西苕溪泥沙变化调查与分析

卢七召,朱备华

(1.湖州市水文站,浙江 湖州 313000;2.长兴县水利局,浙江 长兴 313100)

1 西苕溪泥沙成因与监测

1.1 西苕溪概况

西苕溪是苕溪水系的主要河道,位于浙江省的西北部,主流西溪,发源于天目山北麓安吉县的大沿坑,东北流经杭垓镇至赋石水库,出库后流至皈山与南溪汇合后称西苕溪。经塘浦右纳大溪、浒溪,经安城东北流至梅溪镇左纳浑泥港,东北流至小溪口进入长兴县。东流过港口站至目山进入湖州市吴兴区,至水桥分两支,20世纪90年代治太工程实施后,主流入旄儿港。另一支西苕溪古道至杭长桥与东苕溪导流港汇合,连环城河至湖州白雀塘桥,东西苕溪汇合称苕溪,经长兜港、小梅港入太湖。西苕溪自源头至白雀塘桥长139 km,总集雨面积2 268 km2。

1.2 港口水文站概况

港口站是西苕溪的区域代表站,1997年从上游范家村站下迁新设。范家村站设于1952年,地点在长兴县和平镇沈家里村,集水面积1 940 km2,测验项目有降水、水位、流量、泥沙、水质等;由于测验河段挖沙,1997年下迁3 km新设港口站,地点为长兴县和平镇港口村,东经119°51′,北纬 30°51′。新老港口站中间无支流汇入, 经水位同步比测,平水时水位基本一致,洪水时范家村高于港口村并可通过换算衔接。范家村站下迁增大汇流面积30 km2,仅占该站集水面积的1.5%,所以在一般情况下,2站径流、泥沙资料可连接应用,此文中资料应用亦是如此。

1.3 西苕溪泥沙成因

(1)水土流失。水土流失是河道泥沙的主要来源,西苕溪上游的支流源短流急,又是省内暴雨中心,港口站以上1 970 km2汇流面积,山区面积约占80%,山区坡度大、人类活动如开垦、水利、水电、交通等工程建设,破坏地面植被造成水土流失。

(2)黄砂开采。西苕溪上游黄砂储量丰富,且砂质好,安吉县黄砂开采历史悠久,是湖州市黄砂建材主要外销县,随着大型采砂工具的应用,黄砂开采规模、数量、速度大大提高,平均每年开采量超过100万t,且开采量已经超过补给量,现在西苕溪控砂主要集中在塘浦至横塘村河段。

(3)航运。湖州河道纵横密布,水运资源丰富。目前西苕溪是四级航道,航运频繁,船只的动力和载重量(500～800 t)越来越大,吃水深度也随之增大,行船时河道底泥会被掀起,特别是枯水期更为明显。

(4)水冲石矿排沙。西苕溪沿岸石矿资源丰富,随着国民经济发展,湖州、嘉兴、苏州、上海等周边大中型城市对建材石料的需求量越来越大,自2000年起要求石子在制造过程进行冲洗,由此而产生大量的泥沙排入河道。

1.4 西苕溪泥沙监测

泥沙测验包括悬移质、推移质数量和颗粒级配监测。20世纪50—70年代,西苕溪干流和主要支流都进行了长期的泥沙监测,上游南溪老石坎站与西溪潜鱼站分别测于1956—1960年和1956—1972年,后因建库而停测,浑泥港禹步街站与西苕溪横塘村站分别测于 1971—1986年和1971—1976年,由于站网调整而停测,目前西苕溪港口站泥沙监测从范家村站1956年连续至今,是西苕溪惟一保留的泥沙监测站。

2 西苕溪泥沙变化调研、监测与分析

2.1 西苕溪历年泥沙变化分析

为了探讨西苕溪泥沙变化规律,我们以港口站为代表,绘制了历年降雨、径流、泥沙变化过程线如图1所示。从图中可看出,降雨、径流变化比较一致,径流与沙量关系则不尽协调。含沙量变化大致可分为3个阶段,20世纪60—70年代为多沙期,年均含沙量大都在多年平均线0.107 kg/m3(1956—2000年系列)以上;80—90年代为低沙期,年均含沙量大都在多年平均线以下;进入21世纪,沙量逐年呈上升趋势,特别是2004—2007年接近、超过多年平均的2倍。

20世纪60—70年代的多沙,主要原因是20世纪50年代末60年代初政府号召山区开荒耕种,山地植被遭破坏,水土流失;70年代老石坎、赋石2大型水库建造和一批中小型水库建设及河道挖砂等。随着国民经济的好转,水土保持工作逐步得到重视,特别是进入改革开放的80年代后,安吉县发展旅游业,建设生态县,全县生态环境明显改善;从而使这一年代(80—90)的含沙量减少。但到2000年后,该河段沙量逐年增多,2004—2007年平均含沙量分别是0.217,0.198,0.165,0.210 kg/m3,比多年平均增大了近1倍,经初步调查与沿岸水冲石矿排沙有关。

图1 港口站1956—2007年降水、平均流量、含沙量系列对比图

2.2 西苕溪泥沙变化调研与监测

(1)水冲石矿用水、排沙调查。2001年11月,湖州市水政监察支队与湖州市水文站联合进行东、西苕溪沿岸水冲石矿用水及排沙的随机抽样调查监测(东、西苕溪各调查5矿),每1万t石子用水12 342m3,排泥沙量460 t。

(2)测站附近石矿调查。2004年12月17日湖州市水文站对港口测站附近的水冲石矿进行了调查,监测断面上游200m范围建有施家村、陈家山水冲石矿,月产石子各为3万t。2004年5月陈家山建筑石矿上迁约2 km扩建投产,多的月份产石子8万t,含泥量甚高的面层石料也充分利用,泥沙量增多。

图2 西苕溪沿程含沙量变化过程线图

(3)西苕溪沿程泥沙监测。在港口站以上西苕溪沿程8 km范围自上而下增设了吴山大桥、吴山渡、白果树3处辅助泥沙监测断面,自2006年8月至2007年12月进行了22次同步监测,其中有枯水期、平水期,也有2007年9—10月的高水期,包含了多沙期,也包含了少沙期,时空分布具有代表性。监测成果表明,4个监测断面泥沙变化趋势基本一致,22次平均含沙量吴山大桥、吴山渡、白果树、港口站分别为0.162,0.140,0.155,0.150 kg/m3,与港口断面比较,差值分别为8.0%、-6.7%、3.3%(见图2)。沿程监测成果说明西苕溪泥沙增多是大范围的,港口站含沙量测验成果仍能代表西苕溪的沙量变化。

3 西苕溪泥沙增多主要成因

3.1 水冲石矿排沙

2000年后,石矿生产的石子必须冲洗才能进入市场,与此同时西苕溪含沙量逐年增多。至2007年底西苕溪沿岸水冲石矿44家,年产石子2 095万t,按2001年11月水冲石矿用水、排沙调查监测成果计算,西苕溪沿岸水冲石矿排沙将达96.37万t,据港口站泥沙监测成果计算约3/4沉入河底,1/4成为悬浮泥沙,使西苕溪的含沙量成倍增多。

进一步分析近4 a含沙量的时空变化,春节期间 (一般为节前10 d至节后20 d)是1 a含沙量最少的时期,平均含沙量仅为全年平均含沙量的13%～33%,其原因为春节期间石矿放假停工不排沙,航运量也骤减,充分说明水冲石矿排沙对西苕溪含沙量的影响程度。

3.2 西苕溪泥沙变化的预测

2008年以来,湖州市加大矿山整治力度,推进减点减量,做好除尘减排,全面推行绿色矿山建设。长兴县范围内在西苕溪沿岸的水冲石矿有27家,年开采总量1 437万t,占西苕溪沿岸石矿总开采量的68.6%;2010年前关闭50%的建筑石矿,并要求2010年前95%的矿山必须采用中深孔爆破开采新技术,控制对水环境的排沙污染。预计经过5 a的努力,西苕溪的含沙量可恢复至2000年前的水平。

4 结论与建议

(1)近几年港口站含沙量倍增,通过1 a多时间的西苕溪沿程泥沙同步监测和调查分析,证实沿岸水冲石矿排沙是主要成因,港口站泥沙测验成果仍能代表西苕溪河道泥沙变化状况。

(2)港口站泥沙监测是目前西苕溪惟一保留的泥沙监测项目,它是探讨西苕溪泥沙变化规律、反映西苕溪上游水土保持和入太湖沙量的主要依据,且1956年连续观测至今,沙样的采集、处理、整理、计算都符合部颁水文测验、资料整编规范,特别是在西苕溪泥沙发生变化的状况下,保留、加强该站的泥沙监测是非常必要的。

(3)此次西苕溪沿程泥沙变化同步监测的范围有限,在条件许可时可在横塘村、梅溪、杨家埠增设辅助监测断面,开展为期1 a、每月1～2次的西苕溪全程泥沙变化监测,为水资源的合理开发利用提供优质的水文资料。