袁慶江

(嵊州市水文站,浙江 嵊州 312400)

1 問題的提出

長樂江兩岸是嵊州市的主要糧食產(chǎn)區(qū),人口密集,交通便利,在歷屆縣委、縣政府的領(lǐng)導(dǎo)下,通過近30 a的治水工程建設(shè),基本改變了洪、旱災(zāi)害頻繁的局面。從長樂鎮(zhèn)到城關(guān)鎮(zhèn)沿江兩岸的7萬多公頃農(nóng)田基本實(shí)現(xiàn)旱澇保收、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)目標(biāo),其蓄積的水資源保障了沿江兩岸人民生產(chǎn)、生活用水量需求,促進(jìn)了這一地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展。

為了研究涉水工程建設(shè)對河道水文特性的影響,在大規(guī)模水庫和主要河道整治工程結(jié)束后,曹娥江流域水文勘測隊(duì)立即恢復(fù)了停測多年的西球水文站,并在流域內(nèi)開展了連續(xù)8 a的面上水文調(diào)查與定點(diǎn)水文觀測,取得了大量第一手水文資料。本文旨在通過對工程前后水文資料的分析、比較,了解有關(guān)涉水工程建設(shè)對河道水文特性的影響及程度,供水利工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)參考。

2 流域概況[1].

長樂江發(fā)源于東陽市西營鄉(xiāng)火星尖,干流長69.4 km,較大支流有7條,西球水文站位于長樂江的下游,控制面積858 km2,斷面以下3 650 m處與澄潭江匯合 (見圖1)。為了開發(fā)利用流域的雨洪資源,至1990年,流域內(nèi)已建成大型水庫1座,中型水庫3座,小 (1)型水庫11座,小(2)型水庫42座(串聯(lián)水庫只統(tǒng)計(jì)最下游的1座水庫,庫內(nèi)庫不作統(tǒng)計(jì)),水庫總計(jì)控制集雨面積396 km2,占西球站集雨面積的46.2%,總庫容1.71億m3,正常庫容共計(jì)1.26億m3,防洪庫容0.45億m3。

3 涉水工程建設(shè)對西球站水文特性的影響

除大量興建蓄水程外,從1977年起,從長樂鎮(zhèn)太平橋到城關(guān)鎮(zhèn)匯合口河道開始裁彎取直、兩岸筑堤縮小灘地,河道整治使這一河段的河長從34 km縮短到27.2 km,新河道于1979年12月全線通水。為分析這些水利工程興建前后水文特性的變化,已停測11 a的西球水文站于1980年重新恢復(fù)測流,并以1955—1970年和1980—1990年的實(shí)測流量、流域內(nèi)降雨量和水庫的蓄水等資料為基礎(chǔ),采用以下方法進(jìn)行分析[2].。

圖1 長樂江水系圖

3.1 分析方法

(1)用1965年前水利工程影響較小時(shí)的西球站降雨、徑流資料,按照暴雨中心位置分析出不同單位線[3].(以下稱I型單位線),并根據(jù)實(shí)測降雨過程推算洪峰流量,精度見表1。

表1 西球站I型單位線推流誤差統(tǒng)計(jì)表 (河道治理前)

(2)將西球站1980—1990年的實(shí)測較大的洪水流量過程進(jìn)行還原[4].,就是把各類水庫在每次洪水中的攔 (或蓄)泄水量過程演算至西球水文站,并與西球站的實(shí)測同時(shí)段疊加,還原成不受水庫調(diào)節(jié)影響的流量。其中南山水庫攔蓄的流量過程用馬斯京根法演算到西球站,中小型水庫用時(shí)段攔蓄水量換算成西球站的凈雨深,然后用單位線推算流量過程。10 a中還原計(jì)算的洪水每年至少1次,以能確認(rèn)年最大流量為最低要求。1981—1990年共還原計(jì)算洪水16次。10 a中每年的實(shí)測年最大流量與還原后的最大流量見表2,并按上述方法分析受水利工程影響后的單位線(以下稱Ⅱ型單位線)。

表2 西球站實(shí)測年最大流量與還原后的最大流量對照表 m3/s

(3)用蓄滿產(chǎn)流模型計(jì)算凈雨深[5].,用I型、II型單位線和流域平均降雨量分別計(jì)算了1956—1990年每年的最大洪水流量。為了保證年最大,有些年份需要計(jì)算2～3次暴雨洪水,這樣計(jì)算1場降雨就得到3種或4種,最少也有2種(停測期間)流量過程。西球站實(shí)測流量過程、還原后流量過程見圖2。

圖2 西球水文站1987年7月28日洪水流量過程線圖

3.2 水文特性影響

通過以上分析,興建水庫、整治河道對水文特性的影響主要有以下幾方面:

(1)水庫對洪水的調(diào)節(jié)作用[6].。在前期比較干旱的情況下,由于水庫蓄水較少,降雨初始階段各類水庫都攔蓄了其集水區(qū)內(nèi)的幾乎全部來水量,流入河道的只有發(fā)電和灌溉用的水量,隨著累積雨量的增加,水庫按集水面積與庫容的反比關(guān)系逐個(gè)蓄滿泄洪,當(dāng)所有水庫都達(dá)正常蓄水時(shí),則只有防洪庫容可以起調(diào)節(jié)作用。如果前期雨量充沛水庫蓄水較多時(shí),則對洪水的調(diào)節(jié)作用就較小。此時(shí),小(2)型與小(1)型水庫基本上不起調(diào)節(jié)作用。對暴雨洪水起調(diào)節(jié)作用的主要是南山水庫,其次是中型水庫。

(2)水庫對枯水流量的影響。枯水期由于農(nóng)田灌溉和發(fā)電的需要水庫大量放水,灌溉水量中一部分通過田間和渠道滲漏回歸河道,使西球站的枯水流量大大增加,根據(jù)1981—1990年10 a的資料統(tǒng)計(jì),枯水期流量明顯增加,水庫調(diào)蓄作用使西球站10 a中的月徑流分配明顯比未建庫時(shí)期均勻。

(3)河道整治對徑流過程的影響。長樂江在整治前河道彎曲,水流平緩,河道中沙灘多,洪水時(shí)兩岸河漫灘寬,灘地上多竹林樹木,兩岸堤壩無統(tǒng)一防洪標(biāo)準(zhǔn),較大洪水時(shí)漫堤潰堤多,分洪滯洪水量多,經(jīng)整治后兩岸堤防有了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),河道變成按設(shè)計(jì)斷面和設(shè)計(jì)坡度開挖的人工河,成為渠化河道。整治后河道順直彎曲少,河寬縮小,河底及岸壁平整,因此糙率大大減小,治理前西球站的高水糙率n值為0.048左右,整治后n值從通水初期的0.028左右到現(xiàn)有的0.023左右,由于河槽接近矩形,其 n值也接近常數(shù),高中低水位時(shí)變化不大。由于治理后流速增大,洪水傳播時(shí)間縮短,西球站的匯流時(shí)間從治理前的14 h減小到現(xiàn)在的8 h。

河道整治后由于洪水時(shí)原河道漫灘沒有了,槽蓄量減少,對洪水的調(diào)節(jié)能力大大減弱,漲洪歷時(shí)縮短,洪峰流量加大。從表4中可以看出,1956—1990年的35 a中,年最大洪峰流量平均增加了21.0%。由于暴雨的時(shí)空分布不同,移動方向不同,影響的程度也不相同。如1962年和1989年的2次較大洪水,前者由于雨量在面上的分布比較均勻,降雨歷時(shí)較長。根據(jù)計(jì)算比較,治理后其洪峰流量只增加了15.2%;而1989年9月16日的洪水,流域平均雨量在9月15日23時(shí)至 16日2時(shí)的3 h內(nèi)占次雨量的48.6%,降雨歷時(shí)短且集中,暴雨中心隨著臺風(fēng)從上游向下游移動,因此其洪峰流量因河道治理而增加了57.7%。河道整治前后西球站各年最大流量對照結(jié)果見表4。

3.3 徑流資料使用

如果流域產(chǎn)流和匯流條件沒有發(fā)生變化,水文站的斷面實(shí)測流量滿足一致性要求,設(shè)計(jì)洪水推求就比較簡單。類似長樂江那樣受人類活動嚴(yán)重影響流域的設(shè)計(jì)洪水,必須針對影響因素,采用相應(yīng)方法將實(shí)測流量還原后進(jìn)行水文分析計(jì)算,才能推求得可靠的設(shè)計(jì)洪水成果。如果流域內(nèi)因水庫攔蓄水量較多使水文站斷面實(shí)流測量偏小,須把建庫后攔蓄水量過程演算到指定斷面與實(shí)測流量疊加獲得洪峰流量系列;如果河道進(jìn)行了堤防、裁灣等整治,則因糙率減小、河長縮短、洪水歸槽等使得洪峰流量加大,洪水傳播時(shí)間縮短,必須把整治前的實(shí)測資料通過匯流演算還原成現(xiàn)狀河道的洪水過程和洪峰流量系列。否則將影響工程安全。

4 結(jié) 語

興建水庫和整治河道將對所在流域的水文特性造成明顯影響。洪水期已建水庫的調(diào)蓄作用消減了下游河道的洪峰流量,枯水期水庫的調(diào)蓄作用加大了河道的枯水流量,

徑流的年內(nèi)分配更加均勻;河道整治特別是兩岸筑堤、裁彎取直使得河床糙率減小、河長縮短、洪水歸槽,造成河道槽蓄能力減小、洪峰流量增加、洪水傳播時(shí)間縮短。類似地區(qū)水文資料的一致性要求明顯得不到滿足,直接利用實(shí)測資料進(jìn)行水文分析存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。因此,必須針對影響因素,采用相應(yīng)方法將實(shí)測流量還原后進(jìn)行水文分析計(jì)算,才能推求得可靠的設(shè)計(jì)洪水成果。

[1].謝雨明.嵊州市水利志 [M]..杭州:浙江大學(xué)出版社,2004.

[2].黃振平.水文統(tǒng)計(jì)原理 [M]..南京:河海大學(xué)出版社,2002.

[3].曹貴才.水文預(yù)報(bào) [M]..北京:水利電力出版社,1994.

[4].林益東,孫保沭,林麗蓉.工程水文學(xué) [M]..南京:河海大學(xué)出版社,2003.

[5].芮孝芳.徑流形成原理 [M]..南京:河海大學(xué)出版社,2004.

[6].李益民,段佳美.水庫調(diào)度[M]..北京:中國電力出版社,2003.