太子河河道演變及影響因素分析

劉　宇

（遼寧省大伙房水庫管理局遼寧撫順113007）

太子河河道演變及影響因素分析

劉宇

（遼寧省大伙房水庫管理局遼寧撫順113007）

本文依據(jù)太子河干流本溪、遼陽、唐馬寨水文站水文資料，分析了不同代表站大斷面不同年份河道形態(tài)變化，建立水位-流量關(guān)系曲線，研究結(jié)合代際特征，選取1964年、1975年、1985年、1995年、2005年、2010年大水年為代表年，分析過流能力變化趨勢；從自然因素的年降水-徑流雙累積曲線變化、年徑流系數(shù)及人類活動對水資源量、流域下墊面、水利工程、水資源質(zhì)量等方面分析了影響河流演變因素，為太子河河道生態(tài)治理提供依據(jù)與參考。

河道演變；過流能力；影響因素；太子河

1　流域概況

太子河位于遼寧省東南部，東經(jīng)122° 26′～124°53′，北緯40°29′～41° 39′之間，流域呈東西走向，源頭為新賓大紅石砬子，流經(jīng)本溪市、鞍山市、遼陽市，最后入渾河。太子河流域面積13.5萬km2，全長363km，流域內(nèi)山地面積占69%，丘陵占6.1%，平原占24.9%［1］。太子河支流較多，遼陽以上左側(cè)支流有細(xì)河、蘭河、湯河，遼陽以下左側(cè)有柳豪、南沙、運(yùn)糧、楊柳、三通、五道、海城等支流，右側(cè)僅有北沙河一條支流。流域?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)型大陸性氣候，多年平均降水在650mm～800mm，主要集中在6月～9月，約占全年降水量的70%～80%。太子河流域內(nèi)建有觀音閣、葠窩及湯河三座大型水庫，其中觀音閣水庫和葠窩水庫位于河道干流上，湯河水庫位于支流湯河上，小湯河和小夾河為觀—葠區(qū)間河段的支流，分別建有關(guān)門山和三道河兩座中型水庫。太子河河道比降上、下游變化大，遼陽水文站以上河流擺動變化趨勢不大，遼陽水文站以下河道彎曲，縱向沖淤變化大，河道演變變遷是影響河流生態(tài)健康因素之一。

2　河道形態(tài)演變分析

考慮到代表性及資料完整性，選擇太子河干流本溪、遼陽、唐馬寨水文站為代表，分析河床形態(tài)變化規(guī)律。本溪水文站設(shè)立于1933年11月，初為水位站，1945年7月停測，1949年7月恢復(fù)，1951年4月上遷2500m為本溪（二）水文站，1955年7月上遷620m為本溪（三），1960年1月下遷2000m為本溪（四），1963年6月下遷6520m為本溪（五）；遼陽水文站設(shè)立于1934年2月，1935年2月改為遼陽（二），1957年7月改為遼陽，1965年1月改為遼陽（三），研究選用1965年之后遼陽站大斷面成果分析其形態(tài)演變規(guī)律；唐馬寨水文站屬于太子河下游干流控制站，設(shè)立于1934年3月，初為水位站，1950年5月下遷350m為唐馬寨（二），1960年1月改為水文站，集水面積，1974年5月上遷300m為唐馬寨（三）。水文站大斷面見圖1～圖3。

圖1　本溪水文站大斷面

圖2　遼陽水文站大斷面

圖3　唐馬寨水文站大斷面

由圖1可知，本溪水文站大斷面基本穩(wěn)定，根據(jù)調(diào)查，本溪水文站位于城區(qū)，斷面已經(jīng)基本固化。由圖2可知，太子河遼陽站1965年～2010年間斷面形態(tài)發(fā)生了一定變化，其中主槽變化不大，右側(cè)灘地變化明顯。由圖3可知，唐馬寨水文站大斷面變化顯著，1965年、1970年，太子河主槽在左側(cè)（起點(diǎn)距100m附近），之后由于斷面整治及水利工程修建，主槽右移（起點(diǎn)距500m～700m附近）。

3　河道過流能力分析

3.1分析方法

遼寧省河流水位～流量關(guān)系多為繩套曲線，研究中采用指數(shù)函數(shù)對水位～流量關(guān)系進(jìn)行擬合。若一年內(nèi)有多次洪水過程，且不同洪水過程水位～流量關(guān)系差異較大，則選取峰值最大的洪水過程構(gòu)建水位～流量關(guān)系［2］。

Q=K（Z-Z0）或1nQ=1nK+n1n（Z-Z0）（1）

式中：Q為流量，m3/s；Z為水位，m；Z0為斷流水位，m。

3.2過流能力

考慮到平水年、枯水年建立的水位～流量關(guān)系與大水年差別較大，不宜用來分析河流過流能力。研究結(jié)合代際特征，選取1964年、1975年、1985年、1995年、2005年、2010年大水年為代表年，分析過流能力變化趨勢。選取太子河干流小林子水文站為代表，建立水位～流量關(guān)系曲線，分析特定水位條件下的過流能力，如表1所示。

由表1可知，太子河水位～流量關(guān)系擬合較好，除個別年份外，R2均在0.97之上。分析可知，小林子水文站過流能力整體基本穩(wěn)定。

4　河流演變影響因素分析

4.1自然因素影響分析

表1　小林子水文站不同年代過流能力分析

降水是徑流的直接來源，降水量大小與河道徑流量大小有密切聯(lián)系，分析降水徑流關(guān)系的一致性特征有助于更好的識別人類活動對徑流的影響［3］。結(jié)合《遼寧省水資源》成果，分析河流代表站（區(qū)間）降水的變化特征，并將徑流與降水量進(jìn)行比較分析，采用雙累積曲線法定量分析識別降水與河道徑流的關(guān)系；徑流系數(shù)指徑流量與降水量比值［4］，可以綜合反映流域內(nèi)自然地理要素對降水～徑流關(guān)系的影響，在雙累積曲線法定量分析識別降水與河道徑流的關(guān)系基礎(chǔ)上精選站或區(qū)間對徑流系數(shù)進(jìn)行分析評價，以反映不同年代降水徑流關(guān)系的變化。

（1）代表站選擇

考慮到代表性及資料完整性，選取太子河干流本溪站以上、本溪～遼陽區(qū)間、遼陽～唐馬寨區(qū)間、唐馬寨以上為代表分析太子河流域降水、徑流關(guān)系一致性。受建站年份及資料連續(xù)性限制，降水資料起始年份在1953年～1967年之間，截止年份均為2011年。降水～徑流雙累計(jì)曲線起始年份為降水、徑流資料系列起始年份中的較晚年份，截止年份為2011年。

（2）降水～徑流關(guān)系分析

降水～徑流雙累積曲線見圖4。

本溪站以上降水～徑流雙累積曲線于1975年出現(xiàn)拐點(diǎn)，太子河本溪～遼陽區(qū)間降水～徑流雙累積曲線于1968年出現(xiàn)拐點(diǎn)，太子河遼陽～唐馬寨區(qū)間降水～徑流雙累積曲線于1977年出現(xiàn)拐點(diǎn)，太子河唐馬寨以上降水～徑流雙累積曲線于1977年出現(xiàn)拐點(diǎn)。

（3）年均徑流系數(shù)

太子河徑流系數(shù)呈減小趨勢，與1958年～1979年代相比，1980年～2000年徑流系數(shù)減少10%～25%，2001年～2011年減少13%～34%。

綜上，降水～徑流關(guān)系發(fā)生突變出現(xiàn)拐點(diǎn)，表明關(guān)系一致性發(fā)生了變化。雙累積曲線分析表明：太子河降水～徑流關(guān)系多在1975年～1977年前后出現(xiàn)變化，僅本溪～遼陽區(qū)間降水～徑流關(guān)系拐點(diǎn)出現(xiàn)于1968年。參照河流所在區(qū)域，進(jìn)一步說明半濕潤地區(qū)河流降水～徑流雙累積曲線突變點(diǎn)多出現(xiàn)于1975年～1979年間。同時根據(jù)年徑流系數(shù)計(jì)算結(jié)果，半濕潤地區(qū)河流徑流系數(shù)均呈減少趨勢。

4.2人為活動影響分析

（1）水資源量影響

太子河徑流系數(shù)呈減小趨勢，與1958年～1979年代相比，1980年～2000年徑流系數(shù)減少10%～25%，2001年～2011年減少13%～34%；上游支流代表站與1956年～1979年相比，1980年～2000年徑流系數(shù)減少28.4%，2001年～2011年減少33.7%。太子河人均用水量從建國初83m3增加到2011年513m3，太子河對徑流系數(shù)的影響從1956年～1979年0.047，增加到2001年～2011年的0.63，影響增加34%。

（2）流域下墊面影響

圖4　降水～徑流雙累積曲線

表2　太子河代表站不同年代年徑流系數(shù)統(tǒng)計(jì)

流域下墊面影響對河流徑流變化，以天然徑流系數(shù)表示。太子河從年徑流系數(shù)0.34變化到0.32，下降7%，其它經(jīng)濟(jì)發(fā)展對徑流影響不大。

（3）水利工程影響

太子河水利工程80年代之前，水利工程對上游本溪站洪水影響不大，90年代中期，水利工程對本溪站洪水影響逐漸加強(qiáng)，2001年～2011年，水利工程對本溪洪峰的削減約為70%，其中觀音閣水庫的調(diào)節(jié)起到了重要的作用。太子河下游受水利工程影響時間較早，1961年～1979年水利工程對洪峰的削減就達(dá)到37.7%，并削減程度隨時間呈增加的趨勢，2001年～2011年水利工程對下游洪峰的削減已接近70%。

（4）水資源質(zhì)量影響

水質(zhì)方面1956年河流水質(zhì)較好，基本可以飲用，1980年經(jīng)濟(jì)進(jìn)入發(fā)展期間，水質(zhì)較差，隨著時間推移，2010年左右，河流水質(zhì)出現(xiàn)好轉(zhuǎn)。從水質(zhì)較好，到污染嚴(yán)重，再到逐漸恢復(fù)，也充分體現(xiàn)人類對河流影響不斷加深趨勢。

5　結(jié)論

通過對塔山水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算與分析，采用無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法計(jì)算水庫的設(shè)計(jì)頻率5%和10%的洪水過程，計(jì)算得到了入庫洪峰流量、相應(yīng)庫容、相應(yīng)最高水位及溢洪道相應(yīng)的最大泄流量與原設(shè)計(jì)值基本一致，表明本次計(jì)算的結(jié)果是合理的。通過設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算與分析為工程建設(shè)提供翔實(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)，同時為類似工程建設(shè)提供參考和借鑒，更為水庫除險加固后發(fā)揮其防洪、改善生態(tài)環(huán)境和為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。陜西水利

［1］張志斌.太子河流域水文特性分析與評價［J］.地下水，2016，38（2）:122-123.

［2］周旭東，韓睿，孫曉菊.渾河流域上游河道演變趨勢分析［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2013，19（5）:18-20.

［3］王巖松，許曉艷.渾河河流形態(tài)特征演變規(guī)律分析［J］.中國防汛抗旱，2016，26（3）:57-59.

［4］梁冰.渾河流域降雨徑流變化規(guī)律研究［J］.水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015，（1）:16-18.

（責(zé)任編輯：暢妮）

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