王春陽(yáng)

(甘肅省隴南水文水資源勘測(cè)局，甘肅 成縣 742500)

1 基本概況

長(zhǎng)豐河[1]系嘉陵江一級(jí)支流，成縣城區(qū)以上稱為青泥河，以下為長(zhǎng)豐河，發(fā)源于西秦嶺南麓的西和縣馬元鄉(xiāng)，流經(jīng)隴南市西和縣、天水市娘娘壩鎮(zhèn)，于隴南市徽縣胡廣店子村與麻沿河相遇，從成縣黃渚鄉(xiāng)三渡水村入境，穿越北部山林區(qū)，經(jīng)徽成盆地成縣城區(qū)，自成縣宋坪鄉(xiāng)馬家河村出甘肅境，到達(dá)陜西省略陽(yáng)縣白水江鎮(zhèn)匯入嘉陵江。河流全長(zhǎng)150.5 km，全流域面積1 800 km2。甘肅境內(nèi)河流長(zhǎng)88.3 km，占全長(zhǎng)的58.7%。

成縣水文站始建于1958年，位于東經(jīng)105°45′18″，北緯33°43′32″，為長(zhǎng)豐河、南河匯合后的控制站。集水面積1 502 km2，該斷面洪水主要由暴雨形成。為復(fù)式尖瘦型洪水過(guò)程。一般洪水持續(xù)2～3 d，屬陡漲陡落山溪性河流。下游300 m處有飛龍峽電站進(jìn)水口，受電站進(jìn)泄水閘門(mén)開(kāi)閉和洪水漲落、斷面沖淤多種影響，Z～Q關(guān)系呈多條臨時(shí)曲線或繩套，中高水Z～Q關(guān)系基本穩(wěn)定。歷年水位流量關(guān)系曲線趨勢(shì)基本一致。流域內(nèi)植被較好，泥沙相對(duì)不大，歷年單斷沙關(guān)系為單一線。測(cè)驗(yàn)河段順直，河道呈寬淺“U”型河谷，河床質(zhì)主要由礫石、卵石夾砂組成。由于今年來(lái)多為枯水年份，河道來(lái)水量、來(lái)沙量較小。

2 水文特征

長(zhǎng)豐河徑流主要由降雨形成，具有年際變化較大、年內(nèi)分配不均的特點(diǎn)。據(jù)成縣水文站1959-2019年共60年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，多年平均徑流量為2.664億 m3,最大年徑流量6.812億 m3(1967年),最小年徑流量0.631億 m3(2002年),最大值和最小值分別為平均值的2.6倍和0.24倍；汛期5-10月徑流量約占年徑流量的77.7%,枯水期12-3月徑流量?jī)H占年徑流的13.6%。歷年實(shí)測(cè)最大流量為1 300 m3/s(1964年7月21日)。

該流域地處南方水汽向甘肅省輸送的主要通道之內(nèi)，是甘肅省內(nèi)主要暴雨區(qū)之一，全省暴雨中心最大6 h雨量≥100 mm的十幾場(chǎng)暴雨中，實(shí)測(cè)最大值190.9 mm就發(fā)生在成縣。流域內(nèi)洪水主要由暴雨形成，暴雨特性決定著洪水的特性。該流域的暴雨最早出現(xiàn)在4月，最遲到10月，但降雨總量和強(qiáng)度較大的暴雨一般發(fā)生在7-9月。暴雨有兩種形式：夏季為短時(shí)驟降的強(qiáng)雷陣雨，夏末初秋為連陰雨天氣過(guò)程中遇冷空氣加強(qiáng)雨量突然增大形成的暴雨，成災(zāi)程度以后者為重。據(jù)有關(guān)氣象資料分析，歷史上最大的幾次暴雨，都出現(xiàn)于陰雨持續(xù)時(shí)段，降雨量可達(dá)250 mm左右，如1968年8月1-4日大暴雨，城關(guān)鎮(zhèn)255.3 mm,小川鎮(zhèn)226.0 mm,黃渚鎮(zhèn)248.4 mm。

流域的大洪水多發(fā)生在7-9月，據(jù)成縣站近60年的實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，年最大洪峰流量發(fā)生在7-9月的共有37場(chǎng)，占總場(chǎng)數(shù)78.6%,該流域洪水單峰居多，具有洪峰高，陡漲陡落的特點(diǎn)，總歷時(shí)一般為2 d。復(fù)式洪峰洪水總歷時(shí)一般為3 d，主峰歷時(shí)約為24 h左右，這種峰型的洪水極易造成嚴(yán)重災(zāi)害。

暴雨對(duì)流域強(qiáng)烈的侵蝕作用產(chǎn)生大量泥沙，長(zhǎng)豐河流域泥沙具有年際變化大、年內(nèi)分配不均勻、河流泥沙多為懸移質(zhì)的特點(diǎn)。據(jù)該站近45 a的實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料統(tǒng)計(jì)，多年平均含沙量為3.09 kg/m3，多年平均懸移質(zhì)年輸沙量為100.4萬(wàn) t，最大為563.6萬(wàn) t，最小為0.16萬(wàn) t,最大值為最小值的3 523倍，泥沙主要集中在汛期，其中6-9月輸沙量占年總量的84.0%, 11-3月輸沙量?jī)H占年輸沙量的0.14%。

3 地質(zhì)特征

場(chǎng)地鉆探資料顯示，河床至隔水底板之間，大體可分三個(gè)基本地層：最上部是以圓礫為主的潛水含水層，中間為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土局部隔水層，下部是卵石承壓含水層，底部是由泥巖構(gòu)成的隔水底板。主要結(jié)論：(1)場(chǎng)地上部第四紀(jì)沖、洪積層及基底的第三系泥巖中均未發(fā)現(xiàn)構(gòu)造、斷裂現(xiàn)象存在，屬穩(wěn)定性場(chǎng)地，適宜進(jìn)行工程建設(shè)；(2)場(chǎng)地地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性；(3)成縣抗震設(shè)防烈度為VI度，設(shè)計(jì)地震基本加速度值為0.2g,場(chǎng)地屬中軟土，場(chǎng)地類別為II類，屬對(duì)建筑物抗震有利地段；(4)成縣最大凍土深20 cm,場(chǎng)地上部土屬不凍脹土。在鉆探所達(dá)深度范圍內(nèi)，各地層主要地質(zhì)特征依次為：

1)圓礫Q42al+pl,呈次渾圓或亞圓狀，骨架顆粒成分以變質(zhì)砂巖、灰?guī)r及石英為主，透水性較強(qiáng)，屬上部主要含水層，厚4.10～8.40 m。

2)中砂Q42al,土質(zhì)均一，主要由長(zhǎng)石、石英、云母礦物顆粒組成。層厚為1.20 m,埋深9.00 m。

3)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土Q4al，土質(zhì)較勻一，含蝸牛殼、云母片及較多植物腐根，透水性弱，為局部隔水層。層厚為3.80～7.30 m,埋深4.40～12.00 m。

4)卵石Q4al+pl，呈次渾圓狀，土質(zhì)不均，以變質(zhì)砂巖、板巖、灰?guī)r及石英巖為主，層厚6.70～7.50 m,埋深11.20～14.00 m.

5)強(qiáng)風(fēng)化泥巖E,紅褐色，硬至堅(jiān)硬，主要由粘土礦物組成，透水性弱，為該地區(qū)含水層的隔水底版，埋深18.40～18.70 m。

在勘察深度內(nèi)場(chǎng)地存在兩層地下水，分別位于圓礫層和卵石層中，基本特征如下：

1)圓礫層：屬第四系孔隙水，埋深0.4～0.8 m,含水層厚度4.10～8.40 m,滲透系數(shù)86.1～103.3 m/d。主要受長(zhǎng)豐河河河水、大氣降水和工農(nóng)業(yè)及生活排水補(bǔ)給。水位呈季節(jié)性變化，地表水與地下水交替十分強(qiáng)烈。地下水水化學(xué)類型為HCO3、SO4-Ca型水，pH值為7.46,礦化度389.00 mg/L。

2)卵石層：屬第四系孔隙承壓水，含水層厚度6.70～7.50 m,透水系數(shù)約100～120 m/d.地下水主要受長(zhǎng)豐河河水、大氣降水補(bǔ)給。該層含水量大，水位也呈季節(jié)性變化。水位埋深11.20～14.0 m,揭穿后地下水水頭高出地面0.60～0.80 m。地下水水化學(xué)類型為HCO3-Ca型水，礦化度為316.00 mg/L。

4 河道演變歷史分析

為了能夠更加直觀的分析該河段歷史演變規(guī)律，本次套匯該站近20 a的大斷面圖(見(jiàn)圖1)，利用成縣水文站斷面變化特性進(jìn)行分析，具有很強(qiáng)的代表性。按照規(guī)范的規(guī)定，通過(guò)分析成縣水文站斷面沖於變化來(lái)推測(cè)長(zhǎng)豐河天然情況下的沖於變化可行的。大斷面沖淤變化計(jì)算表見(jiàn)表1。

圖1 成縣水文站1970-1990年大斷面套繪圖

表1 成縣水文站1970-1990年大斷面沖淤變化計(jì)算表

從表1看出，在這20 a間，該河段累計(jì)淤積面積為21.33 m2,占該時(shí)期年平均過(guò)水面積的6.77%,測(cè)驗(yàn)河段主河槽略有淤積，河床整體變化很小，多年來(lái)比較穩(wěn)定。

5 河道近期演變規(guī)律分析

近年來(lái)，因河道內(nèi)采砂船大量采砂，原有河床及河道形態(tài)遭到嚴(yán)重破壞，河床下切，形成沙丘和深潭，兩岸河堤基礎(chǔ)和一些橋梁基礎(chǔ)裸露，枯水期河水在沙丘間曲折穿行。利用成縣水文站2000-2019年實(shí)測(cè)資料，對(duì)天然情況下河道近期演變進(jìn)行分析。套繪該站2000年、2005年和2008年、2012年、2015年、2019年實(shí)測(cè)大斷面資料，計(jì)算各年在歷史最高水位996.12 m下的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，見(jiàn)表2及圖2。

圖2 成縣水文站2000-2019年大斷面套繪圖

表2 成縣水文站2000-2019年大斷面沖淤變化計(jì)算表

從表2中看出，在2000-2019年間，2000-2005年是淤積狀態(tài)，2005-2015年是沖刷狀態(tài)，10 a累計(jì)沖刷面積為30.9 m2,2019年以后呈淤積狀態(tài)，淤積面積43.0 m2，2000-2008年沖刷面積2.08 m2，占平均過(guò)水面積的0.65%，2009-2019年多年淤積值為2.26 m2，淤積比例-12.2%。整體來(lái)說(shuō)，沖刷和淤積變化不大，河床相對(duì)穩(wěn)定。天然情況下河道主河槽總體上呈沖淤交替變化，且變化面積不大，行洪能力基本不受影響，兩岸較為穩(wěn)定。但為保證河道斷面形態(tài)穩(wěn)定，應(yīng)強(qiáng)化護(hù)岸、護(hù)坡、固灘等工程措施，及對(duì)兩岸沖淤的防護(hù)工程。

6 河道演變趨勢(shì)分析

6.1 趨勢(shì)分析

點(diǎn)繪該站多年平均流量變化趨勢(shì)圖，計(jì)算其線性回歸方程為y=-0.095 5x+198.06，年平均流量系列總體為逐年減小的趨勢(shì)[2],用坎德?tīng)栔却蜗嚓P(guān)法、斯波曼秩次相關(guān)法、線性趨勢(shì)回歸法[3]等三種方法對(duì)減小趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，年平均流量呈現(xiàn)逐年減小趨勢(shì)比較顯著，檢驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3，變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3。

圖3 成縣站多年平均流量演變趨勢(shì)圖

表3 成縣水文站多年平均流量趨勢(shì)檢驗(yàn)表

6.2 跳躍分析

有序聚類分析法能夠有效的判斷長(zhǎng)系列資料跳躍量。按照有序聚類分析法的計(jì)算公式，將該站平均流量長(zhǎng)系列資料依次帶入計(jì)算，識(shí)別出跳躍發(fā)生在1968年，從而確定該站多年平均流量屬兩個(gè)系列，其中1959-1968年屬同一系列；1969-2019年屬同一系列。按照計(jì)算結(jié)果得到跳躍前均值：13.0 m3/s,跳躍后均值：7.1 m3/s,跳躍量：-5.9 m3/s，并且取a=0.05對(duì)跳躍是否顯著進(jìn)行了檢驗(yàn)，跳躍點(diǎn)前后均值差異顯著，檢驗(yàn)情況見(jiàn)表4。

表4 成縣水文站多年年平均流量跳躍檢驗(yàn)表

7 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)豐河河道整體趨于穩(wěn)定，縱橫斷面變化不大。從河道近幾年的變化規(guī)律及趨勢(shì)分析來(lái)看，隨著多年平均流量的顯著減小，河道沖刷也在趨于減小，為該河段進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)提供技術(shù)依據(jù)；由于長(zhǎng)豐河洪水主要來(lái)源于上游暴雨，當(dāng)汛期來(lái)臨時(shí)，洪水挾帶泥沙造成河道擁堵的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。建議在必要情況下，應(yīng)對(duì)河道進(jìn)行不定期清淤。