□鄭仕強(信陽水文水資源勘測局)
長臺關(guān)水文站位于信陽市以北23km 的長臺關(guān)鎮(zhèn),是淮河上游第二控制站,東經(jīng)114 °31′北緯32 °19′,控制流域面積3090km2,是河南省重點水文站。長臺關(guān)水文站地理位置特殊,控制河段內(nèi)有五大淮河橋梁工程,從上游至下游分別是滬陜高速公路淮河大橋,107 國道淮河大橋,京廣鐵路淮河大橋,石武客運專線淮河鐵路大橋和京珠高速公路淮河大橋,長臺關(guān)水文站所提供的水文情報直接關(guān)系到上述橋梁工程防汛決策,也關(guān)系到下游沿淮兩岸重要城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)的防汛決策,防汛任務(wù)重大。
長臺關(guān)站測流斷面位于基本水尺斷面下游35m 處,兩岸斷面樁間間距541m,斷面左岸上下游約100m 為砌石護坡,右岸為砂壤土緩坡,左、右岸均無堤,斷面河床為細沙河床。受洪水漲落影響,斷面局部變化頻繁,低水水位流量關(guān)系不穩(wěn)定。高水水位流量關(guān)系呈逆時針繩套。
2005年至2010年6年洪水中,每年選取最高洪水位對應(yīng)的洪峰流量與歷年平均洪峰水位流量關(guān)系對照分析(見表1)。
表1 2005-2010 實測最高洪峰水位流量與歷年洪峰水位流量對照表
從表中可以看出,2006-2010年實測洪峰流量遠遠大于歷年洪峰流量插線量,低洪峰水位實測洪峰流量與歷年洪峰流量誤差越大,這就有必要對長臺關(guān)站同級水位洪峰流量偏大原因進行分析。
根據(jù)流量計算公式Q=V×A 可知,同級水位流量變大有3種原因,第一、A 不變,V 變大;第二,V 不變,A 變大;第三,A、V都變大。對于天然河道,在無人為破壞因素的情況下,斷面變化一般處在一個動態(tài)平衡之中,也就是說,根據(jù)上游來水的不同,表現(xiàn)為有時沖刷,有時淤積,但多年平均變化不大,甚至不變。
洪水期天然河道中水流的平均流速,根據(jù)上游來水組成,斷面變化情況、河道底水情況、洪水漲落率的不同,以及是漲水段還是落水段,相差很大。對河道同級水位平均流速的研究,需要分別統(tǒng)計計算的相關(guān)因素較多。但總的來說,相似的洪水組成不應(yīng)有太大的差別,因而對影響流速的因素本文不再進行分析研究,本文只對影響流量的另一因素——斷面進行分析。
長臺關(guān)站測流斷面左岸為砌石護坡,堤頂高程76.50m,左岸邊坡高程多年未變。右岸為天然河道緩坡,斷面樁處高程76.69m,邊坡多年有少量變化。左右岸70.00m 以上高程邊坡無變化,邊坡資料對斷面資料變化分析無明顯影響,為便于統(tǒng)一計算斷面面積,所選斷面資料均為高程74.20 以下部分,所選斷面資料為2000年至2008年長臺關(guān)站汛后實測。
根據(jù)實測資料,逐年計算高程為74.20m 以下部分斷面面積,每年比上一年增加面積、累積增加面積、累積增加百分數(shù)見表2。
表2 高程74.20m 以下斷面相關(guān)數(shù)據(jù)面積計算表
根據(jù)上表計算數(shù)據(jù),繪制長臺關(guān)站年斷面變化趨勢圖(見圖1)、面積累計增加圖(見圖2)、面積累計變化百分數(shù)圖(見圖3)。
圖1 長臺關(guān)站2000-2008年實測面積變化趨勢圖
圖2 長臺關(guān)站2000~2008年積累面積增加圖
圖3 長臺關(guān)站2000-2008年面積累計增加百分數(shù)圖
根據(jù)上述資料,不難看出,從2000年至2008年的9年間,長臺關(guān)站74.20m 高程以下斷面在逐年變大,也就是說,河床在逐年沖刷、下切降低。9年的時間,74.2m 高程以下面積累積增加了557.3m2,增幅達20.12%,高程74.20m 以下部分河床平均下切1.11m,南岸河床420.0m 起點距處下切達2.50m。
長臺關(guān)站同級水位洪峰流量偏大的主要原因是河床的沖刷、下切,使得同級水位斷面面積增大,在來水條件不變的情況下,相同水位過水面積增大,根據(jù)公式Q=V×A 可知,A 增大,Q也隨著變大。根據(jù)表1計算數(shù)據(jù)可知,2008年與2000年相比較,如洪峰水位同為74.20m,則2008年洪峰流量比2000年洪峰流量偏大達20.13%;如洪峰水位低于74.20m,則偏大百分數(shù)更多。因而。早期水位流量預報圖表因現(xiàn)階段河道斷面變化已經(jīng)不能滿足防汛及生產(chǎn)、生活的需要。
為此建議一要加強流域水土保持,防止河岸崩塌;控制河沙開采量,保持來沙取沙平衡,河道工程要充分論證,盡可能保持天然河道狀態(tài);二要測站增加先進儀器施測,提高流量施測精度;三要對現(xiàn)有預報圖表進行修訂,控制預報誤差,更好地為防汛抗旱決策提供服務(wù)。