石 寧

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

區(qū)域地面沉降已成為當(dāng)前城市化發(fā)展不可忽略的環(huán)境地質(zhì)問題。區(qū)域地面沉降對流域水系防洪能力的影響評價成為當(dāng)前國內(nèi)水利學(xué)者關(guān)注的熱點問題[1- 5]。目前大都采用定性描述為主的方式進(jìn)行研究，而在定量評估區(qū)域地面沉降對河流水系的研究還不多，尤其在遼寧沿海地區(qū)還未進(jìn)行相關(guān)研究。近些年來，數(shù)值模擬方法被廣泛用于區(qū)域河流水系防洪能力影響研究[6- 8]，為此本文引入數(shù)值模擬方法，以遼寧省沿海區(qū)域為研究實例，定量評估區(qū)域地面沉降對河流水系防洪能力的影響。

1 數(shù)值模擬方法

為分析區(qū)域地面沉降對河道行洪能力的影響，采用數(shù)值模擬的方法模擬不同沉降對區(qū)域防洪能力的影響，數(shù)值模擬方程為：

(1)

(2)

(3)

式中，σs—流量系數(shù)；m—淹沒系數(shù)。在流量計算的基礎(chǔ)上，需要對區(qū)域的綜合糙率進(jìn)行確定，河道主槽和河邊灘地的綜合糙率的計算方程為：

(4)

式中，χz—主槽濕周；χb—河灘地濕周；n—綜合糙率；nz—主槽糙率；nb—河灘地糙率。對于蓄洪區(qū)其綜合糙率的計算方程為：

(5)

式中，ni—不同典型分區(qū)的糙率；Ai—不同分區(qū)的集水面積，km2。

圖1 區(qū)域地形及糙率分布

區(qū)域無沉降0～0.3m0.3～0.6m0.6～0.9m0.9～1.2m>1.2m①12.516.822.310.58.94.3②13.422.135.216.318.95.7③22.817.425.931.218.35.1④16.522.514.310.622.53.3⑤52.465.372.551.342.56.9⑥38.918.526.943.522.78.2總計156.5162.6197.1163.4133.833.5

2 研究實例

2.1 區(qū)域概況

本文以遼寧中部某流域為研究區(qū)域，研究區(qū)域總的地勢東南高西南低。東南屬千山山脈西麓地帶，東北部位于龍崗山脈尾部丘陵地帶，西部位于下遼河平原東側(cè)邊緣地帶。區(qū)域山區(qū)面積約2803.85km2，占總面積的59.2%；平原區(qū)面積約1931.93km2，占總面積的40.8%。遼區(qū)域內(nèi)地貌按成因類型可分為侵蝕構(gòu)造、剝蝕構(gòu)造、剝蝕堆積、堆積地貌。侵蝕構(gòu)造地貌，一般海拔高程500～800m，剝蝕構(gòu)造地貌其海拔高程在200～500m。剝蝕堆積地貌的地形坡度3～6°，海拔高程在30～50m，屬山前微傾斜坡洪積平原。堆積地貌，以太子河沖積平原為主體，地表海拔10～30m。研究區(qū)域的地形及糙率分布如圖1所示。

2.2 區(qū)域沉降統(tǒng)計量

將區(qū)域劃分成6個典型區(qū)域，結(jié)合區(qū)域地形剖分?jǐn)?shù)據(jù)，對比了區(qū)域不同累計沉降量下的面積，分析成果見表1。

從表1中可看出，區(qū)域沉降量大于1.2m的累計面積最小，為33.5km2，而沉降量在0.3～0.6m的區(qū)域累計面積最大，達(dá)到197.1km2，這一部分主要集中在區(qū)域的中部，而無沉降的累計面積為156.5km2，這一部分區(qū)域主要位于區(qū)域的東部。

2.3 區(qū)域糙率設(shè)置

結(jié)合區(qū)域糙率分布圖，對區(qū)域的不同土地利用類型和河道綜合糙率進(jìn)行設(shè)置，糙率設(shè)定結(jié)果見表2及表3。

表2 區(qū)域不同土地利用類型糙率確定

表3 區(qū)域內(nèi)河道糙率設(shè)定結(jié)果

從表2可看出，耕地和林地相比于其他土地利用類型糙率要大，草地糙率相對要小，但區(qū)域耕地和林地面積相對較大，而草地面積相對較少，城鎮(zhèn)利用地面積也相對較小，占整個區(qū)域10%，從表3河道區(qū)域綜合糙率設(shè)定結(jié)果可看出，各河道區(qū)域灘地糙率均較大，主要是灘地農(nóng)作物類型和林地較多，使得其灘地糙率要大于河道主槽的糙率。

2.4 沉降前后最高水位和最大流量對比

結(jié)合數(shù)值模擬方法對區(qū)域沉降前后的最高水位和最大流量進(jìn)行對比分析，分析結(jié)果見表4及圖2。

表4 區(qū)域沉降前后行洪能力對比結(jié)果

圖2 區(qū)域沉降前后行洪能力對比結(jié)果

從表4中可看出，區(qū)域沉降前后區(qū)域⑥最高水位變幅為2.02m，主要因為這個區(qū)域位于地勢較為低洼的區(qū)域，地面沉降對其最高水位影響較大。而區(qū)域②和③沉降對其最高水位影響較小，水位變幅均在0.13m左右。從最大流量可以看出，區(qū)域沉降對其流量影響較小，各區(qū)域流量變幅均較小，主要因為區(qū)域沉降對其過水?dāng)嗝嬗绊戄^小，因此對最大流量影響較小。從圖2中可看出，區(qū)域最高水位變幅明顯高于最大流量的變幅。

2.5 沉降前后對滯洪影響分析

結(jié)合數(shù)值模擬方法對區(qū)域沉降前后的滯洪能力進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表5。

從表5中可看出，區(qū)域沉降前后對最大滯洪水量影響較大，區(qū)域⑥由于地勢較低，其最大滯洪水量增加量最大，而區(qū)域①主要位于城鎮(zhèn)區(qū)域，因子其滯洪水量增加程度較低。而對于最高蓄水位變幅而言，區(qū)域②作為主要的滯洪區(qū)域，因此其沉降前后的最高蓄水變幅較大，而區(qū)域⑥由于本來就是地勢較低的區(qū)域，因此其最高蓄水位變幅較小。

表5 區(qū)域沉降前后滯洪能力影響分析

2.6 區(qū)域地面沉降前后入海水量影響分析

結(jié)合數(shù)值模擬方法對區(qū)域沉降前后的入海水量進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表6。

表6 區(qū)域沉降前后入海水量對比分析

從表6中可以看出，區(qū)域沉降前后的出?？偭吭黾?.42億m3，占區(qū)域總水量的11.5%，河道滯洪總量減少0.08億m3，而入流總量變幅為0，這主要是因為區(qū)域沉降對整個流域水量平衡不會產(chǎn)生影響，區(qū)域總的入流總量因此沒有變化。

3 結(jié)論

(1)區(qū)域地面沉降對最高水位影響明顯，但對河道行洪最大流量影響較弱。

(2)區(qū)域地面沉降對低洼區(qū)域滯洪水量影響較大，相比沉降前，低洼區(qū)域滯洪水量可增加10%以上，但低洼區(qū)域?qū)ψ罡邷樾钏挥绊懗潭容^低。

(3)區(qū)域地面沉降前后入?？偭吭黾用黠@，對入流總量變化幅度較低。