張 潮，陳建湘，汪衛(wèi)東

（長江中游水文水資源勘測局，武漢 430012）

1 基本情況

城陵磯（七里山）站位于湖南省岳陽市七里山，是洞庭湖的總出湖水量、沙量及出湖水質(zhì)的控制站。測驗河段較為順直，水位在28.50m以上左岸灘地漫水，灘地寬度約2km，斷面為單式河床，基本穩(wěn)定，略有淤積，斷面上游2km新建洞庭湖大橋，下游約3.5km為洞庭湖與長江匯合口。

城陵磯（七里山）斷面的水沙構(gòu)成主要是湘、資、沅、澧四水及長江的松滋、太平、藕池三口的來水來沙，另有汩羅江及新墻河注入，其中四水來水權(quán)重大于長江三口，而長江三口來沙權(quán)重大于四水。水位流量關(guān)系主要受洪水漲落和長江頂托的綜合影響，關(guān)系呈繩套形，采用連時序法整編定線。

2 分析研究目的和意義

洞庭湖區(qū)洪水一部分來自長江三口，一部分來自四水，還有一小部分來自于區(qū)間，由于洪源多，以及三口、四水洪水特性的差異，導致洪水組成復雜。三口洪水主要來自長江上游，峰型肥胖，歷時較長，汛期為5～10月，主汛期為7～8月；四水洪水峰型尖瘦，歷時較短，汛期為4～9月，主汛期為5～7月。

洞庭湖入湖沙量中，三口占80%左右，因此，三口來沙的變化直接影響到城陵磯（七里山）含沙量變化。城陵磯（七里山）最大洪峰通常出現(xiàn)在7～8月份，而最大沙峰一般出現(xiàn)在3～4月份，即最大流速及最大輸沙過程與四水，尤其湘江水沙情一致。

城陵磯（七里山）站多年來一直用光電沙檢測方式來布置含沙量測驗，年平均輸沙測次38次，含沙量測次達193次，測次多，且含沙量測驗時有盲目性，極易在年最大沙峰或次大沙峰時漏測或測次布置欠佳，同時導致測驗成本大。研究含沙量的變化趨勢，準確的捕捉年最大含沙量過程，不但能減少含沙量測次布置的盲目性，同時也提高了工作成效和成果質(zhì)量。

3 城陵磯年最大單沙過程與落差關(guān)系分析

在城陵磯（七里山）水位～流量關(guān)系單值化分析過程中，點繪鹿角站～城陵磯（七里山）站水位落差與城陵磯（七里山）站實測含沙量歷史資料（見圖1），發(fā)現(xiàn)洞庭湖出湖水道含沙量與鹿角站～城陵磯（七里山）站落差有比較穩(wěn)定的對應關(guān)系。

通過對2000～2010年鹿角站～城陵磯（七里山）站落差與城陵磯（七里山）站實測含沙量歷史資料分析（以2004年為例，見圖2），得到如下結(jié)論：

（1）洞庭湖出湖水道含沙量與鹿角站～城陵磯（七里山）站落差有比較穩(wěn)定的對應關(guān)系。

（2）當落差大于1m時一般會出現(xiàn)大于0.3kg／m3的含沙量。

（3）含沙量大于0.3kg／m3出現(xiàn)在水位級23～27m之間（依據(jù)城陵磯（七里山）站水位與實測含沙量關(guān)系圖）。

（4）城陵磯（七里山）站含沙量來源于湖底歷年泥沙淤積，且與流速大小相關(guān)。當每年2～4月洞庭湖來水，水流主要集中在湘江航道主槽內(nèi)，且上下游落差明顯偏大，導致洞庭湖出口水道流速較大，啟動湖底淤積形成沙峰過程。

4 含沙量測驗應用評估

4.1 含沙量測次布置原則

城陵磯站測站任務書含沙量測次布置要求見表1。

圖1 單沙～落差關(guān)系圖

圖2 2004年城陵磯（七里山）站單沙、落差逐時過程線對照圖

表1

依據(jù)測站任務書，因各年上游來水來沙情況的不同，每年測次數(shù)量不一，2000～2011年城陵磯站實測含沙量、輸沙率測次和年最大單沙出現(xiàn)月日統(tǒng)計見表2。

4.2 根據(jù)落差分析確定的含沙量測驗方案

（1）當水位漲落較快時，密切注意鹿角站～城陵磯（七里山）站落差變化，當出現(xiàn)落差大于1m時，及時增加輸沙、單沙測次。

（2）當水位級在23～27m之間時，密切關(guān)注鹿角站～城陵磯（七里山）站落差變化。

（3）輸沙率測驗期間，測次布置的增減應以當時實測的斷面平均流速大小進行調(diào)整。

（4）密切關(guān)注年初2～6月間湘陰水位站前幾次洪峰，若湘陰站水位陡漲，湘陰～城陵磯（七里山）落差迅速增大，將導致出湖水道流速迅速增大，沖刷湘江航道，形成年最大沙峰過程，需及時增加輸沙、單沙測次，捕捉沙峰，在湘陰～城陵磯（七里山）落差大于2m時需增加日測單沙次數(shù)、加測輸沙。

（5）當出現(xiàn)偶發(fā)秋汛時，同樣根據(jù)落差大小適時增加測次。

表2

4.3 2012年應用評估

2012年按以上確認的含沙量測驗方案監(jiān)測沙峰，3月2日8時至5日21時期間湘陰站水位從22.7m迅速上漲到25.4m，湘陰～城陵磯（七里山）落差從1.5m增大到2.8m，城陵磯（七里山）從3月2日湘陰轉(zhuǎn)漲時加測單沙1次，3月4日加測單沙1次，自3月5日起鹿角～城陵磯（七里山）落差大于1m、湘陰～城陵磯（七里山）落差大于2m，按照預案及時增加日測單沙測次、加測輸沙率，到3月13日鹿角～城陵磯（七里山）落差從1.9m的頂峰回落到1m以下，13日起即恢復到1～2天進行一次單沙測驗。

在年初幾次的暴雨產(chǎn)流中，及時關(guān)注到2月底3月初湘陰水位的陡漲和湘陰～城陵磯（七里山）站落差的迅速增大，提早預見到城陵磯（七里山）站年最大沙峰出現(xiàn)的可能性，應用本方案來捕捉沙峰過程，結(jié)合現(xiàn)場取樣沙重的判斷和湘陰、鹿角～城陵磯（七里山）站水位落差的變化趨勢合理布置單沙、輸沙率測次，減少了測次布置的盲目性，既節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時有效地提高了該站含沙量測驗成果質(zhì)量。

應用表明，2012年3月初的含沙量測驗，以合理的測次和分布，圓滿地收集到年最大含沙量的變化過程，其中3月8日10時40分為實測的年最大單沙0.540kg／m3。