大辽河下游感潮河段潮汐变化规律分析

赵显冲

(辽宁省铁岭水文局，辽宁 铁岭 112000)

大辽河由浑河、太子河汇流而成，承担着两岸盘锦、营口等6个县(区)的110万亩水田灌溉任务。大辽河下游系感潮河段，受潮汐影响较大。灌溉期或干旱年份，河道天然流量减少，河水盐分升高，需要通过上游水源补水来满足灌溉的水量要求，涉及到水田供、补水的一系列技术问题。分析大辽河水田供补水的有关技术，对指导大辽河两岸水田供补水，加强辽宁中部地区灌溉和水库调度具有重要意义，对制定灌溉期全省农业用水定额及促进水行政部门对水资源的统一管理起到重要作用。近年来，对于大辽河感潮河段潮汐变化的研究取得一定成果，但是对整个感潮河段潮汐变化，尤其是常系列潮汐规律研究还较少。此外感潮河段潮汐受上游来水影响较为明显，需要结合上游不同量级来水对其潮汐规律进行分析。为此本文结合大辽河三岔河、营口、田庄台3个主要潮位站1962—2020年高、低潮资料及上游不同量级来水影响进行分析。研究成果对于大辽河感潮河段潮汐影响范围及沿河灌区最优取水时间具有重要参考价值。

1 潮汐概况

大辽河全长约97.5km，流域面积1962km2(不包括浑河、太子河流域面积)，设有1个水文站和2个潮水位站，站点相关距离见表1。大辽河地处冲击平原，两岸地势平坦，河道迂回曲折，流域内土质主要以壤土和亚黏土为主。受海水涨潮影响，涨潮时，海水自河口向三岔河方向逆流，由于河槽断面逐渐变小，河道弯曲段增多，断面不规整，水流逆坡上溯等原因，潮波进入河口后，能量逐渐消弱而变形，即潮差之间变小，涨潮历时缩短而落潮历时拉长，潮流速和潮流量随着潮水向上游推进距离的增加而减少，潮波传播速度有明显递减现象。落潮时海水动能减弱，河水占据一定优势，此时河水、海水混合水体向河口方向波动，直至下一个周期，现象重复出现，此即为大辽河潮汐现象。

表1 大辽河水文站网及相关站(地)点距离表 单位：km

2 潮汐变化规律分析

2.1 年高潮位变化分析

结合大辽河下游营口站、田庄台站、三岔河站1960—2020年高潮潮位实测资料，对各站点年高潮潮位变化特征进行分析，如图1所示。

图1 大辽河下游各潮位站1960—2020年高潮潮位变化

从大辽河下游各潮位站1960—2020年高潮潮位变化可看出，均呈现递减变化，但营口站、田庄台站近58年高潮位递减变化趋势较弱，采用非线性变化趋势检验方法对其变化趋势进行检验，其经验值分别为-0.825和-0.623，均未通过90%的显著性检验。三岔河作为大辽河入海前的潮位站，1960—2020年潮位递减趋势检验值为-1.453，达到90%的显著性检验。通过分析大辽河各潮位站的涨潮历时，河口向上游至三岔河，由于河槽断面逐渐缩小，河道弯曲段增多，断面不规正，水流逆坡上溯等原因，潮流进入河口之后因能量逐渐削弱而变形，即潮差渐渐变小，相应的涨潮历时缩短，落潮历时拉长。潮流速和潮量也随着潮水向上游推进距离的增加而减少。潮波传播速度有明显的递减现象。此外，从不同年代际大辽河下游各潮位站均值变化统计结果(见表2)可看出，近58年营口潮位递减幅度为-0.002mm/10a，田庄台潮位递减幅度为-0.0014mm/10a，三岔河站潮位递减幅度最高为-0.009mm/10a。

表2 不同年代际大辽河下游各潮位站潮位均值分析

2.2 营口、田庄台月高潮位相关分析

结合营口和田庄台2站5—8月高潮位观测数据，统计分析2个潮位站不同月份高潮位的相关性，结果如图2所示，见表3。

表3 营口和田庄台2站不同月份高潮位相关拟合方程

图2 营口和田庄台2站5—8月高潮位相关关系分析

从营口和田庄台2站5—8月高潮位相关关系分析，2站点相距27km，从潮位相关分析结果可看出，5月和8月其相关性较好，相关系数均高于0.5，而6月和7月相关性较低，相关系数低于0.2。5月、8月由于大辽河上游来水较小，潮水几乎不受上游来水影响，因此相关性最好，6月、7月上游易出现不同程度的洪水，潮水受上游洪水影响较为严重，因此相关性最差。从近58年的营口和田庄台2站年最高潮位数据分析，其相关性和总的趋势相差不大。随着潮水位的涨落潮流量也随之增大或减小。潮水位越高，潮流量亦越大，反之，潮流量减小。

2.3 营口、三岔河月高潮位相关分析

结合营口和三岔河2站5—8月高潮位观测数据，统计分析2个潮位站不同月份高潮位的相关性，结果如图3所示，见表4。

图3 营口和三岔河两站5—8月高潮位相关关系分析

表4 营口和三岔河2站不同月份高潮位相关拟合方程

从营口和三岔河2站5—8月高潮位相关关系分析，其各月高潮位相关系数均低于营口站和田庄台站，营口站和三岔河站之间的距离为82.5km，受海水涨潮影响，涨潮时，海水自河口向三岔河方向逆流，由于河槽断面逐渐变小，河道弯曲段增多，断面不规整，水流逆坡上溯等原因，潮波进入河口后，能量逐渐消弱而变形，即潮差之间变小，随着潮水波传播距离的增加，也使得营口站和三岔河站高潮位相关系数有所降低，但总体相关趋势还是一致的，即5月和8月的相关系数较高，而6和7月的相关系数较低。5月、8月由于大辽河上游来水较小，潮水几乎不受上游来水影响，因此相关性最好，6月、7月上游易出现不同程度的洪水，潮水受上游洪水影响较为严重，因此相关性最差。

2.4 田庄台、三岔河月高潮位相关分析

结合田庄台和三岔河2站5—8月高潮位观测数据，统计分析2个潮位站不同月份高潮位的相关性，结果如图4所示，见表5。

表5 田庄台和三岔河2站不同月份高潮位相关拟合方程

图4 田庄台和三岔河2站5—8月高潮位相关关系分析

从结合营口和三岔河2站5—8月高潮位观测数据，统计分析2个潮位站不同月份高潮位的相关性，结果可以看出田庄台和三岔河相关性总体好于营口和三岔河各月最高潮位的相关性，田庄台和三岔河之间的距离为58km，相比于营口站，田庄台和三岔河之间潮水波传播距离更短，使得其相关系数有一定程度的提高。8月份由于上游来水较少，对其潮位传播影响程度较低，使得营口站和三岔河站之间高潮潮位的相关系数在8月份可以达到0.6966，而同样5月份上游来水也较少，其相关系数也可达到0.3699。但和营口站有所不同，田庄台和三岔河站在7月份高潮潮位的相关系数可达到0.5282，明显好于营口站在7月份的相关系数，通过分析主要是因为田庄台到三岔河为大辽河感潮河段的主潮流段，潮汐影响明显，降低了其上游来水的影响，因此在7月上游来水较大情况下，营口和三岔河2站的高潮潮位相关性也可达到0.5282，由此在主汛期可以通过7月和8月田庄台和三岔河高潮潮位拟合方程，结合上游田庄台潮位站的潮位资料对下游三岔河潮位站的高潮潮位进行经验相关预报。

3 上游来水对三岔河潮汐影响分析

浑河、太子河在三岔河进行交汇形成大辽河入渤海，大辽河感潮河段上游来水分为3个部分，第1部分为浑河干流的邢家窝棚水文站(交汇处上游水文站)、第2部分为太子河干流唐马寨水文站(交汇处上游水文站)，第3部分为太子河支流海城水文站(唐马寨-三岔河的区间入流)，3个部分的组合流量为三岔河站上游来水流量。本文分别结合邢家窝棚、唐马寨、海城水文站不同年份流量值，进行组合成合成流量，结合对应时期三岔河潮位及潮位状态，对上游来水对三岔河潮差影响进行分析，结果见表6。此外对上游不同来水流量和三岔河潮位进行相关分析，结果如图5所示。

表6 1990—2020年三岔河站年最高潮位及上游站对应流量表

(续表)

图5 游洪水流量与三岔河水位相关

通过对大辽河三岔河站1990—2020年年最高潮位数据以及上游来水流量500m3/s以上的16场典型洪水数据进行分析近30年间营口、田庄台站潮位变化相对稳定，三岔河站在1994—1996、2005、2010、2012年最高水位均超过5m，1995年达到6.64m，水位均超过了营口及田庄台高潮潮位，通过分析三岔河上游浑河邢家窝棚站、太子河唐马寨站以及太子河支流海城河海城站对应时间流量数据，建立流量与潮水位关系图可知，在1994—1996、2005、2010、2012、2020年，上游河道来水量较大，三岔河水位偏高是受潮水和河道来水相互顶托影响所致。综合1990—2020年30年间三岔河上游来水与潮位的关系可得出，洪水期当三岔河上游来水量超过2000m3/s时，三岔河无明显的超差现象，即潮汐现象消失。

4 结论

(1)营口、田庄台2断面高潮出现的时间差为1～3h，低潮出现的时间差为1～4h；营口、三岔河2断面高潮出现的时间差为4～5h，低潮出现的时间差为5～6h，营口站与田庄台站相关性比营口站与三岔河站相关性好，各站点5月和8月高潮潮位拟合方程可用来进行上、下游潮位经验相关预报。

(2)当上游流量在1000m3/s左右时，三岔河潮汐现象有一定影响，但潮汐现象不消失；当上游流量超过2000m3/s时，三岔河潮汐现象消失。

(3)大辽河上游来水时间及分布对三岔河站潮汐影响较大，在后续研究中还需对上游来水对其潮汐影响进行分析，从而确定大辽河沿河灌区的最优取水时段。