大凌河流域涼水河干河子段水土保持綜合治理研究

(遼寧省朝陽縣水土保持局，遼寧 朝陽 122000)

多年來，大凌河流域涼水河子河(干河子段)僅有少量防護工程且標準偏低，損壞嚴重，河道上游山洪頻頻爆發(fā)，兩岸時常受到洪水危害，僅最近幾十年就發(fā)生了多次較大洪水，分別為1949年、1962年、1963年、1984年、1991年和1994年，洪水標準達到十年一遇以上。最近幾次洪水給涼水河子河(干河子段)的西官營鎮(zhèn)和大三家鄉(xiāng)人民帶來重大洪澇災害，損失是相當嚴重。為保護兩岸人民的生命財產(chǎn)安全，該河段的治理意義重大，形勢緊迫。目前，眾多學者針大凌河小流域的水土保持問題進行了大量的的研究，研究成果較為豐富，但大多數(shù)的研究僅是從單一環(huán)境影響方面分析，結論過于片面，不能完整體現(xiàn)整個流域的水土保持治理情況。并且對該流域水土保持的綜合治理和效益評價方面研究的不夠深入，已有的評價方法也存在一些值得商榷之處。因此，本文以遼寧省大凌河小流域為研究區(qū)域，運用水文比擬法重點針對大凌河小流域水土保持綜合治理進行了全方位研究，既可以探究本次活動對該地區(qū)人民經(jīng)濟發(fā)展水平的影響，又可以分析出科學治理方法改善生態(tài)環(huán)境從而保證治理措施的科學性和可靠性，為治理者下一步工作的開展和進行提供了重要考究。

1 大凌河小流域工程概況

大凌河是遼寧省西部地區(qū)最大的河流，大凌河在我省境內(nèi)面積為19 998 km2，占全流域面積的86%，海拔高程大約于204～258 m之間。大凌河流域?qū)俅箨懶约撅L氣候，常受蒙古高原大風侵襲，“十年九旱”、春季氣候干燥，雨水少，多風沙，夏季氣候嚴熱，雨量集中，秋季氣候涼爽，雨量相對較少，冬季嚴寒干燥，雨雪較少，多偏北風，常有冷空氣侵入。大凌河流域多年平均氣溫8.3℃地溫與氣候變化一致，年平均地溫10℃，年最大24小時暴雨均值75 mm，最大年降雨為827.5 mm，多年平均降水量為340 mm，年際、年內(nèi)降雨分布極不均勻，多集中在7、8月份(見表1)，占全年73.5%。降水形式多為大雨或暴雨，極易引起洪水、滑坡等自然災害的發(fā)生，流域內(nèi)植被較差，水土流失嚴重，現(xiàn)有水土流失面積約為 2 131 km2，約占土地總面積的 69.29%，其中，輕度侵蝕約935 km2，中度侵蝕約812 km2，強度侵蝕約為384 km2(見表2)。流域的植被覆蓋率為12.13%，整個流域主要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動作為主要產(chǎn)業(yè)，資源開發(fā)土地利用不合理且洪峰漲跌迅速，見表3。

表1 大凌河小流域平均各月降水量 mm

表2 大凌河小流域水土流失狀況

2 汛期影響評價過程

2.1 系列統(tǒng)計參數(shù)的分析

系列統(tǒng)計參數(shù)的分析采用矩法公式進行計算，并結合適線確定參數(shù)結果。洪峰流量均值的計算：

其公式為：Q =(∑Q1+(N-a)∑Q/n)/N

=(6570+(115-2)×18099.95/52)/115

=400.72

變差系數(shù)Cv值的計算：

其公式為：

={[104.30+(115-2)×51.74/52](115-1)}1/2

=1.38

經(jīng)適線，當參數(shù)采用Q=510 m3/s，Cv=1.35，Cs=3Cv時點繪曲線配合較好。涼水河子河水文站洪峰流量頻率計算表見表4。

表3 大凌河小流域土地利用狀況

表4 涼水河子河水文站洪峰流量頻率計算表

2.2 不同頻率洪峰流量計算

當采用上述計算的統(tǒng)計參數(shù)計算涼水河子河水文站不同頻率的洪峰流量見表5。

2.3 成果分析與選用

涼水河子河水文站在《大凌河規(guī)劃各地點洪峰流量頻率計算成果》時的洪峰計算成果與本次洪水計算成果比較如下表6。

從表6可以看出，本次洪水均值Q和變差系數(shù)Cv以及偏態(tài)系數(shù)CS值均偏小。在設計頻率下的洪峰流量也都偏小，重現(xiàn)期越小越是接近；在重現(xiàn)期較大時也比較接近。由此可以認為計算的各地點洪峰頻率計算的成果以及統(tǒng)計參數(shù)都較好，符合水文規(guī)律。同時在本工程設計頻率下的洪水成果也是比較安全的。因此，經(jīng)綜合分析，本次設計洪水的依據(jù)可以采用大凌河規(guī)規(guī)劃中的洪水設計成果如下：涼水河子河水文站p=100%時，Qp=1 200 m3/s。

表5 涼水河子河水文站頻率洪峰流量計算表

2.4 各計算斷面設計洪水計算

根據(jù)涼水河子河河勢變化規(guī)律，結合工程布置情況，本次共布置19個設計斷面，選擇其中兩個控制斷面為：

斷面Ⅰ位于大三家鄉(xiāng)大三家子大橋，集雨面積207.1 km2。

斷面Ⅱ位于西官營鎮(zhèn)扣卜營入河口，斷面以上集雨面積173.1 km2。

因其他斷面處于無水文站，但同流域內(nèi)自然地理條件較一致，又處于同一天氣系統(tǒng)影響，所以本次設計采用水文比擬法計算涼水河子河其余斷面的設計洪峰。水文比擬法公式如下：

式中：Q設為采用水文比擬法利用臨近站的洪峰流量計算得到的小流域水庫的洪峰流量(m3/s)；F設為臨近站上游的控制面積(km2)；F鄰為小流域水庫上游的控制面積(km2)；km2為臨近站的洪峰流量(m3/s)。

各控制斷面的設計洪峰流量成果見表7。

3 研究結果與分析

通過水文比擬法確定了大凌河小流域水土保持綜合治理與效益評價的數(shù)值，并選取了合適的公式，最后得出大凌河小流域生態(tài)、經(jīng)濟兩大效益的指標數(shù)值如表8所示。

通過表8可知，隨著治理時間的不斷推移，大凌河小流域不同治理階段的生態(tài)、經(jīng)濟兩大效益的指標數(shù)值全部呈現(xiàn)不同幅度的上漲，生態(tài)效益和經(jīng)濟效益的上漲幅度均有較大提升。第二治理階段的兩大大效益指數(shù)值相比于第一治理階段分別上漲213.12%，69.13%。

隨著大凌河小流域水土保持整體規(guī)劃的深入實施，生態(tài)環(huán)境得到了初步改善，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性逐漸提高。大凌河小流域植物覆蓋度從12.13%增加到21.31%，形成一個完整的多層次生態(tài)系統(tǒng)，使得水土流失現(xiàn)象、不合理利用土地現(xiàn)象得到改善，黑土地產(chǎn)量逐漸提高，居民人均收入相應提高。到2030年，大凌河小流域水土保持生態(tài)治理全部收益為2 931.12萬元?？傊?，兩個治理階段過后，大凌河小流域水土流失得到進一步緩解，水土保持措施結構比例不斷趨于合理化，生態(tài)環(huán)境有較大改善。

表6 洪水計算成果對比表

表7 各控制斷面不同頻率洪峰流量成果表

表8 大凌河小流域生態(tài)、經(jīng)濟兩大效益的指數(shù)值

4 結語

(1)本文運用水文比擬法評價與分析了大凌河小流域水土保持綜合治理情況，2013年—2015年期間大凌河小流域植被密度由原來的12.13%增加到21.31%，預計2020年整體植被密度將達到75%以上，到2030年，大凌河小流域水土保持經(jīng)濟總收入約為2 913.12萬元。最終結果表明大凌河小流域的水土流失情況得到了改善，與最初預測情況相符合，評價結果真實可靠。

(2)水土保持治理綜合效益是生態(tài)效益和經(jīng)濟效益的綜合體現(xiàn)，在外界干擾和人為作用影響下，大凌河小流域水土保持綜合治理經(jīng)濟效益和生態(tài)效益比較明顯，這種情況發(fā)生主要是由于當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式造成的，以種植業(yè)為主導的生產(chǎn)方式會致使過低的農(nóng)產(chǎn)品商品率。因此，大凌河小流域的生態(tài)環(huán)境建設需要因地制宜，當?shù)氐乃亮魇ЬC合治理可以把生態(tài)環(huán)境建作為基礎，不斷深化改革農(nóng)產(chǎn)業(yè)方式，在致力于提高當?shù)厝嗣裆钏降耐瑫r還要實現(xiàn)生態(tài)效益和經(jīng)濟效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

(3)雖然大凌河小流域的治理工作剛剛結束，其各項經(jīng)濟、社會、環(huán)境指標效益仍處于緩慢增長階段，隨著長時間的治理，各項指標將進一步增長，整個小流域的水土保持治理綜合效益必將發(fā)揮至最大化。

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