呼蘭河上游河道采砂對(duì)鐵力水文站監(jiān)測(cè)影響分析

盧 昊，孫 鴻，盧 洋

(黑龍江省伊春水文局，黑龍江 伊春 153000)

1 自然地理概況

鐵力(二)站位于黑龍江省鐵力市鐵力鎮(zhèn)，是呼蘭河上游主要控制站，屬國(guó)家二類精度站，地理坐標(biāo)為E128°01′，N46°58′，集水面積1838km2，斷面以上河長(zhǎng)95.3km，至河口的距離406km。流域平均坡降6.94‰，河底平均坡降7.36‰，河系形狀略呈三角形。地處小興安嶺南麓與松嫩平原的過(guò)渡地帶，東連小興安嶺，西接松嫩平原。流域上游多山地，下游屬平原。流域地勢(shì)東高西低，河流總的走向由東北流向西南，河道彎曲系數(shù)為1.85。呼蘭河上游河床屬?zèng)_淤性河床，流域植被較差，斷面沖淤比較嚴(yán)重。

2 氣象水文特征

2.1 氣候特征

本區(qū)域?qū)儆谥袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū),特點(diǎn)是春天來(lái)臨較晚多大風(fēng)，夏季較短而濕熱，秋季降溫快、霜來(lái)早，冬季寒冷而漫長(zhǎng)。

歷年平均氣溫為1.5℃，最冷月為1月，最熱月為7月，歷年月平均氣溫在21.6℃，風(fēng)向以西南風(fēng)為主。風(fēng)力：年平均風(fēng)速2.5m/s，為2級(jí)風(fēng)；最大20.3m/s，為7級(jí)風(fēng)(1971年4月21日)。平均無(wú)霜期120d。

本站歷年平均降水量612.7mm，降水年內(nèi)分布極不均勻，降水主要集中在汛期6-9月，汛期降水量可占年降水量的76.4%。這期間的降水是形成本區(qū)洪水、內(nèi)澇的主要原因。最大月降水量主要發(fā)生在7月份，占年降水量的27.2%。3-5月份的降水量?jī)H占年降水量的13.5%，易出現(xiàn)春旱[1]。

2.2 水文特征

2.2.1 徑流特征

本站地處中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，水文要素在年際和年內(nèi)的變化差異大。年徑流深在100-650mm，歷年平均徑流深為256.2mm，歷年平均徑流量為5.163×108m3，徑流的年內(nèi)分配和年際變化都存在較大差異。夏汛洪水發(fā)生在6-9月，以7-8月出現(xiàn)次數(shù)為最多，約占總數(shù)70%，多因局部暴雨或全流域降雨所產(chǎn)生。

2.2.2 洪水特性

洪水包括春季凌汛洪水和夏汛洪水。春季凌汛發(fā)生在4-5月，主要由融雪徑流所形成。凌汛水位有時(shí)高于夏汛水位，成為本年最高洪水位。夏汛洪水發(fā)生在6-9月，以7-8月出現(xiàn)次數(shù)為最多，約占總數(shù)70%，因局部暴雨、大暴雨或全流域降雨均能產(chǎn)生較大洪水。呼蘭河鐵力站屬多雨地區(qū)，降水量為全省高值區(qū)，易出現(xiàn)山洪。

由于呼蘭河上游屬山溪性河流，洪水漲落變化急劇，漲洪歷時(shí)一般為60h，落洪歷時(shí)一般為150h，洪峰滯留時(shí)間約為2-3h，水位最大漲率0.48m/h[2]。

2.2.3 泥沙特性

呼蘭河干流河漫灘主要為透水性較好的砂礫石覆蓋，厚度10-15m。呼蘭河干流左右岸均由級(jí)配不良的粗砂組成，透水性強(qiáng)，土層分布一般地表有0.5-1.0m的可塑性低液限黏土，下層為級(jí)配1.0-2.0的粗砂，其下為級(jí)配不良的粗礫，粗礫埋藏較淺。

由于流域植被較差，水流泥沙含量較高。鐵力站多年平均輸沙量5.68萬(wàn)t，年最大輸沙量19.5萬(wàn)t(1985年)，年最小輸沙量0.57萬(wàn)t(2002年)；多年平均輸沙率2.09kg/s，年最大輸沙率10.8 kg/s(1994年)，最小輸沙率0.18 kg/s(2002)；多年平均含沙量95.3g/m3，年最大含沙量為540g/m3(1996年)，年最小含沙量7.02g/m3(2002年)。

根據(jù)鐵力站輸沙率資料點(diǎn)繪逐年流量、輸沙率過(guò)程線，通過(guò)對(duì)比分析可以看出該河段歷年來(lái)水來(lái)沙比較相應(yīng)，即水大沙大，水小沙小。1985年和1988年兩年情況比較特殊，與常規(guī)情況恰好相反。1985年流量最大，輸沙率卻很小，為大水少沙年；1988年流量較1985年小，而輸沙率卻很大，屬中水高沙年，其原因主要是降水成因及降水時(shí)空分布不均所致。鐵力水文站平均流量、輸沙率過(guò)程線，見(jiàn)圖1。

圖1 鐵力水文站平均流量、輸沙率過(guò)程線

3 河流穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 第1造床流量

所謂第1造床流量也就是平灘流量，是指造床作用與多年平均流量過(guò)程的綜合造床作用相當(dāng)?shù)?個(gè)流量。當(dāng)水流平灘時(shí)，主流限制在主槽之內(nèi)，水流和斷面形態(tài)相適應(yīng)，造床作用最大，所以用平灘水位相應(yīng)的流量做為第1造床流量。

呼蘭河鐵力水文站，監(jiān)測(cè)河段較為順直，順直長(zhǎng)度約為200m，屬窄深式單式河槽，中高水主槽寬度100m以上。根據(jù)出槽水位綜合高水延長(zhǎng)水位流量關(guān)系曲線確定平灘流量，呼蘭河鐵力站平灘流量即第1造床流量為135m3/s，相應(yīng)水位為206.50m(出槽水位)。

3.2 第2造床流量

第2造床流量也就是多年平均流量，僅對(duì)塑造枯水河床有一定的作用。呼蘭河鐵力水文站多年平均流量即第2造床流量為14.5m3/s，相應(yīng)水位205.77m[3]。

4 呼蘭河鐵力站監(jiān)測(cè)斷面附近河道演變趨勢(shì)

4.1 河床縱向變化分析

根據(jù)鐵力水文站歷年水位及流量資料，點(diǎn)繪1993-2017年同流量水位過(guò)程線(包括枯水流量)，點(diǎn)繪時(shí)選取的流量分別為第2造床流量14.5m3/s和第1造床流量135m3/s。鐵力站同流量水位過(guò)程線，見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出：鐵力站第1、第2造床流量對(duì)應(yīng)水位歷年變化趨勢(shì)基本相同。1986年以前水位變化趨勢(shì)下降，但高于歷年平均值；1986—2010年同流量對(duì)應(yīng)水位總體下降，趨勢(shì)不很明顯，總體低于各級(jí)流量對(duì)應(yīng)的平均水位；2011年以后，第1造床流量對(duì)應(yīng)水位基本持平，而第2造床流量對(duì)應(yīng)水位下降明顯，每年下降幅度約0.30m。通過(guò)分析表明河段沖於變化以沖刷為主，同流量水位總體呈下降趨勢(shì)。由于2013年洪水較大，對(duì)河床進(jìn)行了重新塑造；2014年以后同流量水位重新開(kāi)始呈現(xiàn)連續(xù)下降趨勢(shì)，累計(jì)降幅達(dá)到1.60m，初步分析原因?yàn)楫?dāng)?shù)夭缮橙鄙僖?guī)劃、過(guò)度開(kāi)采所致[4]。

圖2 鐵力水文站同流量水位過(guò)程線

4.2 河床橫斷面變化分析

根據(jù)鐵力水文站實(shí)測(cè)斷面資料，繪制歷年綜合橫斷面圖，借以分析斷面的沖於變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)所繪制的綜合橫斷面圖分析，鐵力站主槽斷面起點(diǎn)距20-100m變化較大，2008年以前變化不大，沖淤變化大體平衡，2013-2015年變化較為劇烈，以沖刷為主，河槽下切明顯，以起點(diǎn)距50m處最為嚴(yán)重，最大下切深度在3m以上；起點(diǎn)距120-150m處，1990年后下切，后期斷面變化不大，表明沖淤變化大體平衡。鐵力水文站歷年綜合斷面圖，見(jiàn)圖3。

圖3 鐵力水文站歷年綜合斷面圖

5 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)呼蘭河上游鐵力水文站附近河段河床演變規(guī)律進(jìn)行了粗略的分析與計(jì)算，得出河道內(nèi)局部采砂影響，造成河床局部下切，對(duì)水文監(jiān)測(cè)質(zhì)量影響不大。

建議河道管理部門結(jié)合呼蘭河鐵力水文站監(jiān)測(cè)斷面及其涉河建筑物分布情況，明確采砂區(qū)域，并進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃與布置。在保證防洪工程、跨河工程、水文測(cè)報(bào)設(shè)施正常運(yùn)行與安全，滿足水環(huán)境生態(tài)保護(hù)要求的前提下，規(guī)劃出可采區(qū)、保留區(qū)、禁采區(qū)，并在可開(kāi)采區(qū)規(guī)劃出可開(kāi)采范圍、深度、年度采砂控制總量等技術(shù)指標(biāo)。在維護(hù)河流、河勢(shì)穩(wěn)定的前提下，保證沿河水利工程、水文監(jiān)測(cè)設(shè)施的安全。