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研究積累資料,為遼河干流及其支流生態建設提供依據。

橡膠壩;測量;沖淤變化;淤積深度

1 概況

遼河發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、養息牧河、柳河，流域內山丘區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與下遼河平原區，流經遼寧省中部的鐵嶺、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地形圖上沿河布設斷面，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平均高程和本次測量計算結果，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淤積量及深度。

3 分析橡膠壩運行后庫區淤積量、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年連續淤積，淤積深度分別為0.074和0.068m。平安堡2009～2012年連續淤積，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 橡膠壩庫區淤積量、深度進行分析

4.1 對典型橡膠壩庫區淤積量、深度進行分析

根據遼河局提供的橡膠壩設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據比較完整，選取數據完整的大張和紅廟子橡膠壩設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，用三角網法計算出建壩前與現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河段沖淤變化情況，見表2。

表2 大張、紅廟子橡膠壩庫區運行前后淤積量、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河道平均淤積0.38m，紅廟子橡膠壩相比建壩時分析河段內河道平均淤積0.21m。

4.2 對13座橡膠壩庫區淤積深度進行分析

2014年7月，對遼河干流河段內13個橡膠壩蓄水區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橫斷面地形高程點與建壩初期相應橫斷面地形高程點進行對比，得出橡膠壩蓄水區各橫斷面平均淤積深度及蓄水區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河段平均產生2個左右大小不等灘地。

4.3 對典型橡膠壩庫區汛前、汛后地形測量淤積深度進行分析

由于本年度為枯水年，汛期內徑流量變化范圍較小，所以根據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、新調線、馬虎山橡膠壩庫區汛前、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%;新調線橡膠壩以上1 900m范圍內河道斷面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 結論

(1)通過遼河干流13個橡膠壩建成至今河段蓄水區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生大量淤積，其淤積量峰值易產生于蓄水區河段上游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左右易產生沖刷作用，600m左右會出現小部分淤積，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，橡膠壩蓄水區河段部分沖淤情況基本不變，因此其他橡膠壩汛前測量結果即可代表本年度橡膠壩蓄水區基底情況，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蓄沖刷過程。第2天進行橡膠壩蓄水區河段水上及水下地形測量，因此馬虎山橡膠壩蓄水區沖刷明顯，可見橡膠壩調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平均淤積深度在0.26～0.41m之間;中游的各橡膠壩蓄水區平均淤積深度在0.39～0.46m之間;下游的各橡膠壩蓄水區平均淤積深度在0.22～0.38m之間，遼河干流中游區的各橡膠壩淤積量相對偏大。各橡膠壩蓄水區淤積情況同時受區間來水量、橡膠壩運行情況、人為因素等多方面影響。

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表2 車爾臣河流域2015～2050年E T0趨勢檢驗結果

4 討論

對比1957～2011年和2015～2050年研究區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年期間表現出更長程的相關性。這種差異來源于統計降尺度過程中預報因子與E T0的回歸及預測關系優劣的差別，表明SD SM模型預測氣候相關變量時具有不確定性。

1957～2011年 E T0呈現下降趨勢，而 E T0的降低主要和氣象要素的變化有關，其中降水(P)、最高氣溫(Tmax)、最低氣溫(Tmin)、平均氣溫(Tave)、日照時數(N)、凈輻射(R n)、2m風速(U2)和相對濕度(R H)等要素與E T0的趨勢有直接關系。表3列出了1957～2011年研究區氣象要素變化趨勢的MK結合MMK法檢驗結果。

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統計降尺度預測的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E T0整體呈下降趨勢說明其對區域氣候變化的響應較敏感，也表明未來研究區暖濕化背景下作物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，這將緩解研究區長期干旱趨勢和農業用水資源緊張問題。

5 結論

(1)傳統M K趨勢檢驗方法未考慮時間序列的自相關性，因此可能夸大趨勢的顯著性。M M K法考慮自相關性的影響，得出的趨勢更趨真實。結合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 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2站E T0均呈下降趨勢，此時若羌站仍然為顯著下降水平。

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2016-02-14

張 炎(1989年—)，男，助理工程師。