辽河流域橡胶坝地形测量及冲淤变化探析

张 炎

(大伙房水库管理局，辽宁 抚顺 113007)

辽河流域橡胶坝地形测量及冲淤变化探析

张 炎

(大伙房水库管理局，辽宁 抚顺 113007)

辽河干流13座橡胶坝建成使用后,通过对橡胶坝泥沙淤积情况分析,为研究辽河干流河道泥沙冲淤变化、橡胶坝淤积防治等基础研究积累资料,为辽河干流及其支流生态建设提供依据。

橡胶坝;测量;冲淤变化;淤积深度

1 概况

辽河发源于河北省七老图山脉光头山，总流域面积193 770km2，总河长1 390km。辽河在辽宁省内流域总面积41 836 km2，其中辽河干流的流域面积37 927 km2，河长521km。辽河干流的主要支流有招苏台河、亮子河、清河、中固河、柴河、汎河、秀水河、养息牧河、柳河，流域内山丘区面积占总流域面积的48%。辽河干流纵贯辽宁省的辽北康法丘陵区与下辽河平原区，流经辽宁省中部的铁岭、沈阳、鞍山、盘锦4个市。其河谷开阔，地势平坦，河道迂回曲折，河道比降小，泥沙淤积严重，是辽宁省汇流时间最长、泄洪能力差的河流。

本文搜集了13座橡胶坝基础资料，并对13座橡胶坝位置、实际运行情况和上下游工况进行了实地考察。13座橡胶坝分别为和平、通江口、五棵树、老边、平顶、双安桥、新调线、七星山、马虎山、毓宝台、满都户、红庙子、大张橡胶坝，以此来研究辽河流域冲淤变化情况。

2 测量方法及作用

采用全站仪、测深仪与 G P S定位相结合的方式进行，13座橡胶坝水下地形勘测方法，主要采用G P S和自动测深仪相结合，采用机船做载体，采用密集S型走航式施测，纵向河段每隔50m左右取一横断面，各橡胶坝蓄水区一般均从坝前起测量至上游河段1 000m以上(上游目测无明显淤积滩地终止)，精度高且点据密集;岸上部分采用全站仪施测。

通过对13座橡胶坝汛前及汛后的地形图(图略)对比分析，在橡胶坝运行前后库区地形图上沿河布设断面，找出横断面高程点子平均，得出橡胶坝横断面平均高程，多个横断面平均，求出橡胶坝蓄水区平均高程。采用对比法，资料完整的橡胶坝分析对比建成时橡胶坝蓄水区平均高程和本次测量计算结果，推求出冲刷、淤积变化情况，对地形图上，点子稀少的参考典型橡胶坝淤积规律和实际勘察推求淤积深度，从而可以推求橡胶坝运行后库区淤积量及深度。

3 分析橡胶坝运行后库区淤积量、深度

首先分析辽河干流各控制站径流量、输沙量和实测大断面沿程变化情况。径流量沿程变化如图1所示。

图1 2010～2013年多年平均径流、输沙沿程变化

由图1可知，辽河干流2010～2013年多年平均径流量和泥沙量沿程变化总体上呈现出增大的趋势。福德店至铁岭段多年平均径流和输沙量增长幅度较大，分别从9.31亿m3和49.7万t增长到32亿m3和198.5万t;铁岭至马虎山段多年平均径流量增长幅度较小，仅比铁岭站增加了6.8万 m3，为38.8亿m3，受石佛寺水库影响，马虎山站多年平均输沙量小于铁岭站;马虎山站以下河段的多年平均径流量变化幅度不大，基本稳定在40亿m3左右，但是输沙量增长幅度远大于径流量增长幅度，与福德店至铁岭段增长幅度相似，从马虎山站的146.6万t增长到六间房站的324.8万t。

从辽河干流控制站2009～2012年大断面平均冲於深度看，福德店2009～2011年连续淤积，淤积深度分别为0.027、0.035、0.056m;2012年冲刷，冲刷深度为0.022m。铁岭2009年淤积，淤积深度为0.033m;2010～2012年连续冲刷，冲刷深度分别为0.058、0.04、0.002m。马虎山2009年淤积，淤积深度为0.039m;2010年冲刷，冲刷深度为0.317m;2011～2012年连续淤积，淤积深度分别为0.074和0.068m。平安堡2009～2012年连续淤积，淤积深度分别为0.043、0.022、0.017和0.061m。辽中2009～2010年连续淤积，淤积深度分别为0.037和0.085m;2011年冲刷，冲刷深度为0.081m;2012年淤积，淤积深度为0.059m。六间房2010年淤积，淤积深度0.053m;2011年冲刷，冲刷深度0.042m;2012年淤积，淤积深度为0.146m(冲淤深度为整个断面平均深度)。

实测大断面冲淤变化见表1。

表1 辽河干流控制站2009～2012年大断面冲淤深度变化 m

4 橡胶坝库区淤积量、深度进行分析

4.1 对典型橡胶坝库区淤积量、深度进行分析

根据辽河局提供的橡胶坝设计方案及所测地形图，其中有2个橡胶坝地形图河道过水部分及岸上数据比较完整，选取数据完整的大张和红庙子橡胶坝设计方案所测地形图与2014年7月实测橡胶坝地形图进行比对，用三角网法计算出建坝前与现在相对于海平面的土方量，分析建坝前与本次测量橡胶坝蓄水区河段冲淤变化情况，见表2。

表2 大张、红庙子橡胶坝库区运行前后淤积量、深度计算

由表2可以看出，本次测量大张橡胶坝相比建坝时分析河段内河道平均淤积0.38m，红庙子橡胶坝相比建坝时分析河段内河道平均淤积0.21m。

4.2 对13座橡胶坝库区淤积深度进行分析

2014年7月，对辽河干流河段内13个橡胶坝蓄水区河段进行了水上及水下地形测量工作，通过实地测量、分析整理、绘制图表等，将得出的各橡胶坝蓄水区横断面地形高程点与建坝初期相应横断面地形高程点进行对比，得出橡胶坝蓄水区各横断面平均淤积深度及蓄水区河段总体的平均淤积深度，见表3;通过各横断面淤积情况绘制各橡胶坝蓄水区纵向河段平均淤积变化情况，以和平、通江口橡胶坝为例，如图2-3所示。

表3 橡胶坝蓄水区河段各断面淤积情况 m

图2 和平橡胶坝平均淤积深度变化

图3 通江口橡胶坝平均淤积深度变化

橡胶坝河段蓄水区淤积情况受水流沙、河段地形情况、人为因素等多方面影响，辽河干流各橡胶坝蓄水区河段平均产生2个左右大小不等滩地。

4.3 对典型橡胶坝库区汛前、汛后地形测量淤积深度进行分析

由于本年度为枯水年，汛期内径流量变化范围较小，所以根据各橡胶坝地理位置及运行情况等因素，2014年9月选取有代表性的3个橡胶坝进行了地形测量。根据9月所测3个橡胶坝地形图与7月所测地形图进行了河道淤积分析，计算出冲淤深度，见表4。

表4 红庙子、新调线、马虎山橡胶坝库区汛前、汛后淤积量、深度计算

由表4可以看出，红庙子橡胶坝以上2 500m范围内河道断面2014年9月15日比7月20日平均淤积变化0.022m，变化幅度为总量的0.216%;马虎山橡胶坝以上1 600m范围内河道断面2014年9月22日比7月24日平均淤积变化0.021m，变化幅度为总量的0.063%;新调线橡胶坝以上1 900m范围内河道断面2014年9月16日比2014年7月21日平均淤积变化 0.020m，变化幅度为总量的0.043%。

由于2次所测地形图时间间隔比较短，期间河道来水量比较小，河道部分冲淤变化不大。

5 结论

(1)通过辽河干流13个橡胶坝建成至今河段蓄水区淤积情况对比分析得出，对于很少运行或已有故障不能运行的橡胶坝而言，从橡胶坝位置开始即产生大量淤积，其淤积量峰值易产生于蓄水区河段上游300m左右，之后淤积量呈递减趋势，于1000m左右趋于低谷值;对于运行情况良好的橡胶坝而言，从橡胶坝位置开始至400m左右易产生冲刷作用，600m左右会出现小部分淤积，1000m左右淤积量易达到峰值，之后呈递减趋势，逐渐趋于平缓。

(2)通过对红庙子、新调线和马虎山3座橡胶坝汛前汛后地形图测量分析可知，因为2次所测地形图时间间隔比较短，且本年度为枯水年，辽河干流流量变化不大，橡胶坝蓄水区河段部分冲淤情况基本不变，因此其他橡胶坝汛前测量结果即可代表本年度橡胶坝蓄水区基底情况，汛后各橡胶坝情况以此类推。

(3)马虎山橡胶坝测量为第1天测流采沙试验，石佛寺水库放水，橡胶坝蓄水并瞬时放水，模拟汛期来水及橡胶坝调蓄冲刷过程。第2天进行橡胶坝蓄水区河段水上及水下地形测量，因此马虎山橡胶坝蓄水区冲刷明显，可见橡胶坝调蓄作用及对泥沙冲刷作用显著。

(4)本次测量的辽河干流位于上游的各橡胶坝蓄水区平均淤积深度在0.26～0.41m之间;中游的各橡胶坝蓄水区平均淤积深度在0.39～0.46m之间;下游的各橡胶坝蓄水区平均淤积深度在0.22～0.38m之间，辽河干流中游区的各橡胶坝淤积量相对偏大。各橡胶坝蓄水区淤积情况同时受区间来水量、橡胶坝运行情况、人为因素等多方面影响。

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表2 车尔臣河流域2015～2050年E T0趋势检验结果

4 讨论

对比1957～2011年和2015～2050年研究区E T0趋势可知，各时期2站 E T0均有下降趋势，但2015～2050年E T0比1957～2011年期间表现出更长程的相关性。这种差异来源于统计降尺度过程中预报因子与E T0的回归及预测关系优劣的差别，表明SD SM模型预测气候相关变量时具有不确定性。

1957～2011年 E T0呈现下降趋势，而 E T0的降低主要和气象要素的变化有关，其中降水(P)、最高气温(Tmax)、最低气温(Tmin)、平均气温(Tave)、日照时数(N)、净辐射(R n)、2m风速(U2)和相对湿度(R H)等要素与E T0的趋势有直接关系。表3列出了1957～2011年研究区气象要素变化趋势的MK结合MMK法检验结果。

表3 主要气候要素趋势变化

由于1957～2011年气象要素的变化具有较一致的趋势，因此用SD SM统计降尺度预测的2015～2050年气象要素也具有类似趋势。因此，风速和太阳辐射减弱、降水增加、相对湿度增大也是未来2015～2050年A 2/B 2情景下研究区各站E T0呈下降趋势的主要原因。

2015～2050年A 2和B 2情景下研究区E T0整体呈下降趋势说明其对区域气候变化的响应较敏感，也表明未来研究区暖湿化背景下作物E T0可能比以往低。作物E T0的降低意味着计划的灌溉用水可适量降低，这将缓解研究区长期干旱趋势和农业用水资源紧张问题。

5 结论

(1)传统M K趋势检验方法未考虑时间序列的自相关性，因此可能夸大趋势的显著性。M M K法考虑自相关性的影响，得出的趋势更趋真实。结合M K法及M M K法可综合判别车尔臣河流域E T0的趋势及其显著性。1957～2011年期间，且末站和若羌站的E T0呈下降趋势，且2站下降趋势均未达到显著水平。

(2)2015～2050年，A 2情景下研究区 2站的E T0均呈下降趋势，其中若羌站下降显著，且末站不显著。B 2情景下研究区2站E T0均呈下降趋势，此时若羌站仍然为显著下降水平。

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2016-02-14

张 炎(1989年—)，男，助理工程师。