60時，單斷顆系數(shù)K=0960；反之則ρ斷=1060ρ單-592015單斷顆系數(shù)K=1000，即P斷=1000ρ單2016單斷顆系數(shù)K=1000，即P斷=1000ρ單

綜合共科水文站2011年～2016年6年的顆粒級配成果如表5。

表5 共科水文站2011-2016年平均懸移質(zhì)顆粒級配

年平均小于某粒徑的沙重百分數(shù)粒徑級(mm)000400080016003100620125025050100200中數(shù)粒徑(mm)平均粒徑(mm)最大粒徑(mm)201121834345358874585290597599610000210075200201220931845462278589095698810000200054100201320334447057879089194698810000200055100201418230843457178087193198699910000230063200201523539653169185693897099510010000140040200201621136551164782692296499110000150046100統(tǒng)計21034647561679789494598710010000190056200區(qū)間統(tǒng)計21013014118197514212

6 結(jié)語

通過對雅礱江共科水文站2011年-2016年共6年的泥沙顆粒資料分析得出：單斷顆系數(shù)較穩(wěn)定，粒徑沙重百分數(shù)小于0.002mm所占比例最大為21.0%，1.0mm～2.0mm所占比例最小僅為0.1%，從0.004mm～1.0mm區(qū)間所占比例分別為13.0%、14.1%、18.1%、9.7%、5.1%、4.2%、1.2%。中數(shù)粒徑為0.019mm，平均粒徑為0.056mm，6年來最大粒徑為2.0mm。該顆分成果可為雅礱江水利工程的設(shè)計管理、水庫淤積部位的預(yù)測、河道排沙整治提供參考。

〔1〕SL 247-2012，水文資料整編規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

〔2〕GB 50179-2015，河流流量測驗規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2016.

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