辽宁主要河流形态演变及其主槽过流能力分析
2018-07-18岳亮亮
岳亮亮
(辽宁省江河流域管理局,辽宁 沈阳 110003)
河流形态是河流演变主要表征指标。辽河是辽宁省第一大河流,在辽宁省内流域总面积40988km2,河长554km。浑河为辽东最大河流,全长495km,流域面积13444km2。太子河为辽东南较大河流,干流全长413km,流域面积13883km2,多项成果从水文、水力学角度对辽浑太三河的河流演变进行了相关研究[2- 8],而从三河河流形态及其主槽过流能力的研究还较少,而河流形态及其主槽过流能力对于河流综合治理规划十分重要。为此本文对辽浑太三河河流形态演变及主槽过流能力进行分析,为各河综合治理规划提供重要数据支撑。
1 研究方法
辽浑太三河受断面冲淤变化影响,水位流量关系较为紊乱,本文采用指数函数对各河主要控制站点的水位流量关系进行拟合分析,年内多场洪水水位~流量关系差异性较大,选取每场洪水的最大洪峰流量对其水位~流量关系进行拟合分析,分析方程为:
Q=K(Z-Z0)n
(1)
或
lnQ=lnK+nln(Z-Z0)
(2)
式中,Q—断面流量,m3/s;Z—断面水位,m;Z0—河流断流时期的水位,m,水位值均采用水文测验方法中的三点法[9]进行计算得到。针对不同来水期水量差异性较大的特点,结合不同来水期的过流能力特征,主要选取大水年份作为典型代表年份,分析辽浑太三河的河道主槽过水能力的变化特性。
2 研究结果
2.1 辽浑太三河主要控制站横断面演变
(1)辽河
考虑到代表性及资料完整性,研究中选择辽河干流福德店、铁岭、六间房水文站为代表站点,分析河道形态变化规律。各站点河床形态结构如图1所示。
由图1可知:1960~2010年间,福德店站断面形态发生一定变化,20世纪60年代福德店站河床相对较浅,70~80年代河床逐渐变深、变窄,90年代起,河床逐渐变宽。铁岭站断面宽度逐渐变小,中泓线逐步向左岸偏转,在铁岭站进行迁移前变化更为突出,六间房站大断面变化较大。其中,主槽位置相对稳定,但主槽深度年际差异显著;此外,两岸滩地形态结构变化也十分明显。
(2)浑河
综合考虑浑河各主要控制站点的数据完整程度,选取浑河干流主要控制站清原、东陵、黄腊陀以及邢家窝棚四站进行河道形态演变规律的分析,分析结果如图2所示。
图1 辽河主要站点横断面演变过程
图2 浑河主要站点横断面演变过程
从图2中可看出,清原站在1976~2015年横断面发生一定程度的变化,其中河流左侧变化较大,右侧变化较为平稳。河流宽度逐步较大,深度逐步加深,断面中泓逐渐向左侧进行偏移变化。东陵站横断面变化较为明显,相对与北口前站断面位置较为稳定。黄腊陀站在1970~2010年横断面发生一定程度的演变,断面深度逐步加深。邢家窝棚站主河槽逐渐向右侧进行偏移变化。下游唐马寨站主槽由于水利工程修建影响,主槽向右岸进行偏移变化。
(3)太子河
综合考虑太子河各主要控制站点的数据完整程度,选取太子河干流主要控制站小林子、唐马寨两站进行河道形态演变规律的分析,分析结果如图3所示。
图3 太子河主要站点横断面演变过程
从图3中可看出,太子河主要控制站本溪站横断面变化较为平稳,通过调查分析,小林子站主要位于城区段,其断面固化较为严重。下游唐马寨站河道主槽呈现一定程度的变化,右侧滩地逐步缩小的变化趋势。
2.2 浑河、太子河主要控制站纵断面演变规律分析
(1)浑河
选取浑河干流清原、东陵、黄腊陀、邢家窝棚站作为代表站点,分析浑河纵断面变化情况,分析结果如图4所示。
图4 浑河纵断面变化情况
由图4可知,浑河纵断面整体变化不大,且呈上游变化小,下游变化大的趋势。整体来看,变化最剧烈的时段为1990~1995年及1995~2000年,其原因为1995年特大洪水对浑河河道的冲刷十分严重。由此可见,大洪水对河流纵断面影响较大。
(2)太子河
选取干流本溪、辽阳、小林子、唐马寨为控制站点,分析太子河干流纵断面变化情况,如图5所示。
图5 太子河纵断面变化情况
由图5可知,太子河纵断面整体变化不大,且呈上游变化小,下游变化大的趋势,变化最显著的是下游唐马寨水文站。整体来看,变化最剧烈的时段为1975~1980年及2000~2005年。
2.3 辽浑太三河主槽过流能力分析
(1)辽河
以辽河干流铁岭、辽中水文站为代表站,建立水位-流量关系曲线,并分析特定水位条件下的过流能力,见表1、2。
表1 铁岭水文站不同年代过流能力分析
注:60.0m接近铁岭站2014年警戒水位。
表2 辽中水文站不同年代过流能力分析
注:14.0m接近辽中站2014年警戒水位。
由表1、2可知,辽河铁岭、辽中站水位-流量关系拟合较好,R2均在0.97之上。分析可知:辽河铁岭站及下游辽中站过流能力整体呈现下降趋势。
(2)浑河
选取浑河干流清原、东陵、黄腊陀水文站为代表,通过建立清原、东陵、黄腊陀的水位-流量关系曲线,分析其过流能力,见表3、4、5。
表3 清原前站不同年代过流能力分析
注:173.0m为北口前站观测资料中较高水位。
表4 东陵水文站不同年代过流能力分析
注:76m略高于抚顺站2014年警戒水位。
表5 黄腊陀水文站不同年代过流能力分析
注:9.2m约为邢家窝棚站2014年警戒水位。
从表3~5可看出,浑河各站水位-流量关系拟合度较高,拟合系数高于0.92,通过分析可以看出,浑河东陵站断面过流能力呈现增加趋势,清原站及黄腊陀站断面过流能力总体变化较为平稳。
(3)太子河
选取太子河干流唐马寨站、小林子水文站为代表,建立水位-流量关系曲线,并分析特定水位条件下的过流能力,见表6、7所示。
表6 唐马寨站不同年代过流能力分析
注:107.0m接近本溪站2014年警戒水位。
从表6~7中可看出,太子河各站水位-流量关系拟合度较高,相关系数在0.92以上,通过分析太子河各站河道断面过流能力变化总体较为稳定。
3 研究结论
(1)人类活动对辽浑太三河非城市段的河流形
表7 小林子水文站不同年代过流能力分析
注:11.9m为小林子站2014年警戒水位。
态总体影响较小,城市段受人类活动影响,固化较为严重,天然形态受到一定程度的影响。
(2)辽浑太三河部分河段呈现一定的下降趋势,总体变化较为稳定,在部分河段治理规划中应加大主槽的过流能力,提高河段行洪能力。
(3)本文未对辽浑太三河河床形态的演变进行研究,以后还需增加此部分的研究。