江西信江流域水沙特性分析

(1.江西省上饒水文局，江西 上饒 334000； 2.江西省水文局，江西 南昌 330000)

江西信江流域水沙特性分析

韓建軍1盧靜媛2吳選明1

(1.江西省上饒水文局，江西上饒334000； 2.江西省水文局，江西南昌330000)

信江流域水利工程建設(shè)和流域綜合治理及水土保持等活動(dòng)產(chǎn)生的水文效應(yīng)隨著信江干流梯級(jí)電站相繼建成而逐漸凸顯。采用信江流域代表站系列水文資料,對(duì)典型站徑流量、輸沙量年內(nèi)、年際變化進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)不同水文站徑流量、輸沙量年際變化，得出流域的水沙變化規(guī)律。結(jié)果表明：研究時(shí)段內(nèi)信江流域水沙年內(nèi)分配不均，年際變化幅度較大；1997年開(kāi)始，流域年輸沙量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；流域內(nèi)水沙關(guān)系相關(guān)性較好，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

徑流；輸沙；水沙變化；水沙關(guān)系；信江

1 流域概況

1.1 自然地理

信江位于江西省的東北部[1]，流域涉及福建、浙江、江西3省共19個(gè)縣(區(qū)、市)。西鄰鄱陽(yáng)湖，北倚懷玉山脈與饒河毗鄰，南倚武夷山脈與閩江相鄰，東毗富春江。流域面積17 599 km2，地處東經(jīng)116°19′～118°31′、北緯27°32′～28°58′。

1.2 河道概況

信江是江西省五大河流之一。發(fā)源于浙贛邊界江西省玉山縣三清鄉(xiāng)平家源，信江上游在上饒市信州區(qū)分兩大支，北支稱(chēng)玉山水，南支稱(chēng)豐溪河，南北兩支匯合于上饒市后總稱(chēng)信江。主河道長(zhǎng)359 km，沿途匯入主要支流有石溪水、鉛山水、陳坊水、葛溪水、羅塘河、白塔河、萬(wàn)年河等支流。主流自東流向西，干流流經(jīng)玉山縣、信州區(qū)、鉛山、橫峰、弋陽(yáng)縣、貴溪市、鷹潭市月湖區(qū)、余江、余干縣，在余干縣潼口灘分東西兩大河，東大河匯同饒河在龍口匯入鄱陽(yáng)湖，西大河在瑞洪鎮(zhèn)下風(fēng)洲注入鄱陽(yáng)湖。

1.3 氣候水文

流域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候溫和、四季分明、光照充足、雨量充沛，具有春雨多、夏炎熱、秋干旱、冬雪少的特點(diǎn)。年平均降水量為1 400～1 900 mm，多年蒸發(fā)量600～900 mm，多年平均年徑流深800～1 600 mm。汛期一般是4～9月，約70%的洪水在主汛期4～6月發(fā)生。

1.4 水利樞紐情況

(1) 信州水利樞紐[2]。工程位于信江中上游，信州區(qū)龍?zhí)洞髽蛳掠渭s4 km處，地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°54′11″，北緯28°24′38″。壩址以上集水面積5 234 km2，工程于2003年動(dòng)工興建，2005年基本建成發(fā)揮效益，是一座以建設(shè)城市景觀為主, 兼顧發(fā)電等綜合效益的水利工程。閘壩工程軸線全長(zhǎng)563.3 m，正常蓄水位為66 m，工程電站設(shè)計(jì)裝機(jī)容量3×3.35 MW，設(shè)計(jì)水頭5 m，年均發(fā)電量3 830萬(wàn) kW·h，具有日調(diào)節(jié)性能。

(2) 紅旗閘壩樞紐。工程位于信江中游，弋陽(yáng)縣南巖鎮(zhèn)上游約10 km的旗山場(chǎng)顧家村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°30′42″，北緯28°21′09″。閘址以上集水面積8 734 km2，工程于1968年動(dòng)工興建，1970年基本建成發(fā)揮效益，是一座以灌溉為主，兼顧發(fā)電、航運(yùn)等綜合效益的工程。工程由溢流壩、船閘、筏道、左岸土壩、南站(左岸)和北站(右岸)2座水電站廠房、灌溉引水渠及其進(jìn)水閘等建筑物組成。溢流壩位于河床中部，堰頂高程 39.50 m，全長(zhǎng) 235.2 m。

(3) 九牛灘水輪泵站樞紐。工程位于信江中游下段，貴溪市濱江鎮(zhèn)鴻塘村，距貴溪市區(qū)約5 km，距下游的界牌水利樞紐工程31 km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°11′21″，北緯28°19′22″。壩址以上流域面積11 650 km2，工程于1966年開(kāi)工興建，1972年建成投入運(yùn)行。正常蓄水位為26.80 m，為實(shí)用堰溢流壩，全長(zhǎng) 225.0 m。發(fā)電機(jī)組共25臺(tái)、總裝機(jī)容量為2 045 kW，多年平均發(fā)電量 912.6萬(wàn)kW·h。

(4) 界牌航電樞紐。工程位于余江縣中童鎮(zhèn)徐楊村與貴溪市鴻塘鎮(zhèn)交界處，距鷹潭市12.5 km。地理位置東經(jīng)116°58′14″，北緯28°19′17″，壩址以上流域面積12 300 km2。工程于1992年11月開(kāi)工興建，1998年3月建成蓄水，水庫(kù)總庫(kù)容 3.35億m3，水庫(kù)正常蓄水位26 m，全長(zhǎng) 353.45 m；電站位于壩址左岸，裝機(jī)容量20 MW，年發(fā)電量8 613萬(wàn)kW·h。

2 選用資料

選用信江流域弋陽(yáng)、梅港站1958～2014年的實(shí)測(cè)水文資料[3-5]，弋陽(yáng)站控制流域面積8 753 km2，觀測(cè)項(xiàng)目包括水位、流量、泥沙、降水量等；梅港站控制流域面積15 535 km2，觀測(cè)項(xiàng)目包括水位、流量、含沙量、顆粒分析、降水、蒸發(fā)、水溫、水質(zhì)等。

3 徑流量分析[6]

3.1 年內(nèi)變化

弋陽(yáng)、梅港站1958～2014年的月平均徑流年內(nèi)分配見(jiàn)圖1。從圖中可以看出，該兩站徑流量的年內(nèi)分配基本一致，流域內(nèi)徑流年內(nèi)分配極不均勻，主汛期4～6月份來(lái)水占全年總量的52%以上，枯水期8月至次年2月來(lái)水不到全年來(lái)水量的28%。

圖1 弋陽(yáng)、梅港站徑流量年內(nèi)分配

3.2 年際變化

表1 信江流域代表站年徑流特征值統(tǒng)計(jì)

圖2 弋陽(yáng)、梅港站年徑流量頻率曲線

由表1和圖2可知，信江流域上游弋陽(yáng)站多年平均徑流量小于下游梅港站，兩站多年徑流模數(shù)及徑流深均接近，弋陽(yáng)站徑流系數(shù)略大于梅港站，符合流域水文特性。

弋陽(yáng)、梅港站1958～2014年的年徑流量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3。從圖中可知，信江流域徑流年際變化較大，弋陽(yáng)、梅港站的年徑流量隨年份的變化上下游對(duì)應(yīng)吻合度高。弋陽(yáng)站最大年徑流量為190.1億m3(1998年)，是最小年徑流量 50.3億 m3(2004年)的3.8倍；梅港站最大年徑流量為344.4億m3(1998年)，是最小年徑流量 79.96億 m3(1963年)的 4.3倍。

圖3 弋陽(yáng)、梅港站年徑流量變化趨勢(shì)

4 輸沙量分析

4.1 年內(nèi)變化

自然條件下，河流輸沙量主要受降水特性的影響，輸沙量通常具有與徑流量類(lèi)似的變化特征。根據(jù)弋陽(yáng)、梅港站實(shí)測(cè)泥沙資料，弋陽(yáng)、梅港站1958～2014年的月平均輸沙量年內(nèi)分配見(jiàn)圖4。

圖4 弋陽(yáng)、梅港站輸沙量年內(nèi)分配

從圖中可知，弋陽(yáng)、梅港兩站輸沙量的年內(nèi)分配基本一致，流域沙量的年內(nèi)分配較徑流更為集中，4～6月份輸沙占全年總量的68%以上，枯水期8月至次年2月輸沙不到全年輸沙量的11%。由此可知，該流域水沙主要來(lái)自暴雨洪水所形成，泥沙主要集中在主汛期，月、年最大輸沙量一般與洪水的大小對(duì)應(yīng)。

4.2 年際變化

根據(jù)弋陽(yáng)、梅港站實(shí)測(cè)泥沙資料分析統(tǒng)計(jì), 信江流域代表站懸移質(zhì)泥沙統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 信江流域代表站懸移質(zhì)泥沙統(tǒng)計(jì)

由表中數(shù)據(jù)可知，信江流域?qū)儆谏偕澈恿?，年平均含沙量上游大于下游，年輸沙量下游大于上游，符合流域上游坡陡、水流急，挾沙能力?qiáng)，下游河道坡地平緩、水流慢、挾沙能力弱的水文特性。

弋陽(yáng)、梅港站1958～2014年的年輸沙量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖5。從圖中可知，弋陽(yáng)、梅港站的年輸沙量隨年份的變化上下游對(duì)應(yīng)吻合度高，弋陽(yáng)站最大年輸沙量為322萬(wàn)t(1973年)，是最小年輸沙量19.7萬(wàn) t(2004年)的16.3倍；梅港站最大年輸沙量為501萬(wàn) t(1973年)，是最小年輸沙量26.3萬(wàn) t(2007年)的19.0倍。流域年輸沙量的年際變化趨勢(shì)與徑流量的變化趨勢(shì)基本一致，大水多沙，小水少沙。

圖5 弋陽(yáng)、梅港站年輸沙量變化趨勢(shì)

5 水沙分析

根據(jù)弋陽(yáng)、梅港站的年徑流量及年輸沙量數(shù)據(jù)，采用冪函數(shù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擬合[7-8]，弋陽(yáng)、梅港站水沙關(guān)系呈2個(gè)系列：1958～1996年、1997～2014年，弋陽(yáng)、梅港站年徑流量與年輸沙量關(guān)系見(jiàn)圖6和圖7，對(duì)應(yīng)上述時(shí)段的年平均輸沙量分別為：弋陽(yáng)站153萬(wàn)t，87.5萬(wàn)t，梅港站230萬(wàn)t、126萬(wàn)t，輸沙量呈明顯減小趨勢(shì)。

圖6 弋陽(yáng)站年徑流量-年輸沙量關(guān)系線

圖7 梅港站年徑流量-年輸沙量關(guān)系線

根據(jù)分析成果可知，含沙量、輸沙量除受流域內(nèi)氣象、下墊面等自然因素影響外，大規(guī)模人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流含沙量、輸沙量也產(chǎn)生較大影響。流域內(nèi)水利工程建設(shè)、流域綜合治理等人類(lèi)活動(dòng)的影響，改變了河流天然的水沙規(guī)律，徑流量與輸沙量的年際變化發(fā)生了明顯改變，如1997年以來(lái)，江西省對(duì)水土保持生態(tài)建設(shè)力度的加大、1998年界牌水利樞紐建成蓄水、2005年信州水利樞紐的運(yùn)行均對(duì)信江水沙關(guān)系產(chǎn)生了顯著影響。

6 結(jié) 論

(1) 信江流域徑流主要由暴雨洪水形成，徑流年內(nèi)分配極不均勻，主汛期4～6月份來(lái)水占全年總量的52%以上。徑流年際變化較大，戈陽(yáng)站最大年徑流量是最小年徑流量的3.8倍，而梅港站則是4.3倍。

(2) 信江流域水沙關(guān)系呈現(xiàn)出“大水多沙，小水少沙”的態(tài)勢(shì)，泥沙主要集中在主汛期，月最大輸沙量與洪水對(duì)應(yīng)，懸移質(zhì)泥沙的輸移主要以較強(qiáng)的水流動(dòng)力為載體。

(3) 1997年以來(lái)，信江流域年輸沙量總體呈下降趨勢(shì)，其主要原因是上游水利工程的修建、流域綜合治理及水土保持生態(tài)建設(shè)等，河道水質(zhì)清澈，大部分泥沙在庫(kù)內(nèi)淤積，下泄沙量變小。

(4) 目前兩站的水沙關(guān)系相關(guān)性較好，處于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著流域內(nèi)水利工程建設(shè)的不斷增加和流域綜合治理及水土保持等生態(tài)建設(shè)，河水含沙量會(huì)減少，將對(duì)流域水沙特征及其變化趨勢(shì)造成影響。

[1] 江西省水利廳．江西河湖大典[M]．武漢：長(zhǎng)江出版社，2010.

[2] 江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院.江西省信江流域綜合規(guī)劃修編報(bào)告[R].南昌：江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，2009.

[3] 詹道江，葉守澤.工程水文學(xué)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1987.

[4] SL247-2012.水文資料整編規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2012.

[5] SL460-2009. 水文年鑒匯編刊印規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2009.

[6] 韓建軍，盧靜媛，吳選明．信江干流水位流量變化趨勢(shì)分析研究報(bào)告[R].上饒：江西省上饒水文局,2016.

[7] 黃振平,陳元芳.水文統(tǒng)計(jì)學(xué)[M]. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2011.

[8] 蔣志兵,桂笑,胡魁德，等.鄱陽(yáng)湖不同時(shí)期沖淤變化分析[R].南昌：江西省水文局，2013.

(編輯：李慧)

TV141

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2017-05-10

韓建軍，女，江西省上饒水文局，工程師.

1006-0081(2017)09-0018-04