辽河各水沙来源区对下游泥沙沉积的影响

陈 杨

（沈阳农业大学高等职业技术学院，沈阳 110122）

辽河各水沙来源区对下游泥沙沉积的影响

陈 杨

（沈阳农业大学高等职业技术学院，沈阳 110122）

以辽河中下游有关水文站年系列资料为基础，运用泥沙收支平衡法，研究辽河中下游泥沙时空分布，结果表明：巨流河至六间房河段为辽河中下游强烈沉积区。运用统计学方法，研究巨流河—六间房河段泥沙沉积量与上游不同水沙来源区水沙量相关关系。分析结果表明：辽河下游巨流河—六间房河段沉积量与辽河支流柳河产沙区产沙量具有较好的相关关系，柳河产沙量的变化对辽河下游河道泥沙沉积量的变化起着主要的控制作用，且柳河汛期单位来水来沙量较全年单位来水来沙量对辽河下游沉积量的贡献率更大。因此，为缓解辽河下游河道沉积问题，柳河水土流失的治理亟待加强。

泥沙来源区；河道泥沙沉积；辽河中下游

一个流域系统可以分为侵蚀带、输移带与沉积带［1］，各带之间具有一定的耦合关系［2］。对于具有水沙异源特性的大型流域，不同水沙来源区产生的泥沙对于沉积带沉积过程的影响是不同的［3］，基于这种认识，可以在对与下游沉积带影响最大的泥沙来源区展开治理，来缓解下游河道沉积问题，从而减轻泥沙沉积对防洪的压力。

辽河的含沙量较高，仅次于黄河、海河，为中国第3位。辽河下游多年平均输沙量达1 187．96× 104t，多年平均含沙量达3．32 kg／m3，其下游河段严重淤积，在一定程度上影响了辽河的水利功能及流域内的生活、生产、生态。本文以大量实测资料为基础，对辽河中下游泥沙沉积特性进行系统的分析，具有一定的理论与现实意义。

1 研究区概况

辽河位于中国东北地区南部，是我国七大江河之一。辽河上游两大支流东、西辽河在辽宁昌图福德店汇合后称辽河干流。辽河中下游，主要指福德店至辽中县六间房河口段的辽河干流地区，流域面积约为4．5×104km2，全长512 km。福德店至铁岭段是低山丘陵区，铁岭以下逐渐进入平原地区，且河流密布于平原。流域内共有100 km2以上河流129条，其中直接汇入的一级支流29条。福德店至巨流河为辽河中游，该段东侧汇入招苏台河、清河、柴河、?河等支流，西侧汇入秀水河、养息牧河；巨流河以下至六间房河口为辽河下游，该段西侧有柳河汇入。

福德店至铁岭河长约278 km，河道在铁岭以上为丘陵区河道，支流发育，水量丰富，平均河道比降0．23‰，河宽125～300 m，平面形态蜿蜒曲折；铁岭以下进入平原，河宽200～300 m，比降0．18‰～0．16‰，河道尚属稳定；但巨流河以下因有多沙支流柳河加入，使柳河口上、下河道淤积严重，比降上缓下陡，河道平面形态变为宽浅顺直，宽深比5．7～33，主流分汊多变；六间房以下属河口区。总之，辽河中下游河道蜿蜒曲折，河势多变［4］。辽河中下游河道主要特征值如表1所示。

表1 辽河中下游干流河道主要特征值统计表Table 1 The statistics ofmain feature values in themain stream of them iddle and lower reaches of Liaohe River

2 资料来源与研究方法

为了研究辽河各来源区的水沙变化，本文利用了辽河干流福德店站、通江口站、铁岭站、巨流河站、六间房站及辽河下游支流柳河新民站1988－2005年间的年输沙量和年径流量资料（新民站资料为1988－2003年间）。这些资料均来自上述水文站。辽河中下游水系及水文站位置见图1。

图1 辽河中下游水系及水文站位置图Fig．1 W ater system and hydrometric station locations of them iddle and lower reaches of Liaohe River

本文采用泥沙收支平衡（Sediment Budget）的方法［5］，来确定辽河中下游各河段的沉积量。辽河上游两大支流东、西辽河在福德店站汇入辽河干流，因西辽河流域面积占福德店以上流域面积的90%，年径流量、年输沙量分别占福德店年径流量、年输沙量的67%和92．8%，而东辽河的水沙量较小且缺少长系列资料，可忽略东辽河的来水来沙量，故福德店可作为西辽河控制站；在福德店至巨流河间，招苏台河、清河、柴河、?河、秀水河、养息牧河等支流入汇辽河的来水来沙量总和，由巨流河站与福德店站水沙量差值反映；下游支流柳河在新民汇入辽河，其控制站为新民站；六间房站为辽河出口控制站。辽河中下游干流泥沙输入、输出关系可以概化为图2。

图2 辽河中下游干流泥沙输入、输出关系概化图Fig．2 Diagram show ing input and output of sediment of themain stream in them idd le and lower reaches of Liaohe River

基于泥沙收支平衡的概念，可以按下式确定辽河中下游各河段泥沙年沉积量：

按照上列（1）式可以计算出辽河中下游各水文站间河段的历年泥沙沉积量，以确定辽河中下游重点沉积河段，公式中所涉及到的各个水文站的输沙资料均来自有关水文站。在确定了泥沙沉积量之后，运用统计学方法，将重点沉积河段泥沙沉积量与上游各水沙来源区的水文泥沙特征值相联系，建立经验统计关系，以揭示辽河中下游重点沉积河段泥沙沉积量与上游不同水沙来源区来水来沙的相关关系，以确定对重点沉积河段影响最大的泥沙来源区。

3 研究结果

3．1 水沙来源区的划分

以1988 2005年的水文资料为基础，将辽河东、西两侧主要支流的来水、来沙量进行对比，西部各支流径流量明显小于东部各支流，东部各支流径流量占全部径流量的57．52%；而输沙量则占全部输沙量的11．61%。西部各支流径流量占全部径流量的42．48%；而输沙量却占全部输沙量的88．39%。特别是辽河上游支流西辽河与下游支流柳河的输沙量分别占全部输沙量的43．78%与34．11%，西辽河流域的年均产沙模数为53．77 t／km2·a，而柳河流域的年均产沙模数高达366．09 t／km2·a。故辽河水沙有“水沙异源、东水西沙”的分布特点，支流西辽河与柳河为辽河的重点产沙区，可称之为多沙区。其余地区，主要包括东辽河、招苏台河、清河、柴河、?河等支流，可以认为是少沙清水区。

3．2 泥沙沉积的时间、空间分布

用泥沙收支平衡法统计的辽河中下游各河段，在1988－1999年、2000－2005年2个时段以及1988－2005年整个18年系列的总沉积量和多年平均值详见表2（其中巨流河六间房河段统计年段为1988－2003年），并绘成冲淤量累积曲线如图3所示。

表2 辽河中下游各河段沉积量Table 2 Volumes of deposition of all the rivercourses in them iddle and lower reaches of Liaohe River 104t

由图3可知，1988－2005年辽河福德店至铁岭河段泥沙以冲刷为主；铁岭以下以沉积为主，产生冲刷的年份很少，且冲刷量很小，大部分泥沙沉积在巨流河至六间房河段内。由表2可知，1988－1999年辽河丰水丰沙，所以各河段大冲大淤，其中巨流河六间房河段沉积最多，12年沉积泥沙5 630×104t，平均每年沉积511．82×104t；2000－2005年是连续6年枯水，铁岭以上各段表现为微冲，巨流河六间房河段沉积308．21×104t，平均每年沉积61．64×104t。1988－2005年福德店至六间房总计沉积量为7 969．64× 104t，从沉积的空间分布来看，巨流河六间房河段泥沙沉积量为5 938．21×104t，占总沉积量的74．51%，铁岭巨流河河段泥沙沉积量为2 031．43× 104t，占沉积总量的25．49%。由此可认为，巨流河六间房河段为辽河中下游泥沙强烈沉积区。

3．3巨流河六间房河段年沉积量与上游各水沙来源区年水沙量相关关系分析

表3中列出了巨流河六间房河段年沉积量（Sdep，J－L）与上游各水沙来源区的年水沙量的相关关系矩阵。从中可以看到，Sdep，J－L与福德店站年径流量和年输沙量的相关系数为0．50和0．55，Sdep，J－L与新民站年径流量和年输沙量的相关系数为0．74和0．86。显著性检验表明，Sdep，J－L与新民站年径流量和年输沙量相关系数的显著程度分别为0．0372 69和0．020 192；Sdep，J－L与福德店站年径流量和年输沙量相关系数的显著程度分别为0．119 383和 0．095 041。由此可见，巨流河六间房河段年沉积量与新民站年径流量和年输沙量的相关关系较为显著，与福德店站年径流量和年输沙量的相关关系不显著。Sdep，J－L与福德店至巨流河间汇入的东、西两侧支流年径流量和年输沙量相关系数较小，相关关系不显著。故可以认为，巨流河六间房河段年沉积量主要受多沙区柳河来水来沙量的控制，与多沙区西辽河及少沙清水区的关系不密切。

3．4巨流河六间房河段泥沙沉积量与柳河全年及汛期来水来沙量的相关关系分析

图3 辽河中下游沿程各河段泥沙累计冲淤量（1988－2005年）Fig．3 The volume of accumulated scour sedimentation in them idd le and lower reaches of Liaohe River（1988－2005）

图4新民站的年输沙量及巨流河六间房河段年沉积量随时间的变化Fig．4 The changes of Xinm in annual sediment transport and Juliuhe to Liujianfang rivercourse annual deposition w ith time respectively（1988－2003）

为了查明柳河产沙区对巨流河六间房河段沉积量的影响，首先绘出柳河新民站的年输沙量与巨流河六间房河段年沉积量随时间的变化图（图4）。为了更清楚地显示变化趋势，图中绘出了5年移动平均线。可以看到，巨流河六间房河段沉积量与柳河产沙量的变化有很好的同步关系。自2000年以来巨流河六间房河段年沉积量呈明显的减小趋势，这种变化趋势与柳河产沙量的变化趋势相同。这进一步说明，柳河产沙量变化对巨流河六间房河段沉积量变化的控制作用较大。

图5点绘了柳河新民站全年、汛期来水来沙量与巨流河六间房河段全年、汛期沉积量之间的关系，用幂函数进行拟合。对相关系数的显著性进行了检验，结果表明，相关系数在0．05的水平上是较显著的。

表3巨流河六间房河段年沉积量与上游各水沙来源区的年水沙量的相关关系矩阵（1988－2005）（Qw，QS分别表示年径流量和年输沙量，下标中的地名为站名）Table 3 Correlation matrixes between sediment deposition amount from Juliuhe to Liujianfang reach and water and sediment load from different source areas（1988－2005）

从图中可看到，巨流河六间房河段全年及汛期沉积量与新民站全年及汛期来沙量都具有较好的相关关系，但汛期拟合函数的指数、系数较全年的略大一些，即柳河汛期单位来沙量对巨流河六间房河段沉积量的贡献率略大一些。巨流河六间房河段全年及汛期沉积量与新民站全年及汛期来水关系为沉积量随着来水量的增大而增大，增大的趋势在汛期较全年要大一些，说明柳河汛期单位来水量对巨流河六间房河段沉积量贡献率要大一些。巨流河六间房河段沉积量随柳河来水的增大而增大是因为来水量大时产沙量也大，这时，输出流域和沉积在流域内的泥沙都有所增加。并且柳河上游闹德海水库采用“蓄清排浑”运行模式后，相同流量情况下汛期向下游输送更多的泥沙，进而也造成了沉积的增加，而非汛期下游会有一定程度的冲刷出现。当然，如果出现计算年限之外的更大的径流，这种关系可能会发生更为复杂的变化［6］。

以上分析表明，辽河下游泥沙沉积主要受多沙区柳河来水来沙的控制，且柳河汛期水沙量较全年水沙量贡献率更大。柳河是全国有名的多沙河流，流域内荒山秃岭，水土流失十分严重，大量泥沙经闹德海水库下泄后进入辽河，因柳河洪水一般不与辽河洪水遭遇，绝大部分淤积在柳河河口及辽河下游河道，使河床不断抬高，河道泄洪能力减小，严重影响辽河下游工农业生产及交通安全。因此，治理柳河、兴利除害、减少入辽泥沙是一项十分重要的任务。

4 结 论

（1）辽河下游泥沙主要以沉积为主，产生冲刷的年份很少，且冲刷量不大。从沉积的空间分布来看，在1988－2005年间，巨流河六间房河段沉积量占辽河中下游总沉积量的74．51%，铁岭巨流河河段沉积量占总沉积量的25．49%。巨流河六间房河段为辽河中下游泥沙强烈沉积区。

（2）巨流河六间房河段年沉积量主要受多沙区柳河来水来沙量的控制，与西辽河及少沙清水区来水来沙的关系不密切；巨流河六间房河段泥沙沉积与柳河新民站全年及汛期来水来沙都具有较好的相关关系，汛期单位来沙量较全年单位来沙量对巨流河

六间房河段沉积量的贡献率略大一些，汛期单位来水量较全年单位来水量对巨流河—六间房河段沉积量贡献率要大一些。因此，为缓解辽河下游河道沉积问题，对柳河水土流失的治理需亟待加强。

（3）解决泥沙沉积对辽河下游河道的影响有效的方法是在多沙区柳河易发生水土流失的河流两岸，采取保护性生态修护、退耕还林等水土保持措施，控制柳河上游的水土流失。柳河流域的水土保持必须从小流域治理入手，以小流域为单元进行综合治理是改善柳河泥沙问题以及流域生态环境的根本出路。

图5 辽河下游（巨流河六间房河段）沉积量与新民站全年及汛期来水来沙量相关关系Fig．5 The relations between the com ing water and sediment at Xinm in station and the deposition of the lower reaches of Liaohe River from Juliuhe to Liujianfang reach

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（编辑：曾小汉）

Formation M echanism Analysis of Collapse Occurring in Underground Powerhouse

MENG Fan li，CHEN Xiang hao，HEWei，FEIWen ping，CUIHua li
（College ofWater Resource and Hydropower，Sichuan University，Chengdu 610065，China）

During the first stage excavation of the giant underground powerhouse，a collapse occurred between 0＋125－0＋147 m with the total collapse volume of5 000 m3and the cavity appeared like an irregular gourd shape．In accordance with monitoring result of the construction period，the formation mechanism of collapse is expounded from the five aspects of engineering geology，blasting vibration，excavation unloading，supportmeasures aswell as stress concentration．It is concluded that the primary cause of collapse formation in the underground powerhouse is the existence of vein faultβ80，while the direct cause is that deformation of vein faultβ80caused by excavation and blasting vibration cannot be effectively controlled by supportmeasures．So appropriate supports and reinforcement measures should be taken in the exposed surface of excavation in the zone of fracture and surrounding rock deforma tion monitoring should be strengthened，which is the effectivemeans to prevent collapse occurrence．

underground powerhouse；collapse；safetymonitoring；treatment

TV142．1

A

1001－5485（2010）05－0004－04

2009 05 13

国家自然科学青年基金项目（40601054）；辽宁省教育厅高等学校科学研究青年基金项目（05L403）

陈 杨（1979 ），女，辽宁沈阳人，硕士，主要从事土壤侵蚀规律及其治理方面的研究，（电话）024 88760303（电子信箱）cheny ang．lele＠163．com。