河床下切對(duì)東江嶺下站水文測(cè)報(bào)的影響分析

朱渝檳

(廣東省水文局惠州水文分局，廣東 惠州 516000)

1 概述

1.1 嶺下水文站概況

嶺下水文站設(shè)于東江中下游處，是東江流域中游控制站。該站位于惠州市惠城區(qū)橫瀝鎮(zhèn)嶺下管理區(qū)，屬于國(guó)家一類(lèi)精度水文站，為東江中游匯秋香江、公莊水后的控制站；搜集東江中游水文資料，結(jié)合上、下游水文情報(bào)，為防汛、抗旱提供重要水文數(shù)據(jù)。

嶺下站建于1953年8月，集雨面積為20 557 km2，多年平均降水量為1 706.7 mm，多年平均年徑流量為188.9億m3，實(shí)測(cè)最高水位為23.21 m(1959年6月15日)，實(shí)測(cè)最大流量為10 900 m3/s(1959年6月15日)，警戒水位為19.50 m。自記水位臺(tái)位于河道左岸，其上15m為測(cè)流斷面，順直河段長(zhǎng)約為2 km，屬于河槽控制。該站測(cè)驗(yàn)河段順直，主流中間偏左，流向與斷面垂直；斷面上游500 m及下游1 000 m處為彎道；左岸傍山，土質(zhì)為黃粘壤土，不易沖刷，右岸泥土質(zhì)，崩塌嚴(yán)重；當(dāng)水位達(dá)19.50 m以上時(shí)，漫灘寬達(dá)200 m，河床沙質(zhì)，沖淤明顯；低水時(shí)，左岸下游沙灘露出，沿基本水尺斷面并向下游擴(kuò)大[1]。嶺下站測(cè)驗(yàn)河段平面示意如圖1所示。

1.2 河床下切情況

近年來(lái)，上下游采砂活動(dòng)對(duì)嶺下站產(chǎn)生影響，河床發(fā)生了變化，造成嶺下站測(cè)驗(yàn)大斷面下切嚴(yán)重，尤其是2014—2016年間，斷面變化顯著。通過(guò)繪制該站1986—2019年33 a的大斷面示意(見(jiàn)圖2～3)，發(fā)現(xiàn)近年來(lái)河床下切情況分以下兩個(gè)階段。

圖1 嶺下站測(cè)驗(yàn)河段平面示意

圖2 嶺下站實(shí)測(cè)大斷面示意(1986—2013年)

圖3 嶺下站實(shí)測(cè)大斷面示意(2013—2019年)

1) 斷面有沖有淤，變化不大

1986—2013年間，斷面整體變化不大，有沖有淤，僅在2006年有一次較為明顯的沖刷，沖刷最深處接近2.7 m，往后又逐年恢復(fù)，整體高程變化不大。

2) 斷面變化非常明顯，呈整體下切態(tài)勢(shì)

從2013年開(kāi)始沖刷加劇，斷面呈整體下切態(tài)勢(shì)，河底高程變化顯著。從2013—2019年間，斷面平均下切深度約為2.5 m，沖刷最嚴(yán)重的部位出現(xiàn)在約170 m處，下切深度達(dá)5.5 m。

2 河床下切對(duì)嶺下站水文要素的影響分析

2.1 水位的變化

嶺下站的年平均水位與年最低水位一樣，在1986—2006年間處于穩(wěn)定上下波動(dòng)狀態(tài)，整體變化不大，2006年開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，2013年之后迅速降低。年最高水位在2005年以后開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，2013年之后水位下降更為明顯(如圖4所示)。

圖4 嶺下站近幾十年年平均水位變化示意

2.2 斷面面積變化

嶺下站2013年之前測(cè)驗(yàn)斷面形狀變化較小，河床有沖有淤；2013年之后河床被急劇沖刷，水位19.0 m時(shí)，2019年比2013年的主槽斷面過(guò)水面積增大了約33.5%(如圖5所示)。

圖5 嶺下站過(guò)水?dāng)嗝婷娣e變化示意

2.3 水位流量關(guān)系

從近幾年水位流量關(guān)系綜合曲線的變化可以看出，2013年以前的綜合曲線變化不大，整體呈向下的趨勢(shì)緩慢偏移，此時(shí)河床受到水流輕微的沖刷。2013年開(kāi)始，由于受到采砂等人為活動(dòng)的影響，斷面下切速度加快，過(guò)水面積增大，各流量級(jí)水位明顯向下偏移。

表1是不同年份水位流量關(guān)系，可見(jiàn)2013年以前變化不大，不同流量的水位有增大有減小，雖然總體呈下降趨勢(shì)，但變化幅度不大。2013年開(kāi)始同級(jí)流量的水位明顯下降，之后每年都有較為明顯的下降。2012年較2000年變化幅度為0.4～0.46 m，2013年以后同流量的水位逐漸下降。因上下游采砂等人為活動(dòng)，2019年較2013年，流量為800 m3/s時(shí)水位下降1.7 m，流量為1 400 m3/s時(shí)水位下降了1.78 m，各級(jí)流量對(duì)應(yīng)水位下降幅度在1.7～1.78 m。嶺下站多年水位～流量關(guān)系曲線示意如圖6所示。嶺下站逐年不同流量級(jí)水位變化見(jiàn)圖7。

表1 嶺下站不同年份水位流量關(guān)系

圖6 嶺下站多年水位～流量關(guān)系曲線示意

圖7 嶺下站逐年不同流量級(jí)水位變化示意

3 河床下切下嶺下站水文測(cè)報(bào)應(yīng)對(duì)措施探討

3.1 水文測(cè)驗(yàn)

1) 水位觀測(cè)方面，隨著河床下切，嶺下站的水位逐年下降，2013年以前，該站實(shí)測(cè)歷史最低水位為1955年的12.15 m，而2014年實(shí)測(cè)最低水位下降到11.81 m并逐年降低，到2019年實(shí)測(cè)最低水位已降到10.75 m。隨著水位的不斷下降，原有的水位觀測(cè)設(shè)施已無(wú)法滿足觀測(cè)要求，為解決水位觀測(cè)、記錄的需要，增設(shè)了觀測(cè)水尺并使用壓力式水位計(jì)觀測(cè)水位，確保今后低水正常記錄。

2) 流量測(cè)驗(yàn)方面，由于上下游采沙造成的水力學(xué)特性的改變，測(cè)驗(yàn)河段逐年變化，水位流量關(guān)系因河床下切而逐年改變。因河床沖刷加劇，斷面變化明顯，原有的測(cè)點(diǎn)布設(shè)已經(jīng)不能滿足測(cè)驗(yàn)要求，需重新對(duì)測(cè)點(diǎn)布設(shè)進(jìn)行精簡(jiǎn)分析，合理布設(shè)測(cè)點(diǎn)，防止因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)的布設(shè)不合理而影響流量測(cè)驗(yàn)的結(jié)果。同時(shí)，還可以使用走航式ADCP等更為先進(jìn)的儀器完成測(cè)驗(yàn)工作。

3.2 水文資料整編

水位摘錄、流量資料按照原有的方法整編，但水位流量關(guān)系的變化、流量測(cè)驗(yàn)數(shù)量的增加等，增加了整編的工作量，整編的工作任務(wù)加重，需更加密切關(guān)注變化情況。

3.3 水文報(bào)汛

由于年最低水位的逐年下降，原有的浮子式水位計(jì)已不能滿足日常水位觀測(cè)要求，該站已安裝壓力式水位計(jì)，并通過(guò)遙測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)報(bào)，洪水期、枯水期的流量數(shù)據(jù)通過(guò)水位——流量關(guān)系實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)報(bào)。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，嶺下水文站因河道采砂以及洪水期的水流沖刷等因素河床逐年下切，使得水位、過(guò)水?dāng)嗝嫘螤詈兔娣e、流量等水文要素發(fā)生了很大的變化。測(cè)驗(yàn)斷面由于上下游采砂等人為因素，使斷面形態(tài)也隨之改變，年最低水位突然產(chǎn)生連續(xù)性急劇下降趨勢(shì)，該站水文要素的變化，導(dǎo)致資料序列的一致性受到很大影響，為今后利用增加了難度，無(wú)形中增加了很多工作量。隨著水位降低，原有浮子式水位計(jì)已不能滿足低水時(shí)的觀測(cè)要求，經(jīng)分析研究后決定，通過(guò)加設(shè)水尺以便觀測(cè)低水時(shí)的水位，并加裝壓力式水位計(jì)，保證在河床不斷下切的情況下，水文要素的全面監(jiān)測(cè)報(bào)汛和整編。同時(shí)，還需要根據(jù)已經(jīng)改變的河床特性重新布設(shè)測(cè)點(diǎn)，以滿足流量測(cè)驗(yàn)的需求。