枣庄市十字河悬移质泥沙规律分析

牛广东 王晓明

枣庄市十字河悬移质泥沙规律分析

牛广东 王晓明

在自然界中，流动的水都有一定的挟沙能力，水流侵蚀地面，冲刷河床，搬运输送泥沙，沉淀淤积的结果可使河床发生游移变迁，水库、湖泊容积减小，渠道、航道淤积阻塞，缩短水利工程的寿命，同时造成大量的水土流失，因此对河流泥沙规律进行研究具有重要的现实意义。按照泥沙运动状态的不同，可将泥沙分为床沙、推移质及悬移质三类。悬移质是被水流挟带，远离河床面，悬浮于水中，随水流向前运动的泥沙，一般粒径较小，这里仅对悬移质泥沙进行分析。

一、流域概况

十字河发源于山东省枣庄市东部山区，有北、中、南三条支流，其中北支和中支在山亭镇海子村上游1km处汇合，东支流在薛河村东汇合，干流流经山亭区、滕州市、微山县，注入微山湖。流域内50万m3以上的水库有石咀子、红石咀、满港等13处。1951年设立梁里流量站，1964年5月下迁3.5km，设立官庄水文站，1991～1997年停测，1998年设立柴胡店水文站开始观测，集水面积681km2，约80%为丘陵区，15%为浅山区，下游为平原区。上游大部分地区为沙石山，少部分为青石山和石灰岩。山区大部分为沙土地，小部分为壤土和粘土，约有500 km2为红土，160km2为黄土，其余为粘土和壤土。上游山丘区种植少部分树木，山坡有少量杂草生长，中下游地区种植农作物。

二、泥沙规律分析

影响流域产沙的因素很多，可分为自然因素和人类活动因素两方面。自然因素包括气候、地形、地质、土壤和植被等，它们的影响各不相同，其中以降雨、地形、土质和植被的影响最为突出。人类活动可以通过改变某些自然因素来改变侵蚀力和抗蚀力的大小对比关系，得到使水土流失加剧或者截然不同的结果。

河流泥沙都是从流域表面冲蚀而来的，流域表面的岩石风化物质是河流泥沙的主要来源。河流泥沙的矿物成分有氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化镁以及其他一些成分，其中以氧化硅为主要成分。

十字河多年平均含沙量为0.52kg/m3，多年平均输沙量9.2万t，实测输沙量全部来自流域产沙，产沙区域较均匀。

1.泥沙的时程变化规律

十字河属典型的山溪性河流，受降水影响，洪水常常暴涨暴落，含沙量具有明显的时程变化规律。平时河道内常常是含沙量为零的清水。雨季开始时，因流域表面土壤和岩石的风化物最多，径流将这些风化物大量带入河中，水到沙到，在短时间内即可出现含沙量的最大峰值；之后，随着洪水的消退，河流含沙量急剧减少，洪水过后往往又是清水。这一特点，造成了输沙量大部分集中在汛期的洪水过程中。

2.泥沙沿程变化

泥沙沿程变化受河流形态和水沙条件影响，同时也取决于沿程流域侵蚀、河道冲刷等情况。十字河上游降雨径流大、坡度大、植被覆盖情况较差，表面风化严重，泥沙相应多于下游区。另外，受河道拦蓄工程影响，下游沙量也有所减少。

3.泥沙的年际变化

十字河流域泥沙的年际变化较大，年输沙率变差系数Cv为1.45。十字河最大年平均含沙量2.48kg/m3，最小平均含沙量0kg/m3，实测最大年输沙量86.2万t，最小量为0，实测最大含沙量9.00 kg/m3，年际变化相差几百倍。

4.泥沙的年内变化

十字河输沙量年内分配极不均匀，多年平均汛期（6～9月）输沙量占全年输沙量的99.2%以上，其中7、8两月输沙量占全年输沙量的78.8%以上，其他各月含沙量很小。十字河多年平均汛期径流量占全年径流量的89.5%以上。所以，输沙量年内分配与径流量年内分配一致，且比径流量年内分配更为集中。

5.输沙模数

总输沙量除以流域面积即为输沙模数。即河流泥沙控制站以上流域一年内平均每平方千米流经控制站断面的输沙量。十字河流域上游山丘区是降水量、径流量的高值区，地形坡度陡，水流速度快，冲刷力强，具有较多的荒山秃岭，表层风化比较剧烈，因而输沙模数较大，为600～1000t/km2；往下游降雨、径流逐渐减小，地形坡度由陡变缓，植被情况优于上游山区，因而输沙模数有变小趋势，下游地区输沙模数小于300 t/km2。

6.单位含沙量与断面平均含沙量的关系

通过对1971～2016年191次实测单断沙资料的分析，点绘单断沙关系图，通过符号、适线、偏离值检验，均合格，标准差为9.7%。单断沙为1∶1的线性关系，关系稳定。

三、雨、水、沙关系

十字河为季节性河流，河流泥沙与降雨、径流有着密切的关系。

1.输沙与降水

从历年泥沙资料和降水资料对比分析来看，泥沙的年际变化和降水量的年际变化有很大的关系，降水量大且集中的年份，年输沙量就大，降水量小且分散的年份，年输沙量相对偏少。含沙量的时程分配与降水量的时程分配也是息息相关的。降雨强度的大小也会直接影响一次洪水泥沙的大小。

2.泥沙与暴雨洪水

通过点绘近几年的洪水过程线和含沙量过程线，可以发现：沙线与流量过程线涨落十分相似，含沙量与流量的时程变化具有一定的同步性，只不过沙峰出现时间比洪峰要提前，通过对历次洪水泥沙的分析，一般提前0.5～1.5h，由于河道拦蓄工程逐年增多，对洪水过程产生一定的影响，沙峰提前的情况已变得不是那么明显。另外，由于造成每次洪水的降雨强度大小不同，洪水前流域内风化物多少有别，因此径流量相同或相近的洪水，含沙量的大小往往相差较大。特别是入汛后第一场洪水，由于前期雨水较少，植被相对较差，土质疏松，含沙量较后继洪水要大的多。如99.6.15洪水，由于前期较为干旱，且河道刚经过整治，表层大部分为新鲜浮土，这种情况尤为显著。

四、结语

通过以上对十字河流域的泥沙分析，可见绿化植被、水土保持工作是十分必要的。要进一步探讨泥沙规律，以便采取有效措施减少水土流失量，减少河道、水利工程淤积，为流域综合治理、社会经济建设服务■

（作者单位：山东省枣庄市水文局277800）

（专栏编辑：张 婷）