淮河中游河道水动力数学模型及应用
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1.4 水沙特性

淮河干流上游息县站以上集水面积占吴家渡以上集水面积8%,径流量占吴家渡径流量的15%;北部支流洪汝河、沙颍河及涡河各入淮主要控制站以上集水面积总和占吴家渡以上集水面积的51%,径流量总和占29%;南部支流史灌河、淠河各入淮控制站占吴家渡以上集水面积的8%,径流量总和占20%。从吴家渡站的来水组成来看,南北主要支流集水面积相差43%,而径流量仅相差9%。

淮河中游径流量主要集中在汛期,约占年径流总量的60%,其特点是季节径流变化大,最大最小月相差悬殊、北部集中程度高于南部等特点。最大月径流占年径流量的比例在18%~35%之间,出现时间以7月居多。最小月径流占年径流量的比例一般为1.2%~2.6%,出现时间以1月居多。

淮河中游输沙主要集中在汛期,其输沙量占年总量60%~80%。最大最小月输沙量相差悬殊,最大月输沙占年输沙的比例一般为28%~47%,出现时间以7月居多,而最小月输沙占年输沙的比例一般不到1%,出现时间以1月居多。

淮河中游径流量的年际变化的总体特征表现在最大与最小年径流量倍比悬殊,年径流变差系数大,年际丰枯变化频繁。淮河中游大部分水系最大与最小年径流量的比值一般在4~30倍,年径流变差系数的变幅在0.32~0.86之间。地区上的分布特点为南部小于北部,山区小于平原。含沙量最大最小年的比值一般在37倍以上,变差系数在0.48~0.6之间;输沙量最大最小年的比值一般在140倍以上,变差系数在0.73~1.21之间。

统计分析淮河中游主要测站自1950—2009年间不同年代径流量各年代平均值,淮河中游各测站历年水量变化过程为波动变化的随机过程。从吴家渡站径流量的各年代平均值排序来看,20世纪50年代最丰,以后依次为80年代,2000年以后,60年代,70年代,90年代。

综上所述,淮河中游水沙时空分布不均,年际变化大,南北支流差异大、径流量主要集中在汛期,输沙量较径流量更为集中;径流量无明显增加或减少的趋势,含沙量和输沙量呈显著减少趋势。淮河中游各段河道水沙特征详情如下[3]

1.4.1 王家坝至鲁台子段河道

根据王家坝站和鲁台子站实测水沙资料统计出本河段径流和泥沙特征值,见表1.4-1及表1.4-2。从表中可以看出,本河段径流量年际变化大,鲁台子站1956年的径流量为1966年的15倍,这种年际变化反映到输沙量上则更为突出,鲁台子站1964年的输沙量为2001年的147倍。

表1.4-1 王家坝至鲁台子段径流特征值

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表1.4-2 王家坝至鲁台子段泥沙特征值

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1.4.2 鲁台子至吴家渡段河道

鲁台子水文站集水面积88630km2,控制了本河段进口的水沙条件,吴家渡水文站集水面积121330km2,控制了本河段出口的水沙条件。根据鲁台子站和吴家渡站实测水沙资料统计出本河段径流、泥沙特征值见表1.4-3及表1.4-4。从表中可以看出,鲁台子站径流量占吴家渡站的80%,输沙量占吴家渡站的97%,本河段水沙主要来源于鲁台子站以上河段,区间所占比重相对较少。

表1.4-3 正阳关至吴家渡段径流特征值

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表1.4-4 正阳关至吴家渡泥沙特征值

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本河段径流量年际变化大,鲁台子站1956年的径流量为1966年的15倍,这种年际变化反映到输沙量上则更为突出,鲁台子站1964年的输沙量为2001年的147倍。图1.4-1为鲁台子站、吴家渡站多年月平均径流量和输沙量值,由图可知,本河段水沙年内分配极不均匀,水沙输送主要集中在汛期,汛期6—9月的径流量占年总量的62%左右,输沙量占年总量的75%左右。

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图1.4-1 鲁台子站、吴家渡站多年月平均径流量和输沙量

文献[3]利用逐年代统计、指数平滑及聚类分析三种方法分析了鲁台子、吴家渡两站(1950—2007年)径流、泥沙变化趋势,得出:在径流量未出现显著增大或减少的情况下,两站含沙量与输沙量均呈明显下降的趋势,从1995年起,降低的趋势开始减缓,在最近十几年内鲁台子站年均含沙量基本维持在0.13kg/m3,年均输沙量基本维持在237万t;吴家渡的年均含沙量基本维持在0.17kg/m3,年均输沙量基本维持在450万t。与1950年代相比,减少了7成以上。

1.4.3 吴家渡至洪泽湖出口段

不考虑测站未控区间的来水来沙,以淮河干流小柳巷、怀洪新河峰山、徐洪河金锁镇、池河明光、新汴河团结闸、老濉河泗洪、濉河泗洪等测站的水沙资料来初步分析洪泽湖多年平均来水来沙组成。以三河闸、二河闸和高良涧站的水沙资料来初步分析出湖水沙的分配。为避免系列不同步给统计造成的误差,统一采用1983—2005年的资料系列分析洪泽湖入出湖多年平均径流量和输沙量。计算中对缺测的资料进行了相关的插补,具体结果见表1.4-5及表1.4-6。

表1.4-5 洪泽湖多年平均入湖水沙分布

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表1.4-6 洪泽湖多年平均出湖水沙分布[3]

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从表1.4-5可以看出,1983—2005年洪泽湖多年平均年入湖水量314.28亿m3,其中淮河干流(以小柳巷站计算)多年平均年来水量为271.80亿m3,占洪泽湖总入流的86.5%。同期洪泽湖多年平均年入湖沙量653.42万t,其中淮河干流(以小柳巷计算)多年平均年来沙量为559.39万t,占洪泽湖总来沙的85.6%。以上分析知进入洪泽湖的水沙主要来源于淮河干流。

从表1.4-6可以看出,1983—2005年洪泽湖多年平均年出湖水量287.89亿m3,其中淮河入江水道(以三河闸计算)多年平均年出湖水量为173.00亿m3,占洪泽湖总出流的60%。同期洪泽湖多年平均年出湖沙量326.20万t,其中淮河入江水道(以三河闸计算)多年平均年出湖沙量为228.58万t,占洪泽湖总出沙的70%。以上分析知洪泽湖六成以上的水沙通过三河闸泄入长江。