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。

［1］王鑫，馮秀紅.鬧德海水庫異重流排沙特點［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2015(08).

［2］倪云林，鞏明，楊輝，等.甬江口及附近海域沖淤變化研究分析［J］.浙江海洋學院學報(自然科學版)，2013(06).

［3］周鴻權(quán)，李伯根.象山港航道沖淤變化初步分析［J］.海洋通報，2007(04).

［4］劉陽.小型水電站泥沙淤積分析及防治措施［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2008(05).

［5］何為民.滏陽新河沖淤變化情況簡析［J］.河北水利，2000 (05).

［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).

［7］張立軍.黃河口至小清河口海域水文特征和沖淤變化分析［J］.今日科苑，2013(12).

［8］馬瑞峰.渦河泥沙淤積分析及防治措施［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2008(01).

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

［1］楊書君，趙華.低壓管道輸水灌溉技術(shù)在灌區(qū)節(jié)水改造中的設(shè)計與應(yīng)用［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014(01):61-64.

［2］邵明星.風沙土微灌灌溉方式和水量對玉米生長的影響［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014(02):79-82.

［3］王春素.高效節(jié)水灌溉措施及效益評價［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014(04):50-52.

［4］張軍明.寧南山區(qū)馬鈴薯灌溉技術(shù)研究［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2014(06):53-56.

［5］石國梁.阿瓦提縣農(nóng)業(yè)灌溉用水現(xiàn)狀及對策［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2011(02):39-41.

［6］YueS， WangCY.Regional streamflow trend detection with considerationof both temporaland spatialauto-correlation［J］.InternationalJournalofClimatology，2002， 22(08) : 933-946.

［7］IPCC.Summary for policymakers of climate change: the phy sical sciencebasis.Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel onClimate Change［M］.Cambridge University Press，Cambridge，UK，2007.

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。