太子河河道演变及影响因素分析

刘　宇

（辽宁省大伙房水库管理局辽宁抚顺113007）

太子河河道演变及影响因素分析

刘宇

（辽宁省大伙房水库管理局辽宁抚顺113007）

本文依据太子河干流本溪、辽阳、唐马寨水文站水文资料，分析了不同代表站大断面不同年份河道形态变化，建立水位-流量关系曲线，研究结合代际特征，选取1964年、1975年、1985年、1995年、2005年、2010年大水年为代表年，分析过流能力变化趋势；从自然因素的年降水-径流双累积曲线变化、年径流系数及人类活动对水资源量、流域下垫面、水利工程、水资源质量等方面分析了影响河流演变因素，为太子河河道生态治理提供依据与参考。

河道演变；过流能力；影响因素；太子河

1　流域概况

太子河位于辽宁省东南部，东经122° 26′～124°53′，北纬40°29′～41° 39′之间，流域呈东西走向，源头为新宾大红石砬子，流经本溪市、鞍山市、辽阳市，最后入浑河。太子河流域面积13.5万km2，全长363km，流域内山地面积占69%，丘陵占6.1%，平原占24.9%［1］。太子河支流较多，辽阳以上左侧支流有细河、兰河、汤河，辽阳以下左侧有柳豪、南沙、运粮、杨柳、三通、五道、海城等支流，右侧仅有北沙河一条支流。流域属温带季风型大陆性气候，多年平均降水在650mm～800mm，主要集中在6月～9月，约占全年降水量的70%～80%。太子河流域内建有观音阁、葠窝及汤河三座大型水库，其中观音阁水库和葠窝水库位于河道干流上，汤河水库位于支流汤河上，小汤河和小夹河为观—葠区间河段的支流，分别建有关门山和三道河两座中型水库。太子河河道比降上、下游变化大，辽阳水文站以上河流摆动变化趋势不大，辽阳水文站以下河道弯曲，纵向冲淤变化大，河道演变变迁是影响河流生态健康因素之一。

2　河道形态演变分析

考虑到代表性及资料完整性，选择太子河干流本溪、辽阳、唐马寨水文站为代表，分析河床形态变化规律。本溪水文站设立于1933年11月，初为水位站，1945年7月停测，1949年7月恢复，1951年4月上迁2500m为本溪（二）水文站，1955年7月上迁620m为本溪（三），1960年1月下迁2000m为本溪（四），1963年6月下迁6520m为本溪（五）；辽阳水文站设立于1934年2月，1935年2月改为辽阳（二），1957年7月改为辽阳，1965年1月改为辽阳（三），研究选用1965年之后辽阳站大断面成果分析其形态演变规律；唐马寨水文站属于太子河下游干流控制站，设立于1934年3月，初为水位站，1950年5月下迁350m为唐马寨（二），1960年1月改为水文站，集水面积，1974年5月上迁300m为唐马寨（三）。水文站大断面见图1～图3。

图1　本溪水文站大断面

图2　辽阳水文站大断面

图3　唐马寨水文站大断面

由图1可知，本溪水文站大断面基本稳定，根据调查，本溪水文站位于城区，断面已经基本固化。由图2可知，太子河辽阳站1965年～2010年间断面形态发生了一定变化，其中主槽变化不大，右侧滩地变化明显。由图3可知，唐马寨水文站大断面变化显著，1965年、1970年，太子河主槽在左侧（起点距100m附近），之后由于断面整治及水利工程修建，主槽右移（起点距500m～700m附近）。

3　河道过流能力分析

3.1分析方法

辽宁省河流水位～流量关系多为绳套曲线，研究中采用指数函数对水位～流量关系进行拟合。若一年内有多次洪水过程，且不同洪水过程水位～流量关系差异较大，则选取峰值最大的洪水过程构建水位～流量关系［2］。

Q=K（Z-Z0）或1nQ=1nK+n1n（Z-Z0）（1）

式中：Q为流量，m3/s；Z为水位，m；Z0为断流水位，m。

3.2过流能力

考虑到平水年、枯水年建立的水位～流量关系与大水年差别较大，不宜用来分析河流过流能力。研究结合代际特征，选取1964年、1975年、1985年、1995年、2005年、2010年大水年为代表年，分析过流能力变化趋势。选取太子河干流小林子水文站为代表，建立水位～流量关系曲线，分析特定水位条件下的过流能力，如表1所示。

由表1可知，太子河水位～流量关系拟合较好，除个别年份外，R2均在0.97之上。分析可知，小林子水文站过流能力整体基本稳定。

4　河流演变影响因素分析

4.1自然因素影响分析

表1　小林子水文站不同年代过流能力分析

降水是径流的直接来源，降水量大小与河道径流量大小有密切联系，分析降水径流关系的一致性特征有助于更好的识别人类活动对径流的影响［3］。结合《辽宁省水资源》成果，分析河流代表站（区间）降水的变化特征，并将径流与降水量进行比较分析，采用双累积曲线法定量分析识别降水与河道径流的关系；径流系数指径流量与降水量比值［4］，可以综合反映流域内自然地理要素对降水～径流关系的影响，在双累积曲线法定量分析识别降水与河道径流的关系基础上精选站或区间对径流系数进行分析评价，以反映不同年代降水径流关系的变化。

（1）代表站选择

考虑到代表性及资料完整性，选取太子河干流本溪站以上、本溪～辽阳区间、辽阳～唐马寨区间、唐马寨以上为代表分析太子河流域降水、径流关系一致性。受建站年份及资料连续性限制，降水资料起始年份在1953年～1967年之间，截止年份均为2011年。降水～径流双累计曲线起始年份为降水、径流资料系列起始年份中的较晚年份，截止年份为2011年。

（2）降水～径流关系分析

降水～径流双累积曲线见图4。

本溪站以上降水～径流双累积曲线于1975年出现拐点，太子河本溪～辽阳区间降水～径流双累积曲线于1968年出现拐点，太子河辽阳～唐马寨区间降水～径流双累积曲线于1977年出现拐点，太子河唐马寨以上降水～径流双累积曲线于1977年出现拐点。

（3）年均径流系数

太子河径流系数呈减小趋势，与1958年～1979年代相比，1980年～2000年径流系数减少10%～25%，2001年～2011年减少13%～34%。

综上，降水～径流关系发生突变出现拐点，表明关系一致性发生了变化。双累积曲线分析表明：太子河降水～径流关系多在1975年～1977年前后出现变化，仅本溪～辽阳区间降水～径流关系拐点出现于1968年。参照河流所在区域，进一步说明半湿润地区河流降水～径流双累积曲线突变点多出现于1975年～1979年间。同时根据年径流系数计算结果，半湿润地区河流径流系数均呈减少趋势。

4.2人为活动影响分析

（1）水资源量影响

太子河径流系数呈减小趋势，与1958年～1979年代相比，1980年～2000年径流系数减少10%～25%，2001年～2011年减少13%～34%；上游支流代表站与1956年～1979年相比，1980年～2000年径流系数减少28.4%，2001年～2011年减少33.7%。太子河人均用水量从建国初83m3增加到2011年513m3，太子河对径流系数的影响从1956年～1979年0.047，增加到2001年～2011年的0.63，影响增加34%。

（2）流域下垫面影响

图4　降水～径流双累积曲线

表2　太子河代表站不同年代年径流系数统计

流域下垫面影响对河流径流变化，以天然径流系数表示。太子河从年径流系数0.34变化到0.32，下降7%，其它经济发展对径流影响不大。

（3）水利工程影响

太子河水利工程80年代之前，水利工程对上游本溪站洪水影响不大，90年代中期，水利工程对本溪站洪水影响逐渐加强，2001年～2011年，水利工程对本溪洪峰的削减约为70%，其中观音阁水库的调节起到了重要的作用。太子河下游受水利工程影响时间较早，1961年～1979年水利工程对洪峰的削减就达到37.7%，并削减程度随时间呈增加的趋势，2001年～2011年水利工程对下游洪峰的削减已接近70%。

（4）水资源质量影响

水质方面1956年河流水质较好，基本可以饮用，1980年经济进入发展期间，水质较差，随着时间推移，2010年左右，河流水质出现好转。从水质较好，到污染严重，再到逐渐恢复，也充分体现人类对河流影响不断加深趋势。

5　结论

通过对塔山水库防洪标准进行复核计算与分析，采用无资料地区设计暴雨、设计洪水计算方法计算水库的设计频率5%和10%的洪水过程，计算得到了入库洪峰流量、相应库容、相应最高水位及溢洪道相应的最大泄流量与原设计值基本一致，表明本次计算的结果是合理的。通过设计洪水的计算与分析为工程建设提供翔实的数据依据，同时为类似工程建设提供参考和借鉴，更为水库除险加固后发挥其防洪、改善生态环境和为经济社会发展提供基础保障。陕西水利

［1］张志斌.太子河流域水文特性分析与评价［J］.地下水，2016，38（2）:122-123.

［2］周旭东，韩睿，孙晓菊.浑河流域上游河道演变趋势分析［J］.水利科技与经济，2013，19（5）:18-20.

［3］王岩松，许晓艳.浑河河流形态特征演变规律分析［J］.中国防汛抗旱，2016，26（3）:57-59.

［4］梁冰.浑河流域降雨径流变化规律研究［J］.水土保持应用技术，2015，（1）:16-18.

（责任编辑：畅妮）

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