呼兰河上游河道采砂对铁力水文站监测影响分析

卢 昊，孙 鸿，卢 洋

(黑龙江省伊春水文局，黑龙江 伊春 153000)

1 自然地理概况

铁力(二)站位于黑龙江省铁力市铁力镇，是呼兰河上游主要控制站，属国家二类精度站，地理坐标为E128°01′，N46°58′，集水面积1838km2，断面以上河长95.3km，至河口的距离406km。流域平均坡降6.94‰，河底平均坡降7.36‰，河系形状略呈三角形。地处小兴安岭南麓与松嫩平原的过渡地带，东连小兴安岭，西接松嫩平原。流域上游多山地，下游属平原。流域地势东高西低，河流总的走向由东北流向西南，河道弯曲系数为1.85。呼兰河上游河床属冲淤性河床，流域植被较差，断面冲淤比较严重。

2 气象水文特征

2.1 气候特征

本区域属于中温带大陆性季风气候区,特点是春天来临较晚多大风，夏季较短而湿热，秋季降温快、霜来早，冬季寒冷而漫长。

历年平均气温为1.5℃，最冷月为1月，最热月为7月，历年月平均气温在21.6℃，风向以西南风为主。风力：年平均风速2.5m/s，为2级风；最大20.3m/s，为7级风(1971年4月21日)。平均无霜期120d。

本站历年平均降水量612.7mm，降水年内分布极不均匀，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%。这期间的降水是形成本区洪水、内涝的主要原因。最大月降水量主要发生在7月份，占年降水量的27.2%。3-5月份的降水量仅占年降水量的13.5%，易出现春旱[1]。

2.2 水文特征

2.2.1 径流特征

本站地处中温带大陆性季风气候区，水文要素在年际和年内的变化差异大。年径流深在100-650mm，历年平均径流深为256.2mm，历年平均径流量为5.163×108m3，径流的年内分配和年际变化都存在较大差异。夏汛洪水发生在6-9月，以7-8月出现次数为最多，约占总数70%，多因局部暴雨或全流域降雨所产生。

2.2.2 洪水特性

洪水包括春季凌汛洪水和夏汛洪水。春季凌汛发生在4-5月，主要由融雪径流所形成。凌汛水位有时高于夏汛水位，成为本年最高洪水位。夏汛洪水发生在6-9月，以7-8月出现次数为最多，约占总数70%，因局部暴雨、大暴雨或全流域降雨均能产生较大洪水。呼兰河铁力站属多雨地区，降水量为全省高值区，易出现山洪。

由于呼兰河上游属山溪性河流，洪水涨落变化急剧，涨洪历时一般为60h，落洪历时一般为150h，洪峰滞留时间约为2-3h，水位最大涨率0.48m/h[2]。

2.2.3 泥沙特性

呼兰河干流河漫滩主要为透水性较好的砂砾石覆盖，厚度10-15m。呼兰河干流左右岸均由级配不良的粗砂组成，透水性强，土层分布一般地表有0.5-1.0m的可塑性低液限黏土，下层为级配1.0-2.0的粗砂，其下为级配不良的粗砾，粗砾埋藏较浅。

由于流域植被较差，水流泥沙含量较高。铁力站多年平均输沙量5.68万t，年最大输沙量19.5万t(1985年)，年最小输沙量0.57万t(2002年)；多年平均输沙率2.09kg/s，年最大输沙率10.8 kg/s(1994年)，最小输沙率0.18 kg/s(2002)；多年平均含沙量95.3g/m3，年最大含沙量为540g/m3(1996年)，年最小含沙量7.02g/m3(2002年)。

根据铁力站输沙率资料点绘逐年流量、输沙率过程线，通过对比分析可以看出该河段历年来水来沙比较相应，即水大沙大，水小沙小。1985年和1988年两年情况比较特殊，与常规情况恰好相反。1985年流量最大，输沙率却很小，为大水少沙年；1988年流量较1985年小，而输沙率却很大，属中水高沙年，其原因主要是降水成因及降水时空分布不均所致。铁力水文站平均流量、输沙率过程线，见图1。

图1 铁力水文站平均流量、输沙率过程线

3 河流稳定性评价

3.1 第1造床流量

所谓第1造床流量也就是平滩流量，是指造床作用与多年平均流量过程的综合造床作用相当的1个流量。当水流平滩时，主流限制在主槽之内，水流和断面形态相适应，造床作用最大，所以用平滩水位相应的流量做为第1造床流量。

呼兰河铁力水文站，监测河段较为顺直，顺直长度约为200m，属窄深式单式河槽，中高水主槽宽度100m以上。根据出槽水位综合高水延长水位流量关系曲线确定平滩流量，呼兰河铁力站平滩流量即第1造床流量为135m3/s，相应水位为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，仅对塑造枯水河床有一定的作用。呼兰河铁力水文站多年平均流量即第2造床流量为14.5m3/s，相应水位205.77m[3]。

4 呼兰河铁力站监测断面附近河道演变趋势

4.1 河床纵向变化分析

根据铁力水文站历年水位及流量资料，点绘1993-2017年同流量水位过程线(包括枯水流量)，点绘时选取的流量分别为第2造床流量14.5m3/s和第1造床流量135m3/s。铁力站同流量水位过程线，见图2。

从图2可以看出：铁力站第1、第2造床流量对应水位历年变化趋势基本相同。1986年以前水位变化趋势下降，但高于历年平均值；1986—2010年同流量对应水位总体下降，趋势不很明显，总体低于各级流量对应的平均水位；2011年以后，第1造床流量对应水位基本持平，而第2造床流量对应水位下降明显，每年下降幅度约0.30m。通过分析表明河段冲於变化以冲刷为主，同流量水位总体呈下降趋势。由于2013年洪水较大，对河床进行了重新塑造；2014年以后同流量水位重新开始呈现连续下降趋势，累计降幅达到1.60m，初步分析原因为当地采沙缺少规划、过度开采所致[4]。

图2 铁力水文站同流量水位过程线

4.2 河床横断面变化分析

根据铁力水文站实测断面资料，绘制历年综合横断面图，借以分析断面的冲於变化规律。通过对所绘制的综合横断面图分析，铁力站主槽断面起点距20-100m变化较大，2008年以前变化不大，冲淤变化大体平衡，2013-2015年变化较为剧烈，以冲刷为主，河槽下切明显，以起点距50m处最为严重，最大下切深度在3m以上；起点距120-150m处，1990年后下切，后期断面变化不大，表明冲淤变化大体平衡。铁力水文站历年综合断面图，见图3。

图3 铁力水文站历年综合断面图

5 结论与建议

通过对呼兰河上游铁力水文站附近河段河床演变规律进行了粗略的分析与计算，得出河道内局部采砂影响，造成河床局部下切，对水文监测质量影响不大。

建议河道管理部门结合呼兰河铁力水文站监测断面及其涉河建筑物分布情况，明确采砂区域，并进行科学合理的规划与布置。在保证防洪工程、跨河工程、水文测报设施正常运行与安全，满足水环境生态保护要求的前提下，规划出可采区、保留区、禁采区，并在可开采区规划出可开采范围、深度、年度采砂控制总量等技术指标。在维护河流、河势稳定的前提下，保证沿河水利工程、水文监测设施的安全。