趙顯沖

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺 112000)

大遼河由渾河、太子河匯流而成，承擔(dān)著兩岸盤錦、營口等6個縣(區(qū))的110萬畝水田灌溉任務(wù)。大遼河下游系感潮河段，受潮汐影響較大。灌溉期或干旱年份，河道天然流量減少，河水鹽分升高，需要通過上游水源補(bǔ)水來滿足灌溉的水量要求，涉及到水田供、補(bǔ)水的一系列技術(shù)問題。分析大遼河水田供補(bǔ)水的有關(guān)技術(shù)，對指導(dǎo)大遼河兩岸水田供補(bǔ)水，加強(qiáng)遼寧中部地區(qū)灌溉和水庫調(diào)度具有重要意義，對制定灌溉期全省農(nóng)業(yè)用水定額及促進(jìn)水行政部門對水資源的統(tǒng)一管理起到重要作用。近年來，對于大遼河感潮河段潮汐變化的研究取得一定成果，但是對整個感潮河段潮汐變化，尤其是常系列潮汐規(guī)律研究還較少。此外感潮河段潮汐受上游來水影響較為明顯，需要結(jié)合上游不同量級來水對其潮汐規(guī)律進(jìn)行分析。為此本文結(jié)合大遼河三岔河、營口、田莊臺3個主要潮位站1962—2020年高、低潮資料及上游不同量級來水影響進(jìn)行分析。研究成果對于大遼河感潮河段潮汐影響范圍及沿河灌區(qū)最優(yōu)取水時間具有重要參考價值。

1 潮汐概況

大遼河全長約97.5km，流域面積1962km2(不包括渾河、太子河流域面積)，設(shè)有1個水文站和2個潮水位站，站點(diǎn)相關(guān)距離見表1。大遼河地處沖擊平原，兩岸地勢平坦，河道迂回曲折，流域內(nèi)土質(zhì)主要以壤土和亞黏土為主。受海水漲潮影響，漲潮時，海水自河口向三岔河方向逆流，由于河槽斷面逐漸變小，河道彎曲段增多，斷面不規(guī)整，水流逆坡上溯等原因，潮波進(jìn)入河口后，能量逐漸消弱而變形，即潮差之間變小，漲潮歷時縮短而落潮歷時拉長，潮流速和潮流量隨著潮水向上游推進(jìn)距離的增加而減少，潮波傳播速度有明顯遞減現(xiàn)象。落潮時海水動能減弱，河水占據(jù)一定優(yōu)勢，此時河水、海水混合水體向河口方向波動，直至下一個周期，現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)，此即為大遼河潮汐現(xiàn)象。

表1 大遼河水文站網(wǎng)及相關(guān)站(地)點(diǎn)距離表 單位：km

2 潮汐變化規(guī)律分析

2.1 年高潮位變化分析

結(jié)合大遼河下游營口站、田莊臺站、三岔河站1960—2020年高潮潮位實(shí)測資料，對各站點(diǎn)年高潮潮位變化特征進(jìn)行分析，如圖1所示。

圖1 大遼河下游各潮位站1960—2020年高潮潮位變化

從大遼河下游各潮位站1960—2020年高潮潮位變化可看出，均呈現(xiàn)遞減變化，但營口站、田莊臺站近58年高潮位遞減變化趨勢較弱，采用非線性變化趨勢檢驗(yàn)方法對其變化趨勢進(jìn)行檢驗(yàn)，其經(jīng)驗(yàn)值分別為-0.825和-0.623，均未通過90%的顯著性檢驗(yàn)。三岔河作為大遼河入海前的潮位站，1960—2020年潮位遞減趨勢檢驗(yàn)值為-1.453，達(dá)到90%的顯著性檢驗(yàn)。通過分析大遼河各潮位站的漲潮歷時，河口向上游至三岔河，由于河槽斷面逐漸縮小，河道彎曲段增多，斷面不規(guī)正，水流逆坡上溯等原因，潮流進(jìn)入河口之后因能量逐漸削弱而變形，即潮差漸漸變小，相應(yīng)的漲潮歷時縮短，落潮歷時拉長。潮流速和潮量也隨著潮水向上游推進(jìn)距離的增加而減少。潮波傳播速度有明顯的遞減現(xiàn)象。此外，從不同年代際大遼河下游各潮位站均值變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見表2)可看出，近58年?duì)I口潮位遞減幅度為-0.002mm/10a，田莊臺潮位遞減幅度為-0.0014mm/10a，三岔河站潮位遞減幅度最高為-0.009mm/10a。

表2 不同年代際大遼河下游各潮位站潮位均值分析

2.2 營口、田莊臺月高潮位相關(guān)分析

結(jié)合營口和田莊臺2站5—8月高潮位觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析2個潮位站不同月份高潮位的相關(guān)性，結(jié)果如圖2所示，見表3。

表3 營口和田莊臺2站不同月份高潮位相關(guān)擬合方程

圖2 營口和田莊臺2站5—8月高潮位相關(guān)關(guān)系分析

從營口和田莊臺2站5—8月高潮位相關(guān)關(guān)系分析，2站點(diǎn)相距27km，從潮位相關(guān)分析結(jié)果可看出，5月和8月其相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)均高于0.5，而6月和7月相關(guān)性較低，相關(guān)系數(shù)低于0.2。5月、8月由于大遼河上游來水較小，潮水幾乎不受上游來水影響，因此相關(guān)性最好，6月、7月上游易出現(xiàn)不同程度的洪水，潮水受上游洪水影響較為嚴(yán)重，因此相關(guān)性最差。從近58年的營口和田莊臺2站年最高潮位數(shù)據(jù)分析，其相關(guān)性和總的趨勢相差不大。隨著潮水位的漲落潮流量也隨之增大或減小。潮水位越高，潮流量亦越大，反之，潮流量減小。

2.3 營口、三岔河月高潮位相關(guān)分析

結(jié)合營口和三岔河2站5—8月高潮位觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析2個潮位站不同月份高潮位的相關(guān)性，結(jié)果如圖3所示，見表4。

圖3 營口和三岔河兩站5—8月高潮位相關(guān)關(guān)系分析

表4 營口和三岔河2站不同月份高潮位相關(guān)擬合方程

從營口和三岔河2站5—8月高潮位相關(guān)關(guān)系分析，其各月高潮位相關(guān)系數(shù)均低于營口站和田莊臺站，營口站和三岔河站之間的距離為82.5km，受海水漲潮影響，漲潮時，海水自河口向三岔河方向逆流，由于河槽斷面逐漸變小，河道彎曲段增多，斷面不規(guī)整，水流逆坡上溯等原因，潮波進(jìn)入河口后，能量逐漸消弱而變形，即潮差之間變小，隨著潮水波傳播距離的增加，也使得營口站和三岔河站高潮位相關(guān)系數(shù)有所降低，但總體相關(guān)趨勢還是一致的，即5月和8月的相關(guān)系數(shù)較高，而6和7月的相關(guān)系數(shù)較低。5月、8月由于大遼河上游來水較小，潮水幾乎不受上游來水影響，因此相關(guān)性最好，6月、7月上游易出現(xiàn)不同程度的洪水，潮水受上游洪水影響較為嚴(yán)重，因此相關(guān)性最差。

2.4 田莊臺、三岔河月高潮位相關(guān)分析

結(jié)合田莊臺和三岔河2站5—8月高潮位觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析2個潮位站不同月份高潮位的相關(guān)性，結(jié)果如圖4所示，見表5。

表5 田莊臺和三岔河2站不同月份高潮位相關(guān)擬合方程

圖4 田莊臺和三岔河2站5—8月高潮位相關(guān)關(guān)系分析

從結(jié)合營口和三岔河2站5—8月高潮位觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析2個潮位站不同月份高潮位的相關(guān)性，結(jié)果可以看出田莊臺和三岔河相關(guān)性總體好于營口和三岔河各月最高潮位的相關(guān)性，田莊臺和三岔河之間的距離為58km，相比于營口站，田莊臺和三岔河之間潮水波傳播距離更短，使得其相關(guān)系數(shù)有一定程度的提高。8月份由于上游來水較少，對其潮位傳播影響程度較低，使得營口站和三岔河站之間高潮潮位的相關(guān)系數(shù)在8月份可以達(dá)到0.6966，而同樣5月份上游來水也較少，其相關(guān)系數(shù)也可達(dá)到0.3699。但和營口站有所不同，田莊臺和三岔河站在7月份高潮潮位的相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.5282，明顯好于營口站在7月份的相關(guān)系數(shù)，通過分析主要是因?yàn)樘锴f臺到三岔河為大遼河感潮河段的主潮流段，潮汐影響明顯，降低了其上游來水的影響，因此在7月上游來水較大情況下，營口和三岔河2站的高潮潮位相關(guān)性也可達(dá)到0.5282，由此在主汛期可以通過7月和8月田莊臺和三岔河高潮潮位擬合方程，結(jié)合上游田莊臺潮位站的潮位資料對下游三岔河潮位站的高潮潮位進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)相關(guān)預(yù)報。

3 上游來水對三岔河潮汐影響分析

渾河、太子河在三岔河進(jìn)行交匯形成大遼河入渤海，大遼河感潮河段上游來水分為3個部分，第1部分為渾河干流的邢家窩棚水文站(交匯處上游水文站)、第2部分為太子河干流唐馬寨水文站(交匯處上游水文站)，第3部分為太子河支流海城水文站(唐馬寨-三岔河的區(qū)間入流)，3個部分的組合流量為三岔河站上游來水流量。本文分別結(jié)合邢家窩棚、唐馬寨、海城水文站不同年份流量值，進(jìn)行組合成合成流量，結(jié)合對應(yīng)時期三岔河潮位及潮位狀態(tài)，對上游來水對三岔河潮差影響進(jìn)行分析，結(jié)果見表6。此外對上游不同來水流量和三岔河潮位進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果如圖5所示。

表6 1990—2020年三岔河站年最高潮位及上游站對應(yīng)流量表

(續(xù)表)

圖5 游洪水流量與三岔河水位相關(guān)

通過對大遼河三岔河站1990—2020年年最高潮位數(shù)據(jù)以及上游來水流量500m3/s以上的16場典型洪水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析近30年間營口、田莊臺站潮位變化相對穩(wěn)定，三岔河站在1994—1996、2005、2010、2012年最高水位均超過5m，1995年達(dá)到6.64m，水位均超過了營口及田莊臺高潮潮位，通過分析三岔河上游渾河邢家窩棚站、太子河唐馬寨站以及太子河支流海城河海城站對應(yīng)時間流量數(shù)據(jù)，建立流量與潮水位關(guān)系圖可知，在1994—1996、2005、2010、2012、2020年，上游河道來水量較大，三岔河水位偏高是受潮水和河道來水相互頂托影響所致。綜合1990—2020年30年間三岔河上游來水與潮位的關(guān)系可得出，洪水期當(dāng)三岔河上游來水量超過2000m3/s時，三岔河無明顯的超差現(xiàn)象，即潮汐現(xiàn)象消失。

4 結(jié)論

(1)營口、田莊臺2斷面高潮出現(xiàn)的時間差為1～3h，低潮出現(xiàn)的時間差為1～4h；營口、三岔河2斷面高潮出現(xiàn)的時間差為4～5h，低潮出現(xiàn)的時間差為5～6h，營口站與田莊臺站相關(guān)性比營口站與三岔河站相關(guān)性好，各站點(diǎn)5月和8月高潮潮位擬合方程可用來進(jìn)行上、下游潮位經(jīng)驗(yàn)相關(guān)預(yù)報。

(2)當(dāng)上游流量在1000m3/s左右時，三岔河潮汐現(xiàn)象有一定影響，但潮汐現(xiàn)象不消失；當(dāng)上游流量超過2000m3/s時，三岔河潮汐現(xiàn)象消失。

(3)大遼河上游來水時間及分布對三岔河站潮汐影響較大，在后續(xù)研究中還需對上游來水對其潮汐影響進(jìn)行分析，從而確定大遼河沿河灌區(qū)的最優(yōu)取水時段。