倪 晉

（安徽省水利科學研究院 安徽省水利水資源重點實驗室 蚌埠 233000）

1 前言

淮河中游歷來是淮河治理的重點和難點，分析總結(jié)河道沖刷淤積和演變的規(guī)律是現(xiàn)階段開展河道整治及行蓄洪區(qū)調(diào)整建設(shè)的需要。因此，計算河道沖淤的數(shù)量及其分布十分關(guān)鍵，目前根據(jù)實測資料分析淮河中游河道沖淤的途徑主要有兩種：一種是根據(jù)河道輸沙平衡分析法（簡稱輸沙量差法）；另一種是根據(jù)實測河道斷面，按幾何法（簡稱斷面法）直接計算河道泥沙的沖淤體積。

2 兩種方法簡述

2.1輸沙量差法

輸沙量差法主要是根據(jù)河段上下游兩水文測站實測的輸沙量和區(qū)間加入、引出沙量，利用物質(zhì)守恒定律，計算出輸入沙量和輸出沙量的差值，即為該河段的沖淤量。水文測站觀測的資料一般有水位、流量、含沙量、輸沙率等。計算公式為：

式中W1，W2分別為進出口站輸沙量；Q為流量；Cs為斷面平均含沙量；T為時間；S3為區(qū)間加入的泥沙量；S4為區(qū)間引沙量（包括灌溉引沙、分洪引沙、吸泥淤堤等）；Ws為沖淤量。

2.2斷面法

斷面法主要是利用河道布設(shè)測量斷面形態(tài)，將相鄰斷面間的幾何圖形近似為臺體或截錐體，通過比較斷面間容積的差異，可確定河段在相應(yīng)水位下兩測次間河道泥沙沖淤的體積，為反映不同流量級河道的沖淤情況，計算水位可分為主槽容積計算水位和總?cè)莘e計算水位（見圖1），具體步驟如下：

（1）根據(jù)實測各斷面灘唇高程，確定灘槽分界線。計算主槽容積時，只保留主槽部分地形（圖1中的陰影部分），灘地部分不參與主槽面積計算；

（2）根據(jù)河段灘唇高程，確定河段主槽容積計算水位Z主（略低于灘槽分界高程值）；

（3）根據(jù)河段設(shè)計水位，選定灘槽總?cè)莘e計算水位Z總（全斷面地形參與計算）；

（4）計算Z主、Z總對應(yīng)的主槽面積和河道總斷面面積；

（5）采用梯形公式計算相鄰斷面間河道容積：

式中：Su——上游斷面面積；

Sd——下游斷面面積；

L——相鄰斷面間距。

（6）采用兩測次河道容積差法計算河床沖淤量：

兩次容積之差即為沖淤量：

式中：V1——第一測次河道容積；

V2——第二測次河道容積。

（7）設(shè)ΔV1為Z主對應(yīng)條件下，兩測次河道主槽容積差值，ΔV1即為主槽沖淤總量；設(shè)ΔV2為Z總對應(yīng)條件下，兩測次河道總?cè)莘e之差，ΔV3為灘地沖淤變化體積，則：

3 誤差分析

作為計算河道沖淤量的兩種主要方法，輸沙量差法和斷面法有其各自的優(yōu)缺點，在計算河段沖淤量時也不可避免的存在一定的誤差。

3.1輸沙量差法誤差分析

輸沙量差法利用水文站實測的輸沙量計算河道沖淤量，無需進行專門的測量，計算簡單，且可計算任意時段的沖淤量，但該法不能獲得河道的斷面形態(tài)和沖淤量的分布情況。采用輸沙量差法計算淮河中游沖淤量的誤差主要來源于以下幾個方面:

①水文站測驗系統(tǒng)誤差?；春又杏嗡臏y站一般采用單斷沙的關(guān)系曲線或比例系數(shù)過程線推求懸移質(zhì)輸沙量。對于單斷沙關(guān)系良好或比較穩(wěn)定的測站，系統(tǒng)誤差應(yīng)小于5%。當河道內(nèi)的沖刷量或淤積量占來沙量的比例較大時，測量系統(tǒng)誤差對沖淤結(jié)果影響很小，但當相鄰兩站輸沙量相差不大時，計算沖淤量中的誤差可能會大于實際的沖淤。

②推移質(zhì)輸沙量。全沙輸沙率應(yīng)包含懸移質(zhì)和推移質(zhì)。目前淮河干流小柳巷站是唯一施測全沙的水文站，根據(jù)現(xiàn)有資料計算，懸移質(zhì)輸沙量占全沙輸沙量的95%以上，這說明淮河中游懸移質(zhì)輸沙量占全沙的比重遠大于推移質(zhì)輸沙率所占全沙的比重，本文計算未考慮推移質(zhì)輸沙，所引起的誤差應(yīng)在5%以下。

③未控區(qū)間來沙量計算誤差?；春又杏文嗌硿y站數(shù)量有限，無法控制較小支流來沙和區(qū)間產(chǎn)沙。以王家壩至魯臺子河段為例，未控區(qū)間面積占魯臺子站控制面積的15.6%，不考慮這一部分來沙必然使計算的淤積量偏大，如采用多年平均輸沙模數(shù)估算區(qū)間來沙，也可能與真實的區(qū)間來沙量值有所偏差。

④區(qū)間引沙量?；春又杏胃孛娣e廣闊，人口密集，它們在引水的同時也引出了沙量?；春又杏翁烊粡搅髁亢蛯崪y徑流量沿程變化的對比可以在一定程度上可以反映淮河中游區(qū)間引水量的大小。

⑤人工采砂?；春又杏尾糠趾佣问苋斯げ缮坝绊戄^大，特別是進入20世紀90年代之后，人工違禁采砂愈演愈烈，輸沙量差法無法反映人工采砂的影響，導致計算結(jié)果產(chǎn)生偏差。

3.2斷面法誤差分析

斷面法測量歷時較短，可獲得沖淤量的分布情況和河道斷面的形態(tài)。但斷面法測量難以準確計算任意時段的沖淤量。采用斷面法計算淮河中游沖淤量的誤差主要來源于以下幾個方面：

①斷面間距過大。由于梯形法適用于兩斷面之間的面積呈線性變化的情況，當河道布設(shè)的斷面間距過大，無法控制河道斷面的擴張和收縮或地形起伏變化時，將會給沖淤計算帶來偏差。

②斷面間距計算方法。淮河中游斷面間距是通過河道中心線斷面樁號來計算的，當兩個斷面間的交角過大時，采用這種方式計算出斷面間距可能偏大。

③河道布設(shè)測量斷面不固定。蚌埠閘以下河段1992年和2001年兩測次斷面不統(tǒng)一，偏角不一致，里程不一致，可能使兩測次之間的河道沖淤量計算產(chǎn)生偏差。

表1 1992～2001年吳家渡至小柳巷河段沖淤計算比較（+為淤，-為沖） 單位：×104t

④斷面截取的誤差。1999年斷面資料從河道等值線地形圖中截取也帶來了一定的誤差。

此外，輸沙量差法計算的結(jié)果為淮河干流河道、區(qū)間支流、行蓄洪區(qū)、洼地沖淤的總量，反映了一種綜合沖淤的情況；相比而言，斷面法計算結(jié)果僅反映了某一水位下干流河道的沖淤情況。

綜上所述，對于淮河中游河道沖淤的計算，無論采用輸沙量差法還是斷面法，都會產(chǎn)生一定的誤差。對比分析這兩種方法計算沖淤結(jié)果，可以更客觀地反映本河道沖淤幅度。

4 沖淤計算結(jié)果對比分析

根據(jù)河道特性和水文測站的布置可將淮河中游分為王家壩～魯臺子、魯臺子～吳家渡、吳家渡～小柳巷、小柳巷～中渡4段，并逐段分析河道輸沙平衡規(guī)律。根據(jù)實測斷面的分布等因素可將淮河中游河道段分為洪河口～正陽關(guān)、正陽關(guān)～蚌埠閘、蚌埠閘～洪山頭、洪山頭～老子山4段，并逐段計算河道灘槽沖淤情況。從計算的結(jié)果看，兩種方法得出的各河段沖淤特性基本上一致，即洪河口（王家壩）～正陽關(guān)（魯臺子）段為淤積，正陽關(guān)（魯臺子）～小柳巷（洪山頭）段為沖刷，入湖河段及湖區(qū)段為淤積，但兩種方法計算沖淤的數(shù)量卻存在不同程度差異。

現(xiàn)以吳家渡~小柳巷河段為例進一步分析。本河段總長94km，區(qū)間匯流面積較小，沒有較大支流入?yún)R，且在1992~2001年時間段內(nèi)，本河段范圍內(nèi)的各行洪區(qū)均未啟用，水沙運動被限制在河道主槽與灘地之內(nèi)。因此，兩種方法計算結(jié)果的差異不受未控區(qū)間來沙量計算誤差及計算范圍不一致的影響。

對比兩種方法的計算結(jié)果（見表1）可以看出，對于輸沙量差法而言，在1992~2001年時間段內(nèi)，吳家渡~小柳巷河段沖刷量為112×104t，而斷面法計算則沖刷1103×104t，輸沙量差法的計算值明顯小于斷面法的計算值，造成上述差異的主要因素是人工采砂。輸沙量差法的計算結(jié)果基本反映了河段自然沖淤的情況，而斷面法的計算結(jié)果包含了人工采砂的影響，反映了河段最終的變形量。

5 結(jié)論

第一，輸沙量差法反映了河段沖淤過程及時間變化，斷面法反映了河段沖淤的空間變化，兩種方法側(cè)重點不同。對于淮河中游河道沖淤的計算，無論采用輸沙量差法還是斷面法，都會產(chǎn)生一定的誤差。通過對比分析兩種方法沖淤計算結(jié)果，可以更客觀地反映淮河中游河道沖淤幅度。

第二，兩種方法得到的淮河中游各段沖淤特性基本一致，即洪河口（王家壩）～正陽關(guān)（魯臺子）段為淤積，正陽關(guān)（魯臺子）～小柳巷（洪山頭）段為沖刷，入湖河段及湖區(qū)段為淤積。

第三，輸沙量差法的計算結(jié)果基本反映了河段自然沖淤的情況，而斷面法的計算結(jié)果包含了人工采砂的影響，反映了河段最終的變形量。考慮到近期人工采砂量在每年千萬噸以上，應(yīng)加強對河道采砂的管理，同時加強河道斷面監(jiān)測，以較準確地反映人工采砂對河道變形的影響■