周 蔚,陳雪芹,張飛珍

(杭州市水文水資源監(jiān)測總站,浙江 杭州 310016)

1 問題的提出

杭州市區(qū)河道引配水主要水源是錢塘江,受水區(qū)為運河杭州段和平原河網(wǎng)。自2000年起,實施河道綜合整治,通過新建、改建、維修等多種辦法,充分利用各類水利交通設(shè)施,實施河道配水,在短期內(nèi)有效地改善了市區(qū)河道水環(huán)境。為進(jìn)一步改善配水條件,2007年3月建成了三堡引水工程,大幅增加了主城區(qū)配水量,運河水質(zhì)發(fā)生顯著變化,也為運河兩側(cè)河網(wǎng)水質(zhì)的進(jìn)一步改善,提供了必要的條件(見圖1)。但是引配水同時也帶來一些負(fù)面影響,特別是在引水的同時也引來了泥沙,造成河道淤積,影響航運暢通。本文通過潮水含沙相關(guān)規(guī)律分析和實測泥沙資料分析2種方法,分析研究三堡配水通道出口處的平均含沙量情況。

2 錢塘江杭州段泥沙情況[1]

錢塘江河口的底沙和懸移質(zhì)沙均為細(xì)粉沙,一般中值粒徑為0.02～0.04 mm,分選良好,由于河床灘槽組成物質(zhì)經(jīng)過長期往返搬運分選,缺乏黏性顆粒,抗沖能力小,易沖易淤[1]。

錢塘江杭州段上游來沙很少,據(jù)蘆茨埠1956—1965年實測懸移質(zhì)含沙量資料統(tǒng)計,多年平均含沙量為0.197 kg/m3,多年平均輸沙率約500萬t。新安江、富春江水庫建成后,上游來沙量進(jìn)一步減少。

錢塘江杭州段的泥沙主要來自外海,一般具有小潮期含沙量低,大潮期和洪潮期含沙量高的特點。最大月平均含沙量出現(xiàn)在農(nóng)歷6—9月,全年最小含沙量多出現(xiàn)在11月至次年1月。

3 錢塘江三堡配水通道附近泥沙變化規(guī)律[2]

錢塘江無系統(tǒng)泥沙資料,杭州市水文水資源監(jiān)測總站于 2003年10—11月和2004年3—10月在七堡水文站實測了逐時含沙量變化過程,水樣取樣點設(shè)在錢塘江防洪堤外側(cè)約10 m處,收集的潮水?dāng)?shù)據(jù)系列完整,對分析三堡配水通道附近泥沙變化規(guī)律有一定的代表性。

以七堡斷面為例,錢塘江含沙量隨潮水漲落的規(guī)律主要有以下幾項。

圖1 運河(杭州段)水系示意圖

3.1 含沙量與潮位過程同步性

大中潮汛時,錢塘江七堡水文站處的含沙量在涌潮到達(dá)0.5 h后為最大,涌潮過后4.5 h出現(xiàn)最低值,之后隨著順流流速的增大,含沙量略有增大,從涌潮過后4.5 h至下一涌潮到達(dá)前這段時間內(nèi),實測平均含沙量為0.08～0.8 kg/m3。小潮汛含沙量及其變化較小,含沙量均在0.10 kg/m3以下。典型潮汐含沙量變化過程見圖2。

圖2 10月28日大潮汛含沙量過程變化圖

3.2 漲潮過程中最大含沙量與潮差關(guān)系

七堡站的漲潮潮差與實測最大含沙量的關(guān)系線見圖3。相關(guān)系數(shù)為0.95,關(guān)系式如下:

s=7.3711 H-4.0015

式中:s為最大含沙量(kg/m3);H為七堡站漲潮潮差(m)。

由此推算出七堡站漲潮潮差與最大含沙量的關(guān)系(見表1)。

表1 七堡站漲潮潮差～最大含沙量對照表

圖3 七堡站的漲潮潮差與實測最大含沙量的關(guān)系線圖

3.3 含沙量過程削減規(guī)律

以大中潮汛為分析對象,分析得出每次涌潮過后4.5 h左右出現(xiàn)的過程含沙量低值,為該次漲潮過程中最大含沙量的2%左右,含沙量衰減明顯。以后又隨著順流流量的增加略有增加,到下個涌潮到達(dá)前的這段時間里,平均含沙量約為該次漲潮過程中最大含沙量的2.6%。實測數(shù)據(jù)見表2。

表2 大中潮汛過程含沙量削減表 kg/m3

3.4 含沙量沿程削減規(guī)律

根據(jù)浙江省河口海岸研究所的相關(guān)研究結(jié)果表明,漲潮潮水含沙量沿程削減,從倉前至七堡,大潮汛時的最大含沙量削減率為50%,中潮汛的削減率為65%。從七堡至閘口,大潮汛時的最大含沙量削減率為68%,中潮汛削減率為75%。按削減比例,推算出七堡漲潮潮差與三堡最大含沙量(見表3)。

表3 七堡漲潮潮差～三堡最大含沙量對照表

4 三堡引配水含沙量

2009年三堡配水通道年實際配水量7.25億m3,年平均流量約23m3/s。

本文采用2種不同的方法分別計算2009年度三堡配水通道配水的含沙量情況。方法1采用七堡漲潮潮差與三堡最大含沙量對照關(guān)系以及過程含沙量削減規(guī)律推求三堡配水通道處的平均含沙量,再根據(jù)全年的配水總量求得全年由配水通道進(jìn)入運河的泥沙。方法2由實測泥沙資料分析三堡配水通道處的平均含沙量,根據(jù)全年的配水總量求得全年由配水通道進(jìn)入運河的泥沙。

4.1 方法1

根據(jù)錢塘江沿程含沙量過程削減規(guī)律,若嚴(yán)格按照配水方案執(zhí)行配水調(diào)度,每個潮期的配水過程平均含沙量約為此次漲潮過程中最大含沙量的2.6%,結(jié)合表3七堡漲潮潮差～三堡最大含沙量關(guān)系,可得出七堡不同漲潮潮差對應(yīng)的三堡配水過程平均含沙量(見表4)。

表4 七堡漲潮潮差～三堡配水過程平均含沙量對照表

對七堡不同漲潮潮差影響下三堡配水過程平均含沙量進(jìn)行加權(quán)平均,得出三堡配水通道處的平均含沙量為0.077 kg/m3,再根據(jù)2009年配水總量7.25億m3,即可推算出該年由配水通道進(jìn)入運河泥沙為5.58萬t。

4.2 方法2

2007年和2009年,為了摸清三堡配水通道配水后每年實際向運河輸送了多少泥沙,杭州市水文水資源監(jiān)測總站組織技術(shù)人員于配水期間在三堡輸水通道進(jìn)水口先后實測含沙量30余次。具體實測成果見表5。

根據(jù)實測資料分析三堡配水通道處的平均含沙量為0.079 kg/m3,再根據(jù)2009年配水量7.25億m3計算得可得,2009年由配水通道進(jìn)入運河泥沙為5.73萬t。

從2種方法的計算結(jié)果可以看出,計算的引配水含沙量非常接近,僅相差2.7%,今后相關(guān)生產(chǎn)部門均可以通過這2種方法推算出當(dāng)年由配水通道進(jìn)入運河泥沙含量。而二者有所差別的主要原因是方法1忽略了一些配水口門的沖刷和船只擾動的影響,是一種較為理想的狀態(tài)。

表5 2007,2009年泥沙實測成果表

續(xù)表5

5 結(jié) 論

(1)三堡配水通道自建成以來,每年為運河引配水約7.5億m3,極大地改善了運河的水環(huán)境質(zhì)量,發(fā)揮了巨大的生態(tài)效益。但是由于在引水的同時也將泥沙帶進(jìn)了內(nèi)河,應(yīng)引起高度重視。

(2)本文采用2種不同方法對2009年進(jìn)入運河的含沙量進(jìn)行推算,可供杭州市配水部門每年掌握泥沙輸入情況和運河航運交通部門疏浚工作參考。2009年全年向運河引進(jìn)泥沙5.67萬t,三堡輸水工程開通后,歷年入運河含沙量均可采用此方法近似推算。

(3)引配水對運河 (杭州段)的淤積分布情況及影響十分復(fù)雜,受到河網(wǎng)水力條件變化的影響,需另作專題研究。

[1]《浙江省錢塘江管理局、浙江省河口海岸研究所論文選編》編委會 .錢塘江管理局、浙江省河口海岸研究所論文選編.第1輯.上冊:1949—1998《錢塘河口叢書》之三[M].北京:中國水利水電出版社,2001.

[2]虞曉峰,毛堅.利用錢塘江水資源改善下沙水環(huán)境初探[J].浙江水利科技,2006(2):76-77.