长江上游卵石推移量的年度分配及因采石导致的减少情况

1.卵石推移质输移量的实测值

20世纪60年代以来，先后在长江上游干流朱沱、寸滩、万县、奉节、宜昌等站进行卵石（粒径大于10mm）推移质测验，分析各站历年实测资料并取得如下认识。

（1）长江上游干流各站卵石年推移量的多年平均值均为数10万t左右，朱沱至寸滩略有减小，寸滩至宜昌沿程增加（表2-11）。

表2-11　长江上游各站卵石的年输移量　单位：万t

（2）宜昌站卵石年输移量约为奉节站的两倍，说明三峡河段区间的卵石补给量较大。

（3）卵石输移量的年内分配为，多数测站卵石输移量集中在汛期5～10月，枯水期输移量很小。但位于瞿塘峡口的奉节站因汛期受其下游峡谷的壅水作用，卵石输移量仅占全年的22.4%；枯水期壅水作用消失，12月与1月的卵石输移量占全年的60%（表2-12）。

表2-12　长江上游各站卵石推移量的年内分配

（4）各测站卵石输移量的年际变化幅度主要取决于各年来水量与来水过程，以及所在河段的河床形态。朱沱、万县站断面呈“V”形，主泓集中，断面流速随来水大小不同而有较大差别，因而卵石输移量年际变幅较大，最大与最小年输移量比值分别为11.4和17.3；寸滩和奉节站汛期分别受其下游的铜锣峡和瞿塘峡的峡谷壅水影响，断面流速随各年来水不同的差别相对较小，因而卵石输移量年际变幅相对较小，最大与最小年输移量比值分别为3.8和2.6。

（5）测站卵石年输移量还受到所在河段开采卵石建筑骨料的明显影响^[5]。比较各站累积年径流量与累积卵石年推移量关系线，可见寸滩站的关系线从1981年以后明显左曲，朱沱站从1991年起卵石输移量也系统减小（图2-9）。表2-13也说明朱沱、寸滩站卵石输移量均有明显减小趋势。据实地调查，1993年寸滩站所在的干流河段平均每公里年开采卵石量达0.64万t。重庆市主城区河段大规模采砂石骨料始于20世纪80年代初，朱沱以上河段大规模采砂石骨料始于80年代末，朱沱、寸滩站卵石输移量开始明显减小的时间与所在河段开始大规模采砂石骨料的时间基本一致。由此说明，朱沱、寸滩站卵石年输移量减小与所在河段开采卵石建筑骨料有关。

图2-9　各站累积年径流量与累积卵石年输移量的关系

2.应用岩矿分析法计算卵石输移量

表2-13　朱沱与寸滩站卵石输移量的变化

(www.xing528.com)

20世纪60年代开始采用岩矿分析法，根据川江各支流卵石的岩性组成及其汇入后对干流卵石岩性的影响程度，定性分析各支流卵石来量的大小。以后对该方法逐步改进，从定性分析发展为定量计算。

（1）岩矿分析法的计算原理。河流泥沙的岩矿成分取决于流域内分布的岩性种类。在岩性差异显著地区，不同支流汇入的泥沙，其岩矿组成也各不相同，已知各支流泥沙的岩矿组成以及它们汇合后的岩矿组成，即可推算出每条支流的相对来沙量（或称泥沙汇入百分数）。

设某流域由A，B，…，R，S等m个小流域构成（图2-10），流域内某一粒径组的输移泥沙共包括1，2，…，n种岩性或矿物。从A流域输出的泥沙，其岩矿百分数为a1，a2，…，an；从B，…，R和S流域输出的泥沙，其岩矿百分数相应为b1，b2，…，bn，r1，r2，…，rn和s1，s2，…，sn。它们在下游W断面汇合后，岩矿百分数为W1，W2，…，Wn。又设该粒径级范围内，从各个小流域汇入的泥沙占W断面输移泥沙的百分数，A流域为x1，B流域为x2，…，R流域为xm-1，S流域为xm。根据输沙平衡原理，对该粒径组泥沙可建立下列关系式

图2-10　流域构成图

式中

方程组（2-1）表示同一粒径组内各个岩矿种类的泥沙，其上、下游输移量均应平衡。方程个数与岩矿分类的数目相同。各条支流及汇合点泥沙的岩矿百分数可通过野外调查获得。

根据最小二乘法原理，每一支流来沙占汇合断面W输沙量的百分数X1，X2，…，Xm的最或是值为下列方程组：

考虑到泥沙在输移过程中的分选作用，按照不同粒径组逐级进行上述计算是十分必要的。由方程组（2-2）算得各小流域分组粒径的泥沙汇入百分数后，可按汇合点W处的粒径加权，计算各流域混合粒径的泥沙平均汇入百分数。

各小流域泥沙汇入百分数，提供了不同流域来沙的相对数量。如果可通过泥沙测验或水库、塘堰的淤积测量得出汇合断面或某支流的来沙量，即可推算其他流域或汇合断面的来沙数量。

（2）方法验证。上述计算方程的建立，包括下列两个假定：一是在粒径分组的情况下，同一粒级内的卵石推移质因大小及相对密度不同所产生的重量差异不大，因而可不考虑它们在运动过程中的分选作用；二是在同一粒级内，沉积于河床上的卵石岩性组成与该河段运动卵石的岩性组成基本一致。分析金沙江横江口—宜宾河段、川江罗家湾—金刚沱河段和泸州—山溪口河段的卵石岩性资料，以及宜昌站采集的运动卵石与其下游胭脂坝滩上的卵石岩性资料，说明这两个假定是符合实际的。

在上述对假定的验证基础上，对宜昌附近的长江支流黄柏河的卵石推移量进行了验证计算。结果表明，采用岩性分析法计算出的黄柏河的卵石年输移量与实测量偏大13.5%，总量上两者尚接近。

（3）葛洲坝枢纽卵石推移质输移量计算。在上述验证基础上，1974年运用岩性分析法进行了葛洲坝枢纽卵石来量的计算。首先，根据流域地质地貌条件分析，葛洲坝枢纽的卵石推移质来自岩性差异明显的四个补给区，即万县以上火成岩为主补给区，万县—奉节砂岩为主补给区，奉节—香溪灰岩为主补给区和香溪—宜昌黄陵背斜补给区（图2-11）。其次，在万县至宜都河段选定14个采样点，对样品进行颗粒级配和岩性分析，根据所得资料计算各补给区卵石推移质汇入百分数。最后，以黄柏河的实测资料作依据，计算得葛洲坝枢纽卵石年输移量为64万t。此值与1974年以来宜昌站实测卵石输移量多年平均值75.8万t较为接近。