寸滩站卵石推移质运动特性分析与研究

研究收集了寸滩站1961—2012年卵石推移质实测资料，共4588组数据，施测时间与观测要素见表3.1-1。利用收集的资料，主要研究了寸滩站水位与流量的关系、水位与过水面积的关系以及断面流速分布，卵石推移质输沙带、卵石粒径随不同年份的变化情况，以及寸滩站卵石推移质输沙率随不同年份的变化规律。

表3.1-1　长江寸滩站卵石推移质（d 50＞10mm）实测资料

续表

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3.1.1.1 寸滩站各水力参数的相互关系

根据实测资料，点绘寸滩站实测水位与流量、水位与过水面积、水位与断面平均水深，得到较好的相关关系，见图3.1-2～图3.1-4和表3.1-2。

图3.1-2　长江寸滩站水位与流量关系

图3.1-3　长江寸滩站水位与过水面积关系

图3.1-4　长江寸滩站水位与断面平均水深关系

表3.1-2　长江寸滩站水位、流量、过水面积和断面平均水深关系统计表

3.1.1.2 寸滩站推移质输沙特性

对寸滩站1961—2012年（1967年未测）间4588组实测水力和泥沙因子资料进行统计分析，将流量共分成20级（表3.1-3），得到各流量级平均水力因子、推移质输沙率、输沙带、中值粒径和最大粒径；根据各流量级平均水力、泥沙因子分析寸滩站推移质输沙特性。

表3.1-3　长江寸滩站实测流量分级统计表

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1.床沙级配变化

在寸滩站边滩上挖坑取样，分析水文断面的床沙级配，于1963年、1964年、1974年和1975年共测取了27次沙样，去掉10mm以下的沙样，其河床床沙级配见表3.1-4。2003年寸滩站水文断面共测取10个沙样，2008—2012年分别测取11、13、9、15、23次沙样，其河床床沙级配见表3.1-4。经过40年左右的变化，寸滩站的中值粒径增加了84mm，其他各种特征粒径明显增加，说明寸滩水文断面的河床明显粗化。

表3.1-4　长江寸滩站床沙特征粒径比较　单位：mm

2.卵石推移量年际之间变化(www.xing528.com)

为了研究寸滩站推移质输移量年际变化，定义年推移质输移系数如下：

年输移系数O可反映某个断面推移质综合输移能力。

图3.1-5绘出了1966—2012年长江寸滩站累积年推移质输移系数变化过程，1966—1981年、1982—2001年、2002—2007年、2008—2012年的年推移质输移系数曲线的曲率逐渐减小，说明在相同的径流量情况下，年输沙量逐渐减小，1981年、2001年和2007年是寸滩站推移质输沙量减小的转折点。

图3.1-5　长江寸滩站1966—2007年年推移质输移系数累积变化过程

表3.1-5　长江寸滩站推移质减少率

在按照流量级统计方法分析寸滩站推移质输移特性时，按照1966—1981年、1982—2001年、2002—2007年和2008—2012年四个时间段进行分类（表3.1-5），1982—2001年、2002—2007年、2008—2012年与1966—1981年相比，分别减少了43.7%、78.6%和98.6%。

3.输沙带宽度变化

图3.1-6绘出了寸滩站输沙带宽度在不同时间段随流量的变化。1961—1981年，在流量小于20000m3/s时，输沙带宽度范围为170～550m，基本上成线性增加；流量大于20000m3/s时，输沙带宽度基本上在（550±30）m范围内变化。1982—2001年，在流量小于40000m3/s时，输沙带宽度范围为170～500m；流量大于40000m3/s时，输沙带宽度基本上在（500±50）m范围内变化。2002—2007年，输沙带的变化与1982—2001年的变化规律基本相同，只是在流量小于40000m3/s时，输沙带宽度比1982—2001年略小。2008—2012年，在流量小于40000m3/s时，输沙带宽度变化范围为174～406m，基本上成线性增加，流量大于40000m3/s时，输沙带宽度基本上在（481±58）m范围内变化。

4.推移质粒径变化

图3.1-7和图3.1-8绘出了寸滩站推移质中值粒径和最大粒径在不同时间段随流量的变化。各个时段的中值粒径和最大粒径都随着流量的增加而基本呈线性增加。相同流量下，中值粒径和最大粒径随时段的先后而减小，2008—2012年略有增大。在流量为20000m3/s时，1961—1981年、1982—2001年、2002—2007年和2008—2012中值粒径分别为50mm、40mm、30mm和30mm，最大粒径分别为120mm、75mm、50mm和46.5mm。

图3.1-6　长江寸滩站输沙带宽度变化

图3.1-7　长江寸滩站推移质中值粒径变化

图3.1-8　长江寸滩站推移质最大粒径变化

5.推移质输沙率与流量的关系

推移质输沙率与流量的关系可写成如下形式：

式中：G S为水文断面推移质输沙率，kg/s；Q为流量，m3/s；n为指数，反映推移质输沙率对水流流量的敏感程度；B为系数，与床沙组成、泥沙补给等条件有关。

因寸滩站实测断面推移质输沙率与流量关系的点群比较散乱，为方便分析，将寸滩站断面输沙率分成四个时段按照表3.1-3的流量级进行平均，结果如图3.1-9所示，即寸滩站各个时段的断面输沙率与流量相关关系较好，经人工定线，可表达为如下关系：

图3.1-9　长江寸滩站断面推移质输沙率变化