基于松花江干流河道水沙二相性及演变规律

周光涛

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)



基于松花江干流河道水沙二相性及演变规律

周光涛

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

摘要：水沙的二相性是河道水流的第一特性，在水沙二相流中，沙与水的关系存在必然性和偶然性。研究松花江干流主要观测站的流量过程和泥沙规律，进而分析松花江干流水沙二相性中的必然性，探索作为预测松花江河道演变的途径之一。

关键词：水沙两相性；泥沙规律；必然性；河道演变

对河流而言，水沙的二相性是河道水流的第一特性。在水沙二相流中，沙与水的关系存在必然性和偶然性，而河道演变过程与水沙运动有直接的联系。通过研究松花江干流河道内主要控制断面的流量过程和泥沙规律，进而分析水沙两相关系中的必然联系，及与河道演变之间关系，以期作为未来探索预测河道演变发展的途径之一。

1研究利用资料情况

松花江干流属少沙河流，以往实测泥沙资料较少。松花江干流具有长系列泥沙资料的断面有哈尔滨、通河和佳木斯3个水文站断面。其中哈尔滨站具有1955年以来、通河站具有1957年以来、佳木斯站具有1954年以来长系列泥沙和流量观测资料。

各站泥沙测验项目主要为悬移质输沙量观测，测验采用横式采样器使用面积点法或定比混合法取样；悬移质输沙率测验与测流同时进行；各站没有推移质输沙量资料。

2年际水沙同步性规律研究

统计分析哈尔滨站、通河站和佳木斯站历年泥沙资料，各站统计成果见表1。年平均流量与平均输沙率过程线见图1、图2和图3。

表1　各站泥沙特性统计成果表

悬移质输沙量的年际变化比较大，哈尔滨站年输沙量最大值为1170×104t(1998年)，最小值为152×104t(1979年)，最大值与最小值之比为7.7；通河站年输沙量最大值为2700×104t(1994年)，最小值为229×104t(1979年)，最大值与最小值之比为12.8；佳木斯站年输沙量最大值为3970×104t(1994年)，最小值为211×104t(1979年)，最大值与最小值之比为18.8。

图1　哈尔滨站年平均流量与年平均输沙率过程线

图2　通河站年平均流量与年平均输沙率过程线

图3　佳木斯站年平均流量与年平均输沙率过程线

由图1至图3可以看出，松花江各段这些年的冲淤变化多数年份规律一致，基本上是水大沙大，水小沙小；1985年三站均为中水中沙年，1979年均为小水小沙年，1971年均为小水大沙年；1998年和1987年水量和沙量均很大，为大水大沙年。

3年内水沙同步性规律研究

选择1964年、1971年、1979年、1985年和1998年为典型年，分析各年输沙量的年内变化情况，见图4、图5和图6。

图4　哈尔滨站典型年输沙率过程线

图5　通河站典型年输沙率过程线

图6　佳木斯站典型年输沙率过程线

由图4至图6可以看出，悬移质输沙量的年内分配与水量的年内分配基本一致，一般集中在汛期，尤其是7月份、8月份，并且沙量比水量更为集中。哈尔滨站1998年大水年输沙主要集中在汛期，占全年输沙量的76%，而其他典型年输沙均在畅流期，各月分配无明显规律。通河站及佳木斯站小水小沙年输沙在畅流期，各月分配较均匀，其他典型年输沙主要集中在6月～10月份占全年输沙量的81%～98%。

通过以上分析说明松花江干流河道水沙运动存在一定的必然性，两者的变化存在一定的一致性，水大沙大，水少沙少。由水的变化一定程度上能够反映沙的变化情况。

4水沙与断面演变规律研究

河流是水流与河床在地球物理诸因素及人类活动的影响下交互作用的产物，在水流与河床交互作用的过程中，泥沙起着纽带作用，以哈尔滨水文站断面近年来的冲淤变化分析水沙两相对河道冲淤变化影响。选择1996年、1998年、2003年、2005年和2010年实测断面为典型分析冲淤变化，见图7。由哈尔滨站降雨差积曲线分析来水来沙情况，见图8。

图7　哈尔滨水文站测流断面历年实测横断面图

图8　哈尔滨站年降水差积曲线图

由图7可见，哈尔滨站1999年之前各年断面均具有不同程度的冲刷和淤积，且主要发生在主槽，冲淤基本平衡，断面面积整体变化不大；而2000年哈尔滨进行上坞外滩清淤，水文站断面过水面积增大较多。

对比图7和图8，在无人为因素影响下，2000年至2002年小水小沙年，河道变化不大，略有淤泥；2003年、2004年为小水大沙年，断面主槽有明显淤积，断面面积减小；2004年～2010年间，水沙出现小水大沙年和大水小沙年，几年下来冲淤平衡。

由以上分析可见，哈尔滨站断面水沙两相与河道冲淤变化、河道演变有十分紧密的联系。

5结语

通过对松花江干流哈尔滨站、通河站和佳木斯站三个典型断面研究表明，河道水沙两相性比较显著，年际、年内变化规律性明显，水沙变化直接影响河道冲淤和河势演变。在现状松花江泥沙资料缺乏的条件下，可通过河道内流量情况分析预测来沙情况和河道断面的变化情况，作为探索预测松花江河道演变的途径之一；同时也可对工程设计和建设起到一定的支撑作用。

参考文献：

[1]张瑞瑾.河流泥沙动力学[M].武汉水利电力大学，1998.5.

[2]中华人民共和国水利部.DL175105—1999泥沙设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，1999.

[3]杨冬玲.大唐黑龙江核电项目初步可行性研究阶段水文调查分析研究与水资源分析论证专题报告[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2010.

文章编号：1007-7596(2016)04-0089-03

[收稿日期]2016-04-12

[作者简介]周光涛(1979-)，男，山东蓬莱人，高级工程师，现任本院规划处处长。

中图分类号：TV142

文献标识码：A