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        遼河流域橡膠壩地形測量及沖淤變化探析

        2017-01-11 06:57:05
        水利技術(shù)監(jiān)督 2016年5期
        關(guān)鍵詞:深度

        張 炎

        (大伙房水庫管理局,遼寧 撫順 113007)

        遼河流域橡膠壩地形測量及沖淤變化探析

        張 炎

        (大伙房水庫管理局,遼寧 撫順 113007)

        遼河干流13座橡膠壩建成使用后,通過對橡膠壩泥沙淤積情況分析,為研究遼河干流河道泥沙沖淤變化、橡膠壩淤積防治等基礎(chǔ)研究積累資料,為遼河干流及其支流生態(tài)建設(shè)提供依據(jù)。

        橡膠壩;測量;沖淤變化;淤積深度

        1 概況

        遼河發(fā)源于河北省七老圖山脈光頭山,總流域面積193 770km2,總河長1 390km。遼河在遼寧省內(nèi)流域總面積41 836 km2,其中遼河干流的流域面積37 927 km2,河長521km。遼河干流的主要支流有招蘇臺河、亮子河、清河、中固河、柴河、汎河、秀水河、養(yǎng)息牧河、柳河,流域內(nèi)山丘區(qū)面積占總流域面積的48%。遼河干流縱貫遼寧省的遼北康法丘陵區(qū)與下遼河平原區(qū),流經(jīng)遼寧省中部的鐵嶺、沈陽、鞍山、盤錦4個市。其河谷開闊,地勢平坦,河道迂回曲折,河道比降小,泥沙淤積嚴重,是遼寧省匯流時間最長、泄洪能力差的河流。

        本文搜集了13座橡膠壩基礎(chǔ)資料,并對13座橡膠壩位置、實際運行情況和上下游工況進行了實地考察。13座橡膠壩分別為和平、通江口、五棵樹、老邊、平頂、雙安橋、新調(diào)線、七星山、馬虎山、毓寶臺、滿都戶、紅廟子、大張橡膠壩,以此來研究遼河流域沖淤變化情況。

        2 測量方法及作用

        采用全站儀、測深儀與 G P S定位相結(jié)合的方式進行,13座橡膠壩水下地形勘測方法,主要采用G P S和自動測深儀相結(jié)合,采用機船做載體,采用密集S型走航式施測,縱向河段每隔50m左右取一橫斷面,各橡膠壩蓄水區(qū)一般均從壩前起測量至上游河段1 000m以上(上游目測無明顯淤積灘地終止),精度高且點據(jù)密集;岸上部分采用全站儀施測。

        通過對13座橡膠壩汛前及汛后的地形圖(圖略)對比分析,在橡膠壩運行前后庫區(qū)地形圖上沿河布設(shè)斷面,找出橫斷面高程點子平均,得出橡膠壩橫斷面平均高程,多個橫斷面平均,求出橡膠壩蓄水區(qū)平均高程。采用對比法,資料完整的橡膠壩分析對比建成時橡膠壩蓄水區(qū)平均高程和本次測量計算結(jié)果,推求出沖刷、淤積變化情況,對地形圖上,點子稀少的參考典型橡膠壩淤積規(guī)律和實際勘察推求淤積深度,從而可以推求橡膠壩運行后庫區(qū)淤積量及深度。

        3 分析橡膠壩運行后庫區(qū)淤積量、深度

        首先分析遼河干流各控制站徑流量、輸沙量和實測大斷面沿程變化情況。徑流量沿程變化如圖1所示。

        圖1 2010~2013年多年平均徑流、輸沙沿程變化

        由圖1可知,遼河干流2010~2013年多年平均徑流量和泥沙量沿程變化總體上呈現(xiàn)出增大的趨勢。福德店至鐵嶺段多年平均徑流和輸沙量增長幅度較大,分別從9.31億m3和49.7萬t增長到32億m3和198.5萬t;鐵嶺至馬虎山段多年平均徑流量增長幅度較小,僅比鐵嶺站增加了6.8萬 m3,為38.8億m3,受石佛寺水庫影響,馬虎山站多年平均輸沙量小于鐵嶺站;馬虎山站以下河段的多年平均徑流量變化幅度不大,基本穩(wěn)定在40億m3左右,但是輸沙量增長幅度遠大于徑流量增長幅度,與福德店至鐵嶺段增長幅度相似,從馬虎山站的146.6萬t增長到六間房站的324.8萬t。

        從遼河干流控制站2009~2012年大斷面平均沖於深度看,福德店2009~2011年連續(xù)淤積,淤積深度分別為0.027、0.035、0.056m;2012年沖刷,沖刷深度為0.022m。鐵嶺2009年淤積,淤積深度為0.033m;2010~2012年連續(xù)沖刷,沖刷深度分別為0.058、0.04、0.002m。馬虎山2009年淤積,淤積深度為0.039m;2010年沖刷,沖刷深度為0.317m;2011~2012年連續(xù)淤積,淤積深度分別為0.074和0.068m。平安堡2009~2012年連續(xù)淤積,淤積深度分別為0.043、0.022、0.017和0.061m。遼中2009~2010年連續(xù)淤積,淤積深度分別為0.037和0.085m;2011年沖刷,沖刷深度為0.081m;2012年淤積,淤積深度為0.059m。六間房2010年淤積,淤積深度0.053m;2011年沖刷,沖刷深度0.042m;2012年淤積,淤積深度為0.146m(沖淤深度為整個斷面平均深度)。

        實測大斷面沖淤變化見表1。

        表1 遼河干流控制站2009~2012年大斷面沖淤深度變化 m

        4 橡膠壩庫區(qū)淤積量、深度進行分析

        4.1 對典型橡膠壩庫區(qū)淤積量、深度進行分析

        根據(jù)遼河局提供的橡膠壩設(shè)計方案及所測地形圖,其中有2個橡膠壩地形圖河道過水部分及岸上數(shù)據(jù)比較完整,選取數(shù)據(jù)完整的大張和紅廟子橡膠壩設(shè)計方案所測地形圖與2014年7月實測橡膠壩地形圖進行比對,用三角網(wǎng)法計算出建壩前與現(xiàn)在相對于海平面的土方量,分析建壩前與本次測量橡膠壩蓄水區(qū)河段沖淤變化情況,見表2。

        表2 大張、紅廟子橡膠壩庫區(qū)運行前后淤積量、深度計算

        由表2可以看出,本次測量大張橡膠壩相比建壩時分析河段內(nèi)河道平均淤積0.38m,紅廟子橡膠壩相比建壩時分析河段內(nèi)河道平均淤積0.21m。

        4.2 對13座橡膠壩庫區(qū)淤積深度進行分析

        2014年7月,對遼河干流河段內(nèi)13個橡膠壩蓄水區(qū)河段進行了水上及水下地形測量工作,通過實地測量、分析整理、繪制圖表等,將得出的各橡膠壩蓄水區(qū)橫斷面地形高程點與建壩初期相應(yīng)橫斷面地形高程點進行對比,得出橡膠壩蓄水區(qū)各橫斷面平均淤積深度及蓄水區(qū)河段總體的平均淤積深度,見表3;通過各橫斷面淤積情況繪制各橡膠壩蓄水區(qū)縱向河段平均淤積變化情況,以和平、通江口橡膠壩為例,如圖2-3所示。

        表3 橡膠壩蓄水區(qū)河段各斷面淤積情況 m

        圖2 和平橡膠壩平均淤積深度變化

        圖3 通江口橡膠壩平均淤積深度變化

        橡膠壩河段蓄水區(qū)淤積情況受水流沙、河段地形情況、人為因素等多方面影響,遼河干流各橡膠壩蓄水區(qū)河段平均產(chǎn)生2個左右大小不等灘地。

        4.3 對典型橡膠壩庫區(qū)汛前、汛后地形測量淤積深度進行分析

        由于本年度為枯水年,汛期內(nèi)徑流量變化范圍較小,所以根據(jù)各橡膠壩地理位置及運行情況等因素,2014年9月選取有代表性的3個橡膠壩進行了地形測量。根據(jù)9月所測3個橡膠壩地形圖與7月所測地形圖進行了河道淤積分析,計算出沖淤深度,見表4。

        表4 紅廟子、新調(diào)線、馬虎山橡膠壩庫區(qū)汛前、汛后淤積量、深度計算

        由表4可以看出,紅廟子橡膠壩以上2 500m范圍內(nèi)河道斷面2014年9月15日比7月20日平均淤積變化0.022m,變化幅度為總量的0.216%;馬虎山橡膠壩以上1 600m范圍內(nèi)河道斷面2014年9月22日比7月24日平均淤積變化0.021m,變化幅度為總量的0.063%;新調(diào)線橡膠壩以上1 900m范圍內(nèi)河道斷面2014年9月16日比2014年7月21日平均淤積變化 0.020m,變化幅度為總量的0.043%。

        由于2次所測地形圖時間間隔比較短,期間河道來水量比較小,河道部分沖淤變化不大。

        5 結(jié)論

        (1)通過遼河干流13個橡膠壩建成至今河段蓄水區(qū)淤積情況對比分析得出,對于很少運行或已有故障不能運行的橡膠壩而言,從橡膠壩位置開始即產(chǎn)生大量淤積,其淤積量峰值易產(chǎn)生于蓄水區(qū)河段上游300m左右,之后淤積量呈遞減趨勢,于1000m左右趨于低谷值;對于運行情況良好的橡膠壩而言,從橡膠壩位置開始至400m左右易產(chǎn)生沖刷作用,600m左右會出現(xiàn)小部分淤積,1000m左右淤積量易達到峰值,之后呈遞減趨勢,逐漸趨于平緩。

        (2)通過對紅廟子、新調(diào)線和馬虎山3座橡膠壩汛前汛后地形圖測量分析可知,因為2次所測地形圖時間間隔比較短,且本年度為枯水年,遼河干流流量變化不大,橡膠壩蓄水區(qū)河段部分沖淤情況基本不變,因此其他橡膠壩汛前測量結(jié)果即可代表本年度橡膠壩蓄水區(qū)基底情況,汛后各橡膠壩情況以此類推。

        (3)馬虎山橡膠壩測量為第1天測流采沙試驗,石佛寺水庫放水,橡膠壩蓄水并瞬時放水,模擬汛期來水及橡膠壩調(diào)蓄沖刷過程。第2天進行橡膠壩蓄水區(qū)河段水上及水下地形測量,因此馬虎山橡膠壩蓄水區(qū)沖刷明顯,可見橡膠壩調(diào)蓄作用及對泥沙沖刷作用顯著。

        (4)本次測量的遼河干流位于上游的各橡膠壩蓄水區(qū)平均淤積深度在0.26~0.41m之間;中游的各橡膠壩蓄水區(qū)平均淤積深度在0.39~0.46m之間;下游的各橡膠壩蓄水區(qū)平均淤積深度在0.22~0.38m之間,遼河干流中游區(qū)的各橡膠壩淤積量相對偏大。各橡膠壩蓄水區(qū)淤積情況同時受區(qū)間來水量、橡膠壩運行情況、人為因素等多方面影響。

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        [6]王家會.橡膠壩工程規(guī)劃設(shè)計探討[J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2009 (06).

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        表2 車爾臣河流域2015~2050年E T0趨勢檢驗結(jié)果

        4 討論

        對比1957~2011年和2015~2050年研究區(qū)E T0趨勢可知,各時期2站 E T0均有下降趨勢,但2015~2050年E T0比1957~2011年期間表現(xiàn)出更長程的相關(guān)性。這種差異來源于統(tǒng)計降尺度過程中預(yù)報因子與E T0的回歸及預(yù)測關(guān)系優(yōu)劣的差別,表明SD SM模型預(yù)測氣候相關(guān)變量時具有不確定性。

        1957~2011年 E T0呈現(xiàn)下降趨勢,而 E T0的降低主要和氣象要素的變化有關(guān),其中降水(P)、最高氣溫(Tmax)、最低氣溫(Tmin)、平均氣溫(Tave)、日照時數(shù)(N)、凈輻射(R n)、2m風速(U2)和相對濕度(R H)等要素與E T0的趨勢有直接關(guān)系。表3列出了1957~2011年研究區(qū)氣象要素變化趨勢的MK結(jié)合MMK法檢驗結(jié)果。

        表3 主要氣候要素趨勢變化

        由于1957~2011年氣象要素的變化具有較一致的趨勢,因此用SD SM統(tǒng)計降尺度預(yù)測的2015~2050年氣象要素也具有類似趨勢。因此,風速和太陽輻射減弱、降水增加、相對濕度增大也是未來2015~2050年A 2/B 2情景下研究區(qū)各站E T0呈下降趨勢的主要原因。

        2015~2050年A 2和B 2情景下研究區(qū)E T0整體呈下降趨勢說明其對區(qū)域氣候變化的響應(yīng)較敏感,也表明未來研究區(qū)暖濕化背景下作物E T0可能比以往低。作物E T0的降低意味著計劃的灌溉用水可適量降低,這將緩解研究區(qū)長期干旱趨勢和農(nóng)業(yè)用水資源緊張問題。

        5 結(jié)論

        (1)傳統(tǒng)M K趨勢檢驗方法未考慮時間序列的自相關(guān)性,因此可能夸大趨勢的顯著性。M M K法考慮自相關(guān)性的影響,得出的趨勢更趨真實。結(jié)合M K法及M M K法可綜合判別車爾臣河流域E T0的趨勢及其顯著性。1957~2011年期間,且末站和若羌站的E T0呈下降趨勢,且2站下降趨勢均未達到顯著水平。

        (2)2015~2050年,A 2情景下研究區(qū) 2站的E T0均呈下降趨勢,其中若羌站下降顯著,且末站不顯著。B 2情景下研究區(qū)2站E T0均呈下降趨勢,此時若羌站仍然為顯著下降水平。

        參考文獻

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        T V 145+.1

        B

        1008-1305(2016)05-0133-04

        10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.045

        2016-02-14

        張 炎(1989年—),男,助理工程師。

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