曹婷婷

(桓仁滿族自治縣水務(wù)局，遼寧 本溪 117200)

河流形態(tài)變化十分復(fù)雜，尤其是對(duì)于大型河流而言，其形態(tài)變化是河流演變重要影響因素[1]。當(dāng)前對(duì)于河流形態(tài)變化研究取得一定研究成果[2- 6]，但這些研究成果大都結(jié)合河道斷面面積、水位或者過(guò)水?dāng)嗝孢M(jìn)行單一因子的評(píng)價(jià)，而還未進(jìn)行多個(gè)因子的河道形態(tài)綜合評(píng)估研究。多個(gè)研究表明[7- 15]，河道形態(tài)變化主要由河道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e、特征水位、斷面過(guò)水流量等因子綜合影響。為提高河流形態(tài)綜合評(píng)估的客觀度，本文結(jié)合特征水位下河道過(guò)水?dāng)嗝娣e、最低點(diǎn)水位、特征水位下過(guò)水流量作為評(píng)估指標(biāo)，建立河道形態(tài)改變度綜合評(píng)估指標(biāo)體系，并以太子河干流為典型實(shí)例，對(duì)河道形態(tài)改變度進(jìn)行綜合定量評(píng)估。研究成果對(duì)于河道形態(tài)演變定量評(píng)估方法具有重要的參考意義。

1 評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建及評(píng)估方法

1.1 評(píng)估指標(biāo)體系

考慮數(shù)據(jù)獲取的簡(jiǎn)易程度，從河道水平、縱向、過(guò)水能力3個(gè)層面，選取河道特征水位下的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e、最低點(diǎn)的斷面水位、特征水位下的過(guò)水流量作為河道形態(tài)評(píng)估指標(biāo)，建立河道形態(tài)改變度綜合評(píng)估指標(biāo)體系，見(jiàn)表1。

1.2 綜合評(píng)估方法

以河流綜合改變度xi作為統(tǒng)計(jì)變量，建立定量綜合評(píng)估模型，通過(guò)設(shè)定河流綜合改變度xi的取值范圍，對(duì)其天然狀態(tài)下的河道形態(tài)綜合改變度

表1 河道形態(tài)改變度綜合評(píng)估指標(biāo)體系

進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算時(shí)段t內(nèi)的河流形態(tài)綜合改變度統(tǒng)計(jì)變量為xt，0，當(dāng)河流形態(tài)綜合改變度降低其計(jì)算方程為：

(1)

若河流形態(tài)綜合改變度增加表示其河道形態(tài)處于發(fā)育程度，其計(jì)算方程為：

(2)

式中，Di，t—計(jì)算時(shí)段內(nèi)的河道形態(tài)綜合改變度；[ai，bi]—河道形態(tài)綜合改變度的取值范圍。

當(dāng)綜合改變度Di，t為負(fù)值時(shí)，表示河流形態(tài)呈現(xiàn)萎縮程度；當(dāng)綜合改變度Di，t為正值時(shí)，表示河流形態(tài)呈現(xiàn)發(fā)育程度。通過(guò)對(duì)不同河道形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行組合后，對(duì)其評(píng)估進(jìn)行計(jì)算內(nèi)的組合計(jì)算：

Xt=[x1，tx2，t…xn，t]T

(3)

對(duì)不同河道形態(tài)評(píng)估按照方程(1)和(2)進(jìn)行綜合計(jì)算，其計(jì)算方程為：

(4)

由于河道各形態(tài)指標(biāo)對(duì)綜合改變度影響權(quán)重不同，本文采用二元比較法對(duì)各指標(biāo)相對(duì)權(quán)重進(jìn)行設(shè)置，對(duì)各指標(biāo)之間進(jìn)行兩兩比較，分析其權(quán)重值，具體見(jiàn)表2。

在河流形態(tài)綜合改變度評(píng)估的基礎(chǔ)上，需要對(duì)其評(píng)估等級(jí)進(jìn)行劃分，結(jié)合河流演變特征以及遼寧省河流的總體形態(tài)特征對(duì)其河流形態(tài)綜合改變度的綜合等級(jí)進(jìn)行劃分，具體劃分等級(jí)見(jiàn)表3。

2 渾太河干流河流形態(tài)綜合改變度

2.1 典型斷面選取

選取渾太河干流典型斷面進(jìn)行河流形態(tài)綜合改變度的分析，典型斷面選取情況見(jiàn)表4。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及閾值分析

在典型斷面選取的基礎(chǔ)上，結(jié)合各斷面代表站點(diǎn)1990年以來(lái)的過(guò)水?dāng)嗝?、最低水位、過(guò)流能力作為指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)渾太河典型斷面不同年際河道形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)各指標(biāo)變化上下限進(jìn)行閾值設(shè)置，具體見(jiàn)表5。

表2 評(píng)估指標(biāo)相對(duì)權(quán)重設(shè)置方法

表3 河道形態(tài)改變度評(píng)估等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表4 渾太河干流典型斷面選取情況

表5 河道形態(tài)因素指標(biāo)值及閾值

通過(guò)調(diào)查，1990年以前渾太河河流形態(tài)變化相對(duì)較低，主槽過(guò)水?dāng)嗝婷娣e、過(guò)水能力年變化相對(duì)較小，因此作為渾太河河流形態(tài)變化分析的基準(zhǔn)期，從1990年以后結(jié)合各河段典型斷面水文站點(diǎn)大斷面測(cè)量以及水位數(shù)據(jù)，對(duì)各年代過(guò)水?dāng)嗝婷娣e、過(guò)流能力以及最低點(diǎn)水位高程進(jìn)行年代際統(tǒng)計(jì)，從渾河其各年代際形態(tài)特征評(píng)估指標(biāo)總體呈現(xiàn)從上游到下游逐步遞減的變化趨勢(shì)，尤其是過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，受河道沖淤變化及人類活動(dòng)影響，渾河總體呈現(xiàn)一定程度的萎縮形態(tài)變化。以0作為渾河上游到下游河道斷面形態(tài)變化指標(biāo)的下限值，上限值主要結(jié)合各年代際各指標(biāo)的年統(tǒng)計(jì)最大特征值對(duì)其下限進(jìn)行閾值的設(shè)定。從太子河各形態(tài)評(píng)估指標(biāo)的年代際變化可看出，相比于基準(zhǔn)期，其1990年以后，過(guò)水?dāng)嗝婷娣e總體呈現(xiàn)遞增變化，這主要是因?yàn)樘雍痈闪鲝?990年以來(lái)通過(guò)河道綜合治理，其過(guò)水?dāng)嗝婷娣e呈現(xiàn)遞增變化，而過(guò)水?dāng)嗝婷娣e年代際的遞增變化使得其主河槽的過(guò)水能力也得到一定程度的提升，其河道行洪能力也相應(yīng)有所增加。

2.3 河流形態(tài)綜合改變度評(píng)估結(jié)果

結(jié)合渾太河各典型斷面不同年代際的河道形態(tài)改變度評(píng)估指標(biāo)，結(jié)合評(píng)估指標(biāo)體系和定量評(píng)估方法對(duì)渾太河各典型斷面的河道形態(tài)綜合改變度進(jìn)行評(píng)估，并結(jié)合表3劃分的評(píng)估等級(jí)對(duì)其1990年以來(lái)河道形態(tài)綜合改變度進(jìn)行評(píng)估，具體結(jié)果見(jiàn)6。以渾河上游北口前水文站對(duì)其斷面形態(tài)綜合改變度計(jì)算過(guò)程進(jìn)行舉例說(shuō)明，北口前水文站從2010年起其形態(tài)評(píng)估指標(biāo)均值為Xt=[124.7 152.56 939.6]T，采用方程(4)對(duì)其河道形態(tài)綜合改變度進(jìn)行計(jì)算DI，t=[-0.675 -0.875 -0.725]T，其中采用二元法對(duì)渾河上游斷面河道形態(tài)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行設(shè)置，并考慮各指標(biāo)量綱不同，對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理后各形態(tài)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重值分別為ω=[0.323 0.225 0.452]T。從渾太河各斷面形態(tài)綜合改變度評(píng)估結(jié)果可看出，渾河上、中、下游從1990年起河道斷面均呈現(xiàn)萎縮，且進(jìn)入2010年以后其萎縮程度均達(dá)到高度萎縮的程度，這主要是因?yàn)闇喬咏┠陙?lái)，隨著人類活動(dòng)影響尤其是上游水利工程建設(shè)后，其下游河道水量減少較為明顯，且水土流失量有所加劇，使得河道沖淤變化明顯，尤其是淤積量有所增加。河道淤積變化也渾河上游到下游過(guò)水?dāng)嗝婧瓦^(guò)水能力總體較小，影響了其河道形態(tài)變化，亟需加大對(duì)渾河上、中、下游河道斷面的綜合整治力度，加大河道內(nèi)的水量，提高區(qū)域水土保持能力，降低進(jìn)入河道內(nèi)的沙量。從太子河各年代際下游河道形態(tài)變化可看出，1990—2010年期間由于其河道過(guò)水?dāng)嗝妗⑦^(guò)水能力都相應(yīng)增加，使得其河道萎縮程度總體減小，這主要是因?yàn)閺?990年開(kāi)始通過(guò)太子河流域綜合治理措施力度的加大，其河道形態(tài)總體得到明顯改善。

表6 渾太河典型斷面河道形態(tài)綜合改變度評(píng)估結(jié)果

3 主要結(jié)論

(1)河道形態(tài)指標(biāo)閾值的設(shè)定對(duì)于綜合改變度評(píng)估結(jié)果影響較為明顯，對(duì)于遼寧地區(qū)大型河流而言，其過(guò)水?dāng)嗝婷娣e及過(guò)流能力最小值可取為0，最大值應(yīng)取基準(zhǔn)期統(tǒng)計(jì)值的3倍；最低點(diǎn)高程最小、最大值可取觀測(cè)系列中的最小和最大值。

(2)本文提出的河道形態(tài)綜合改變度定量評(píng)估方法可一定程度解決傳統(tǒng)河道形態(tài)變化定性描述為主的局限，并可結(jié)合該方法對(duì)河道形態(tài)演變趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。

(3)河道形態(tài)變化較為復(fù)雜，本文從指標(biāo)獲取的難易程度、時(shí)間序列的長(zhǎng)短選取3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，在后續(xù)的研究中還應(yīng)結(jié)合地理信息提取技術(shù)對(duì)河道更多地形信息進(jìn)行提取,從而建立更為豐富的河道形態(tài)改變?cè)u(píng)估指標(biāo)體系。