遼河流域橡膠壩地形測(cè)量及沖淤變化探析

張 炎

(大伙房水庫(kù)管理局，遼寧 撫順 113007)

遼河流域橡膠壩地形測(cè)量及沖淤變化探析

張 炎

(大伙房水庫(kù)管理局，遼寧 撫順 113007)

遼河干流13座橡膠壩建成使用后,通過對(duì)橡膠壩泥沙淤積情況分析,為研究遼河干流河道泥沙沖淤變化、橡膠壩淤積防治等基礎(chǔ)研究積累資料,為遼河干流及其支流生態(tài)建設(shè)提供依據(jù)。

橡膠壩;測(cè)量;沖淤變化;淤積深度

1 概況

遼河發(fā)源于河北省七老圖山脈光頭山，總流域面積193 770km2，總河長(zhǎng)1 390km。遼河在遼寧省內(nèi)流域總面積41 836 km2，其中遼河干流的流域面積37 927 km2，河長(zhǎng)521km。遼河干流的主要支流有招蘇臺(tái)河、亮子河、清河、中固河、柴河、汎河、秀水河、養(yǎng)息牧河、柳河，流域內(nèi)山丘區(qū)面積占總流域面積的48%。遼河干流縱貫遼寧省的遼北康法丘陵區(qū)與下遼河平原區(qū)，流經(jīng)遼寧省中部的鐵嶺、沈陽(yáng)、鞍山、盤錦4個(gè)市。其河谷開闊，地勢(shì)平坦，河道迂回曲折，河道比降小，泥沙淤積嚴(yán)重，是遼寧省匯流時(shí)間最長(zhǎng)、泄洪能力差的河流。

本文搜集了13座橡膠壩基礎(chǔ)資料，并對(duì)13座橡膠壩位置、實(shí)際運(yùn)行情況和上下游工況進(jìn)行了實(shí)地考察。13座橡膠壩分別為和平、通江口、五棵樹、老邊、平頂、雙安橋、新調(diào)線、七星山、馬虎山、毓寶臺(tái)、滿都戶、紅廟子、大張橡膠壩，以此來(lái)研究遼河流域沖淤變化情況。

2 測(cè)量方法及作用

采用全站儀、測(cè)深儀與 G P S定位相結(jié)合的方式進(jìn)行，13座橡膠壩水下地形勘測(cè)方法，主要采用G P S和自動(dòng)測(cè)深儀相結(jié)合，采用機(jī)船做載體，采用密集S型走航式施測(cè)，縱向河段每隔50m左右取一橫斷面，各橡膠壩蓄水區(qū)一般均從壩前起測(cè)量至上游河段1 000m以上(上游目測(cè)無(wú)明顯淤積灘地終止)，精度高且點(diǎn)據(jù)密集;岸上部分采用全站儀施測(cè)。

通過對(duì)13座橡膠壩汛前及汛后的地形圖(圖略)對(duì)比分析，在橡膠壩運(yùn)行前后庫(kù)區(qū)地形圖上沿河布設(shè)斷面，找出橫斷面高程點(diǎn)子平均，得出橡膠壩橫斷面平均高程，多個(gè)橫斷面平均，求出橡膠壩蓄水區(qū)平均高程。采用對(duì)比法，資料完整的橡膠壩分析對(duì)比建成時(shí)橡膠壩蓄水區(qū)平均高程和本次測(cè)量計(jì)算結(jié)果，推求出沖刷、淤積變化情況，對(duì)地形圖上，點(diǎn)子稀少的參考典型橡膠壩淤積規(guī)律和實(shí)際勘察推求淤積深度，從而可以推求橡膠壩運(yùn)行后庫(kù)區(qū)淤積量及深度。

3 分析橡膠壩運(yùn)行后庫(kù)區(qū)淤積量、深度

首先分析遼河干流各控制站徑流量、輸沙量和實(shí)測(cè)大斷面沿程變化情況。徑流量沿程變化如圖1所示。

圖1 2010～2013年多年平均徑流、輸沙沿程變化

由圖1可知，遼河干流2010～2013年多年平均徑流量和泥沙量沿程變化總體上呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)。福德店至鐵嶺段多年平均徑流和輸沙量增長(zhǎng)幅度較大，分別從9.31億m3和49.7萬(wàn)t增長(zhǎng)到32億m3和198.5萬(wàn)t;鐵嶺至馬虎山段多年平均徑流量增長(zhǎng)幅度較小，僅比鐵嶺站增加了6.8萬(wàn) m3，為38.8億m3，受石佛寺水庫(kù)影響，馬虎山站多年平均輸沙量小于鐵嶺站;馬虎山站以下河段的多年平均徑流量變化幅度不大，基本穩(wěn)定在40億m3左右，但是輸沙量增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)大于徑流量增長(zhǎng)幅度，與福德店至鐵嶺段增長(zhǎng)幅度相似，從馬虎山站的146.6萬(wàn)t增長(zhǎng)到六間房站的324.8萬(wàn)t。

從遼河干流控制站2009～2012年大斷面平均沖於深度看，福德店2009～2011年連續(xù)淤積，淤積深度分別為0.027、0.035、0.056m;2012年沖刷，沖刷深度為0.022m。鐵嶺2009年淤積，淤積深度為0.033m;2010～2012年連續(xù)沖刷，沖刷深度分別為0.058、0.04、0.002m。馬虎山2009年淤積，淤積深度為0.039m;2010年沖刷，沖刷深度為0.317m;2011～2012年連續(xù)淤積，淤積深度分別為0.074和0.068m。平安堡2009～2012年連續(xù)淤積，淤積深度分別為0.043、0.022、0.017和0.061m。遼中2009～2010年連續(xù)淤積，淤積深度分別為0.037和0.085m;2011年沖刷，沖刷深度為0.081m;2012年淤積，淤積深度為0.059m。六間房2010年淤積，淤積深度0.053m;2011年沖刷，沖刷深度0.042m;2012年淤積，淤積深度為0.146m(沖淤深度為整個(gè)斷面平均深度)。

實(shí)測(cè)大斷面沖淤變化見表1。

表1 遼河干流控制站2009～2012年大斷面沖淤深度變化 m

4 橡膠壩庫(kù)區(qū)淤積量、深度進(jìn)行分析

4.1 對(duì)典型橡膠壩庫(kù)區(qū)淤積量、深度進(jìn)行分析

根據(jù)遼河局提供的橡膠壩設(shè)計(jì)方案及所測(cè)地形圖，其中有2個(gè)橡膠壩地形圖河道過水部分及岸上數(shù)據(jù)比較完整，選取數(shù)據(jù)完整的大張和紅廟子橡膠壩設(shè)計(jì)方案所測(cè)地形圖與2014年7月實(shí)測(cè)橡膠壩地形圖進(jìn)行比對(duì)，用三角網(wǎng)法計(jì)算出建壩前與現(xiàn)在相對(duì)于海平面的土方量，分析建壩前與本次測(cè)量橡膠壩蓄水區(qū)河段沖淤變化情況，見表2。

表2 大張、紅廟子橡膠壩庫(kù)區(qū)運(yùn)行前后淤積量、深度計(jì)算

由表2可以看出，本次測(cè)量大張橡膠壩相比建壩時(shí)分析河段內(nèi)河道平均淤積0.38m，紅廟子橡膠壩相比建壩時(shí)分析河段內(nèi)河道平均淤積0.21m。

4.2 對(duì)13座橡膠壩庫(kù)區(qū)淤積深度進(jìn)行分析

2014年7月，對(duì)遼河干流河段內(nèi)13個(gè)橡膠壩蓄水區(qū)河段進(jìn)行了水上及水下地形測(cè)量工作，通過實(shí)地測(cè)量、分析整理、繪制圖表等，將得出的各橡膠壩蓄水區(qū)橫斷面地形高程點(diǎn)與建壩初期相應(yīng)橫斷面地形高程點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，得出橡膠壩蓄水區(qū)各橫斷面平均淤積深度及蓄水區(qū)河段總體的平均淤積深度，見表3;通過各橫斷面淤積情況繪制各橡膠壩蓄水區(qū)縱向河段平均淤積變化情況，以和平、通江口橡膠壩為例，如圖2-3所示。

表3 橡膠壩蓄水區(qū)河段各斷面淤積情況 m

圖2 和平橡膠壩平均淤積深度變化

圖3 通江口橡膠壩平均淤積深度變化

橡膠壩河段蓄水區(qū)淤積情況受水流沙、河段地形情況、人為因素等多方面影響，遼河干流各橡膠壩蓄水區(qū)河段平均產(chǎn)生2個(gè)左右大小不等灘地。

4.3 對(duì)典型橡膠壩庫(kù)區(qū)汛前、汛后地形測(cè)量淤積深度進(jìn)行分析

由于本年度為枯水年，汛期內(nèi)徑流量變化范圍較小，所以根據(jù)各橡膠壩地理位置及運(yùn)行情況等因素，2014年9月選取有代表性的3個(gè)橡膠壩進(jìn)行了地形測(cè)量。根據(jù)9月所測(cè)3個(gè)橡膠壩地形圖與7月所測(cè)地形圖進(jìn)行了河道淤積分析，計(jì)算出沖淤深度，見表4。

表4 紅廟子、新調(diào)線、馬虎山橡膠壩庫(kù)區(qū)汛前、汛后淤積量、深度計(jì)算

由表4可以看出，紅廟子橡膠壩以上2 500m范圍內(nèi)河道斷面2014年9月15日比7月20日平均淤積變化0.022m，變化幅度為總量的0.216%;馬虎山橡膠壩以上1 600m范圍內(nèi)河道斷面2014年9月22日比7月24日平均淤積變化0.021m，變化幅度為總量的0.063%;新調(diào)線橡膠壩以上1 900m范圍內(nèi)河道斷面2014年9月16日比2014年7月21日平均淤積變化 0.020m，變化幅度為總量的0.043%。

由于2次所測(cè)地形圖時(shí)間間隔比較短，期間河道來(lái)水量比較小，河道部分沖淤變化不大。

5 結(jié)論

(1)通過遼河干流13個(gè)橡膠壩建成至今河段蓄水區(qū)淤積情況對(duì)比分析得出，對(duì)于很少運(yùn)行或已有故障不能運(yùn)行的橡膠壩而言，從橡膠壩位置開始即產(chǎn)生大量淤積，其淤積量峰值易產(chǎn)生于蓄水區(qū)河段上游300m左右，之后淤積量呈遞減趨勢(shì)，于1000m左右趨于低谷值;對(duì)于運(yùn)行情況良好的橡膠壩而言，從橡膠壩位置開始至400m左右易產(chǎn)生沖刷作用，600m左右會(huì)出現(xiàn)小部分淤積，1000m左右淤積量易達(dá)到峰值，之后呈遞減趨勢(shì)，逐漸趨于平緩。

(2)通過對(duì)紅廟子、新調(diào)線和馬虎山3座橡膠壩汛前汛后地形圖測(cè)量分析可知，因?yàn)?次所測(cè)地形圖時(shí)間間隔比較短，且本年度為枯水年，遼河干流流量變化不大，橡膠壩蓄水區(qū)河段部分沖淤情況基本不變，因此其他橡膠壩汛前測(cè)量結(jié)果即可代表本年度橡膠壩蓄水區(qū)基底情況，汛后各橡膠壩情況以此類推。

(3)馬虎山橡膠壩測(cè)量為第1天測(cè)流采沙試驗(yàn)，石佛寺水庫(kù)放水，橡膠壩蓄水并瞬時(shí)放水，模擬汛期來(lái)水及橡膠壩調(diào)蓄沖刷過程。第2天進(jìn)行橡膠壩蓄水區(qū)河段水上及水下地形測(cè)量，因此馬虎山橡膠壩蓄水區(qū)沖刷明顯，可見橡膠壩調(diào)蓄作用及對(duì)泥沙沖刷作用顯著。

(4)本次測(cè)量的遼河干流位于上游的各橡膠壩蓄水區(qū)平均淤積深度在0.26～0.41m之間;中游的各橡膠壩蓄水區(qū)平均淤積深度在0.39～0.46m之間;下游的各橡膠壩蓄水區(qū)平均淤積深度在0.22～0.38m之間，遼河干流中游區(qū)的各橡膠壩淤積量相對(duì)偏大。各橡膠壩蓄水區(qū)淤積情況同時(shí)受區(qū)間來(lái)水量、橡膠壩運(yùn)行情況、人為因素等多方面影響。

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表2 車爾臣河流域2015～2050年E T0趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果

4 討論

對(duì)比1957～2011年和2015～2050年研究區(qū)E T0趨勢(shì)可知，各時(shí)期2站 E T0均有下降趨勢(shì)，但2015～2050年E T0比1957～2011年期間表現(xiàn)出更長(zhǎng)程的相關(guān)性。這種差異來(lái)源于統(tǒng)計(jì)降尺度過程中預(yù)報(bào)因子與E T0的回歸及預(yù)測(cè)關(guān)系優(yōu)劣的差別，表明SD SM模型預(yù)測(cè)氣候相關(guān)變量時(shí)具有不確定性。

1957～2011年 E T0呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而 E T0的降低主要和氣象要素的變化有關(guān)，其中降水(P)、最高氣溫(Tmax)、最低氣溫(Tmin)、平均氣溫(Tave)、日照時(shí)數(shù)(N)、凈輻射(R n)、2m風(fēng)速(U2)和相對(duì)濕度(R H)等要素與E T0的趨勢(shì)有直接關(guān)系。表3列出了1957～2011年研究區(qū)氣象要素變化趨勢(shì)的MK結(jié)合MMK法檢驗(yàn)結(jié)果。

表3 主要?dú)夂蛞刳厔?shì)變化

由于1957～2011年氣象要素的變化具有較一致的趨勢(shì)，因此用SD SM統(tǒng)計(jì)降尺度預(yù)測(cè)的2015～2050年氣象要素也具有類似趨勢(shì)。因此，風(fēng)速和太陽(yáng)輻射減弱、降水增加、相對(duì)濕度增大也是未來(lái)2015～2050年A 2/B 2情景下研究區(qū)各站E T0呈下降趨勢(shì)的主要原因。

2015～2050年A 2和B 2情景下研究區(qū)E T0整體呈下降趨勢(shì)說明其對(duì)區(qū)域氣候變化的響應(yīng)較敏感，也表明未來(lái)研究區(qū)暖濕化背景下作物E T0可能比以往低。作物E T0的降低意味著計(jì)劃的灌溉用水可適量降低，這將緩解研究區(qū)長(zhǎng)期干旱趨勢(shì)和農(nóng)業(yè)用水資源緊張問題。

5 結(jié)論

(1)傳統(tǒng)M K趨勢(shì)檢驗(yàn)方法未考慮時(shí)間序列的自相關(guān)性，因此可能夸大趨勢(shì)的顯著性。M M K法考慮自相關(guān)性的影響，得出的趨勢(shì)更趨真實(shí)。結(jié)合M K法及M M K法可綜合判別車爾臣河流域E T0的趨勢(shì)及其顯著性。1957～2011年期間，且末站和若羌站的E T0呈下降趨勢(shì)，且2站下降趨勢(shì)均未達(dá)到顯著水平。

(2)2015～2050年，A 2情景下研究區(qū) 2站的E T0均呈下降趨勢(shì)，其中若羌站下降顯著，且末站不顯著。B 2情景下研究區(qū)2站E T0均呈下降趨勢(shì)，此時(shí)若羌站仍然為顯著下降水平。

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T V 145+.1

B

1008-1305(2016)05-0133-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.045

2016-02-14

張 炎(1989年—)，男，助理工程師。