辽宁省主要河流演变规律综合评价

2016-08-02许晓艳辽宁省水文局辽宁沈阳110003

东北水利水电 2016年3期

关键词：低度水文辽宁省

许晓艳（辽宁省水文局，辽宁沈阳110003）

辽宁省主要河流演变规律综合评价

许晓艳
（辽宁省水文局，辽宁沈阳110003）

［摘要］由于人类活动和气候变化等因素的影响，辽宁省河道形态以及径流都发生不同程度的变化，为此，进行辽宁省主要河流演变的综合评价研究，对辽宁省典型河流演变情况进行定量综合分析评价。

［关键词］辽宁省河流演变综合评价

随着人类活动和气候变化对河流自然功能的影响，导致辽宁省河道逐渐萎缩现象，河道形态以及径流都发生不同程度的变化，有相当部分河流生态功能出现问题。为此，进行了河流演变综合评价研究，探索辽宁省河流演变规律及成因，对辽宁省典型河流演变情况进行定量综合分析评价，成果可为制定河流生态保护措施以及水利工程规划和运用等方面都提供科学依据。

1　河流演变综合评价模型

1.1河流综合改变度

河流是自然界与人类交互作用的重要场所，具有生态和社会经济的双重属性。从河流形态结构、水文、水生态3方面出发，借用模糊数学思想，提出“河流综合改变度”，对河流演变情况进行综合分析。

1.2评价指标

确定河流演变评价指标体系。河道形态：采用特定水位下过水面积、最低点高程、河道过水能力来表征河道形态的变化特点。水文特性：包括径流、泥沙、洪水3项内容，分别采用年均流量、年输沙量、年最大洪峰流量表征。水生态：采用高锰酸盐指数、氨氮含量及鱼类物种数作为表征水质的指标。

1.3评价模型

河流要素“改变”与否及程度并无明确范围界定，是一个模糊概念。鉴于此，借助模糊数学提出“要素改变度”的概念。设有表征河流演变程度的要素统计量xi，其取值范围为[ai,bi]。若其在本底时段（被比较时段）t0的统计量为xi，0，时段t的要素统计量为xt，0。

若该指标降低时河流萎缩，增加时河流发育，则其改变度可表达为：

若该指标降低时河流发育，增加时河流萎缩，则其改变度可表达为：

式中：Di，t为要素i时段t的改变度，i=1，2，…，n；ai，bi为要素i取值范围的最大、最小值。当Di，t为负值时，河流呈萎缩状态；为正值时，河流呈发育状态。

为整体反映河流演变程度，需引入综合改变度概念。设某一个河段的演变特征由n项要素的统计量构成，则t时段河段特征可用如下矩阵表示：

按（1）或（2）计算指标i时段t的改变度Di，t，则河流/河段时段t的综合改变度Dt为

式中：ωi为要素i改变度在整体改变程度中的权重。研究采用二元比较法确定不同要素的权重。

为对河流改变程度进行定性、定量综合评价，需对不同Dt对应的等级进行界定，参照相关研究，确定改变度评价标准如表1所示。

表1　改变度评价标准

2　综合评价步骤

1）明确评价河段，收集、整理各河段河道的相关数据，确定指标上下限阈值。

2）采用要素改变度模型计算各指标的要素改变度。

3）分为河道形态、水文、水生态3个类别，分别确定各类别所属指标的权重，结合要素改变度和权重计算河道形态、水文、水生态3个类别的改变度。

4）采用二元比较法确定河道形态、水文、水生态3类指标的综合权重，计算河段综合改变度。

3　辽宁省河流演变评价

考虑到区域代表性及资料完整性，研究重点对辽宁省的辽河、浑河、太子河、大凌河河流演变情况进行综合分析。

3.1评价指标及阈值

1）河道形态指标及阀值。研究中参照相关研究成果，并综合专家经验及辽宁省实际特征，过水断面面积及过流能力最小值取为0，最大值取基准期统计值的3倍；最低点高程最小、最大值取观测系列中的最小/最大值。

2）水文特性指标及阀值。分别采用年均流量、年输沙量、年最大洪峰流量表征，该底时段（基准期）选为20世纪80年代前。研究中，年均流量、年最大洪峰流量、年输沙量以观测系列中的最大、最小值作为指标上下限阈值。

3）水生态指标及阀值。采用高锰酸盐指数、氨氮含量及鱼类物种数作为表征水质的指标，该底时段选为80年代前。高锰酸盐指数及氨氮参照河湖健康评价标准取I类水及V类水指标阈值作为最小、最大值；鱼类物种数最小值取为0，考虑到调查河段的鱼类物种数均呈减少趋势，并结合河湖健康评价标准，最大值设为河段1980年之前的鱼类物种数。

3.2河流改变度评价

以1980年作基准，分别计算1980—2011，1980—2000，2001—2011年各河段的河道形态、水文、水生态的改变度，以辽河铁岭站水文要素2001—2011年改变度为例，计算过程说明如下：

铁岭站2001—2011年水文特性矩阵为

水文要素边界矩阵为

根据公式（3）计算水文要素改变度矩阵为

研究中认为径流相较洪水略微重要，较泥沙明显重要，采用二元比较法确定权重，得到归一化的指标权重为：

ω＝［0.477 0.205 0.318］（8）

据此计算铁岭站断面2001-2011与本底时段相比水文要素综合改变度为-0.674，为高度萎缩。

3.2.1河流水文要素改变度评价

采用上述方法计算，与基准期相比，辽河1980—2011年水文要素改变度在-0.49~-0.32之间，福德店～石佛寺度区间低度萎缩，石佛寺以下中度萎缩。

太子河下游1980—2011年水文要素改变度为-0.285，为低度萎缩。其中，1980—2000年改变度为-0.219，为低度萎缩；2001—2011年改变度为-0.411，为中度萎缩。

凌河1980-2011年水文要素改变度在-0.64～-0.65之间，为中度萎缩。

3.2.2河流河道形态改变度评价

采用上述方法计算，认为主槽过水能力较主槽过水面积略微重要，较河道最低点高程明显重要，则归一化的权重为：

ω＝［0.318 0.205 0.477］

（9）由此计算，河道形态改变度。

与基准期相比，辽河1980—2011年河道形态改变度在-0.20～-0.10之间，为低度萎缩。其中，1980—2000年河道形态改变度在-0.14～-0.10之间，为低度萎缩；2001—2011年改变度在-0.26～-0.06之间，福德店～石佛寺河段基本稳定，石佛寺以下低度萎缩。

浑河1980—2011年河道形态改变度在-0.03～0.42之间，上、下游为基本稳定，中游为中度发育。其中，1980—2000年河道形态改变度-0.09～0.27之间，上、下游基本稳定，中游低度发育；2001—2011年改变度在0.03～0.64之间，上游基本稳定、中游为中度发育、下游为低度发育。

太子河参窝水库以下干流1980—2011年河道形态改变度为0.096，河道基本稳定。其中，1980—2000年改变度为0.087，河道基本稳定；2001—2011年改变度为0.117，为低度发育。

面对男孩的发问，我真的有几分欣慰。在有些人包括一些老师和家长的眼里，孩子在与异性同学交往的时候，面对初恋之情，一点儿也不会拒绝或根本没想过拒绝，以为孩子只会盲目地跳进“爱河”。但事实上并非如此，在我接待的来访学生中，那些涉足“爱河”的少男少女几乎都想从“爱河”里挣脱出来，不想过早地摘取爱的花朵，所以他们都会主动地前来寻求帮助。而且，即使是那些看似沉溺“爱河”的少男少女，其实有很多也是身不由己，不知道怎样才能不被“爱河”所淹溺，不知道向谁求助。

大凌河干流1980—2011年河道形态改变度在-0.21～-0.07之间，中游基本稳定，下游低度萎缩。其中，1980—2000年改变度在-0.23～-0.03之间，中游基本稳定，下游低度萎缩；2001—2011年改变度在-0.18～-0.14之间，为低度萎缩。

3.2.3河流水生态要素改变度评价

采用上述方法计算各河段水生态要素改变度，认为水生物种指标（鱼类物种数）较水化学指标（高锰酸盐指数、氨氮）略微重要，则归一化的权重为：

ω＝［0.286 0.286 0.428］（10）

由此计算可知，与基准期相比，辽河1980—2011年水生态改变度在-0.74～-0.66之间，石佛寺以上中度萎缩，石佛寺以下高度萎缩。其中，1980—2000年改变度在-0.66～-0.43之间，均为中度萎缩；2001—2011年改变度在-0.84～-0.76之间，均为高度萎缩。

浑河1980—2011年水生态改变度在-0.72～-0.19之间，大伙房以上河段低度萎缩；大伙房以下高度萎缩。其中，1980—2000年改变度在-0.75～-0.13之间，大伙房以上河段低度萎缩；大伙房以下高度萎缩；2001—2011年改变度在-0.73～-0.24之间，大伙房以上河段低度萎缩；大伙房以下高度萎缩。

太子河参窝水库以下干流1980—2011年水生态改变度为-0.468，为中度萎缩。其中，1980—2000，2001—2011年改变度分别为-0.460，-0.471，均为中度萎缩。

大凌河干流1980—2011年水生态改变度在-0.40 ～-0.01之间，中游低度萎缩，下游中度萎缩。其中，1980—2000年改变度在-0.40～-0.05之间，中游基本稳定，下游中度萎缩；2001—2011年改变度在-0.42 ～0.11之间，中游低度发育，下游中度萎缩。

3.3河流形态综合评价

在上述基础上，计算各河段河流综合改变度，认为水文要素较河道形态要素明显重要、较水生态要素显著重要，则河道形态、水文、水生态3要素权重为：

ω＝［0.243 0.568 0.189］（11）

计算各河流综合改变度，依据确定评价标准对各河流进行综合评价，具体成果，见表2。

表2　河流综合改变度及综合评价

整体综合评价分析看，与80年代之前相比，辽宁省典型河流1980年之后均呈现萎缩状态，其中2001—2011年萎缩程度整体略高于1980—2000年时段，萎缩程度最大的河流为辽河及大凌河，水文要素为关键主导因素。萎缩程度最小的为浑河。由于大伙房水库建库较早，所以浑河相对本底时段的萎缩程度明显低于中北部地区其他河流。