浅析淮河干流水沙时空分布变化及来沙趋势预测

王韵哲

（安徽省淮河河道管理局，安徽 蚌埠 233000）

1 基本情况

淮河中游安徽段有鲁台子、吴家渡等主要水文测站。其中，鲁台子水文站位于淮河中游，在正阳关以下大约13km 处。正阳关位于淮河、颍河、淠河三条河流交界处，是淮河上游各路洪水的汇集地，涵盖了淮河上游水系90%以上的山区来水。因此，鲁台子水文站的水沙特性研究，对于开展淮河中上游的来水来沙特性研究具有重要的意义，也是淮河中上游河床演变相关研究的基础。吴家渡水文站处于蚌埠闸枢纽控制工程下游大约500m 处，是国家Ⅰ类水文站，属于淮河中游平原区的水文控制站，主要负责监测淮河干流蚌埠段过水流量；小柳巷站位于淮河干流安徽段出口位置，是淮河干流入洪泽湖的最后一个控制站。吴家渡站到小柳巷站区间河段内没有较大支流汇入，汇流量较小，因此，在本文研究中，该区间河段的径流量对于淮河干流的来水量具有较强的代表性。

1950 年以来，淮河的水沙条件及河床边界正逐年发生变化，突出表现为来沙大幅减少和主槽不断下切，以上变量的不断堆积，最终导致近年来淮河河岸失稳，并在局部区域形成崩岸，给淮河的防洪、航运及两岸农业工业的发展造成了很大的危害。针对上述现象及其引发的堤防安全、险段治理等问题，进行目前形态下的淮河水沙时空分析及来沙变化预测是极其重要和必要的。

2 研究方法

基于鲁台子及吴家渡长序列水沙实测资料，统计分析淮河中游水沙时空变化过程及特征值。运用R/S 分析法、累积距平法、M-K 分析法，诊断来沙序列的变异点等多种趋势分析工具，预测未来一段时期的水沙变化趋势。

3 水沙特性数据分析

3.1 水沙历史变化趋势

根据1950 年以来淮河中游主要测站多年平均径流量及多年平均含沙量和多年平均输沙量情况统计，各测站情况如下：

3.1.1 鲁台子站

根据鲁台子站从20 世纪50 年代至今水文资料显示，该站年径流量较为平稳，在各年代相差不大，多年平均径流量为211.5亿m³，总体呈随机变化特征。

1951—2015 年期间，该站多年平均输沙量约为785.3 万t，多年平均含沙量约为0.32kg/m³，输沙量与含沙量逐年下降，下降比率分别为29.85 万t/年及0.012kg·m-3/年，其中，1951—2000 年间，该站平均输沙量及平均含沙量随时间推移呈明显递减变化，2000 年后，该站含沙量稳定在0.10kg/m³左右，约为20 世纪50 年代的16.6%。

采用双累积曲线法点绘鲁台子站1951—2015 年逐年累积输沙量对径流量累积的关系可知，在研究时段，鲁台子站的输沙量和径流量双累积曲线的斜率逐年降低，1980 年左右，双累积曲线斜率发生较明显变化，2000 年后，双累积曲线的斜率趋于稳定，表明该站区域水沙搭配关系已趋向稳定。

3.1.2 吴家渡站

吴家渡站历年水文资料显示，该站多年平均径流量约为266.10 亿m³，在不同年代径流量总体相差较小，总体呈随机变化特征，无明显增加或减少趋势。1950—2015 年期间，多年平均输沙量约为827.02 万t，多年平均含沙量约为0.28kg/m³，呈逐年下降趋势，下降比率分别为23.324 万t/年及0.0077kg·m-3/年。

采用双累积曲线法点绘吴家渡站1950—2015 年逐年累积输沙量对径流量累积的关系可知，在研究时段，吴家渡站的输沙量和径流量双累积曲线的斜率逐年降低，20 世纪80 年代，双累积曲线斜率发生较明显变化，2000 年后，双累积曲线的斜率趋于稳定，表明该站区域水沙搭配关系已趋向稳定。

3.2 来沙序列变异点诊断分析

3.2.1 鲁台子站

（1）累积距平法

针对鲁台子站在1951—2015 年67 年间的年均来沙量，运用累积距平法进行突变分析计算，由计算结果可得，该站在20 世纪50 年代到70 年代中期时段内，年输沙量总体上随时间推移逐年上升；70 年代后期到80 年代中期时段内，年输沙量变化较为平缓，无明显增加或减少；80 年代以后，年输沙量开始呈下降趋势，其中，1984 年前后年输沙量呈现明显突变。

20 世纪50—70 年代后期，鲁台子站年含沙量总体呈上升趋势，尤其在1951—1980 年间，多沙期特征更为显著；1980 年以后，鲁台子站年含沙量开始呈下降趋势，其中，1981—2015 年间，鲁台子站少沙期特征较为明显，1980 年前后鲁台子站年含沙量呈现明显突变。

（2）M-K 分析法

运用M-K 突变点检验对来沙时间序列进行检验，对鲁台子站在1951—2015 年间来沙量变化进一步分析，绘制UFk 及UBk 曲线，分析结果表明，1970 年以前，鲁台子站输沙量呈现出持续增加的趋势，1970 年以后，鲁台子站输沙量在近几十年一直呈现出减少趋势，这与累计距平法得到的结论基本一致；根据UF 看曲线结果表明，在1975 年左右鲁台子站输沙量开始出现明显下降，因此鲁台子站输沙量应在1951—2015 年发生了突变，并且根据UFk 及UBk 曲线图像，判定突变应发生在1984 年前后。

3.2.2 吴家渡站

（1）累积距平法

针对吴家渡站在1950—2015 年68 年间的年均来沙量，运用累积距平法进行突变分析，该站在20世纪50 年代到70 年代后期时段内，年输沙量总体上随时间推移逐年上升，近30 年时间里，多沙期特征表现较为显著；80 年代以后，年输沙量开始呈下降趋势，1980 年前后，年输沙量呈现明显突变。

（2）M-K 分析法

运用M-K 突变点检验对来沙时间序列进行检验，对吴家渡站在1950—2015 年间来沙量变化进一步分析，绘制UFk 及UBk 曲线，分析结果表明，在1975 年左右鲁台子站输沙量开始出现明显下降，因此可以推测吴家渡站输沙量应在1950—2015 年发生了突变，并且根据UFk 及UBk 曲线图可以判定，突变应发生在1980 年前后。

3.3 未来来沙变化趋势分析

3.3.1 鲁台子站

利用R/S 分析法对鲁台子站输沙量及含沙量时间序列进行分析，预测该站未来来沙趋势，计算结果表明，输沙量及含沙量R2系数分别为0.97、0.96，输沙量Hurst 指数为0.8，含沙量Hurst 指数为0.65，可以推测出鲁台子站输沙量及含沙量在未来的一段时间内整体上都将呈现出下降趋势。

3.3.2 吴家渡站

利用R/S 分析法对吴家渡站输沙量及含沙量时间序列进行分析，预测该站未来来沙趋势，计算结果表明，输沙量及含沙量R2系数相同，为0.96，输沙量Hurst 指数为0.8，含沙量Hurst 指数为0.64，可以推测出吴家渡站输沙量及含沙量在未来的一段时间内同鲁台子站一样，总体上都将呈现出下降趋势。

4 结论

本文基于淮河干流鲁台子站、吴家渡站长系列水沙原型资料，采用累积距平法、M-K 突变分析法、R/S 分析法等常见水文统计方法对淮河干流径流量、输沙量、含沙量的演变特征进行系统分析，分析结果显示，整体上淮河干流年径流量长期波动较小，无明显变化，但输沙量整体上呈现下降趋势，在2000 年后逐渐趋于稳定。淮河干流的输沙过程总体上呈现较明显的阶段性特征，在20 世纪80 年代初期，输沙过程发生明显变化，1980 年之前输沙量相对较多，1985 年之后输沙量相对较少，因此可以推测，淮河流域在未来较长一段时间内，输沙量将总体上以下降为主，并将在一段时间内持续保持少沙期■