太子河河道演變及影響因素分析

劉　宇

（遼寧省大伙房水庫管理局遼寧撫順113007）

太子河河道演變及影響因素分析

劉宇

（遼寧省大伙房水庫管理局遼寧撫順113007）

本文依據太子河干流本溪、遼陽、唐馬寨水文站水文資料，分析了不同代表站大斷面不同年份河道形態變化，建立水位-流量關系曲線，研究結合代際特征，選取1964年、1975年、1985年、1995年、2005年、2010年大水年為代表年，分析過流能力變化趨勢；從自然因素的年降水-徑流雙累積曲線變化、年徑流系數及人類活動對水資源量、流域下墊面、水利工程、水資源質量等方面分析了影響河流演變因素，為太子河河道生態治理提供依據與參考。

河道演變；過流能力；影響因素；太子河

1　流域概況

太子河位于遼寧省東南部，東經122° 26′～124°53′，北緯40°29′～41° 39′之間，流域呈東西走向，源頭為新賓大紅石砬子，流經本溪市、鞍山市、遼陽市，最后入渾河。太子河流域面積13.5萬km2，全長363km，流域內山地面積占69%，丘陵占6.1%，平原占24.9%［1］。太子河支流較多，遼陽以上左側支流有細河、蘭河、湯河，遼陽以下左側有柳豪、南沙、運糧、楊柳、三通、五道、海城等支流，右側僅有北沙河一條支流。流域屬溫帶季風型大陸性氣候，多年平均降水在650mm～800mm，主要集中在6月～9月，約占全年降水量的70%～80%。太子河流域內建有觀音閣、葠窩及湯河三座大型水庫，其中觀音閣水庫和葠窩水庫位于河道干流上，湯河水庫位于支流湯河上，小湯河和小夾河為觀—葠區間河段的支流，分別建有關門山和三道河兩座中型水庫。太子河河道比降上、下游變化大，遼陽水文站以上河流擺動變化趨勢不大，遼陽水文站以下河道彎曲，縱向沖淤變化大，河道演變變遷是影響河流生態健康因素之一。

2　河道形態演變分析

考慮到代表性及資料完整性，選擇太子河干流本溪、遼陽、唐馬寨水文站為代表，分析河床形態變化規律。本溪水文站設立于1933年11月，初為水位站，1945年7月停測，1949年7月恢復，1951年4月上遷2500m為本溪（二）水文站，1955年7月上遷620m為本溪（三），1960年1月下遷2000m為本溪（四），1963年6月下遷6520m為本溪（五）；遼陽水文站設立于1934年2月，1935年2月改為遼陽（二），1957年7月改為遼陽，1965年1月改為遼陽（三），研究選用1965年之后遼陽站大斷面成果分析其形態演變規律；唐馬寨水文站屬于太子河下游干流控制站，設立于1934年3月，初為水位站，1950年5月下遷350m為唐馬寨（二），1960年1月改為水文站，集水面積，1974年5月上遷300m為唐馬寨（三）。水文站大斷面見圖1～圖3。

圖1　本溪水文站大斷面

圖2　遼陽水文站大斷面

圖3　唐馬寨水文站大斷面

由圖1可知，本溪水文站大斷面基本穩定，根據調查，本溪水文站位于城區，斷面已經基本固化。由圖2可知，太子河遼陽站1965年～2010年間斷面形態發生了一定變化，其中主槽變化不大，右側灘地變化明顯。由圖3可知，唐馬寨水文站大斷面變化顯著，1965年、1970年，太子河主槽在左側（起點距100m附近），之后由于斷面整治及水利工程修建，主槽右移（起點距500m～700m附近）。

3　河道過流能力分析

3.1分析方法

遼寧省河流水位～流量關系多為繩套曲線，研究中采用指數函數對水位～流量關系進行擬合。若一年內有多次洪水過程，且不同洪水過程水位～流量關系差異較大，則選取峰值最大的洪水過程構建水位～流量關系［2］。

Q=K（Z-Z0）或1nQ=1nK+n1n（Z-Z0）（1）

式中：Q為流量，m3/s；Z為水位，m；Z0為斷流水位，m。

3.2過流能力

考慮到平水年、枯水年建立的水位～流量關系與大水年差別較大，不宜用來分析河流過流能力。研究結合代際特征，選取1964年、1975年、1985年、1995年、2005年、2010年大水年為代表年，分析過流能力變化趨勢。選取太子河干流小林子水文站為代表，建立水位～流量關系曲線，分析特定水位條件下的過流能力，如表1所示。

由表1可知，太子河水位～流量關系擬合較好，除個別年份外，R2均在0.97之上。分析可知，小林子水文站過流能力整體基本穩定。

4　河流演變影響因素分析

4.1自然因素影響分析

表1　小林子水文站不同年代過流能力分析

降水是徑流的直接來源，降水量大小與河道徑流量大小有密切聯系，分析降水徑流關系的一致性特征有助于更好的識別人類活動對徑流的影響［3］。結合《遼寧省水資源》成果，分析河流代表站（區間）降水的變化特征，并將徑流與降水量進行比較分析，采用雙累積曲線法定量分析識別降水與河道徑流的關系；徑流系數指徑流量與降水量比值［4］，可以綜合反映流域內自然地理要素對降水～徑流關系的影響，在雙累積曲線法定量分析識別降水與河道徑流的關系基礎上精選站或區間對徑流系數進行分析評價，以反映不同年代降水徑流關系的變化。

（1）代表站選擇

考慮到代表性及資料完整性，選取太子河干流本溪站以上、本溪～遼陽區間、遼陽～唐馬寨區間、唐馬寨以上為代表分析太子河流域降水、徑流關系一致性。受建站年份及資料連續性限制，降水資料起始年份在1953年～1967年之間，截止年份均為2011年。降水～徑流雙累計曲線起始年份為降水、徑流資料系列起始年份中的較晚年份，截止年份為2011年。

（2）降水～徑流關系分析

降水～徑流雙累積曲線見圖4。

本溪站以上降水～徑流雙累積曲線于1975年出現拐點，太子河本溪～遼陽區間降水～徑流雙累積曲線于1968年出現拐點，太子河遼陽～唐馬寨區間降水～徑流雙累積曲線于1977年出現拐點，太子河唐馬寨以上降水～徑流雙累積曲線于1977年出現拐點。

（3）年均徑流系數

太子河徑流系數呈減小趨勢，與1958年～1979年代相比，1980年～2000年徑流系數減少10%～25%，2001年～2011年減少13%～34%。

綜上，降水～徑流關系發生突變出現拐點，表明關系一致性發生了變化。雙累積曲線分析表明：太子河降水～徑流關系多在1975年～1977年前后出現變化，僅本溪～遼陽區間降水～徑流關系拐點出現于1968年。參照河流所在區域，進一步說明半濕潤地區河流降水～徑流雙累積曲線突變點多出現于1975年～1979年間。同時根據年徑流系數計算結果，半濕潤地區河流徑流系數均呈減少趨勢。

4.2人為活動影響分析

（1）水資源量影響

太子河徑流系數呈減小趨勢，與1958年～1979年代相比，1980年～2000年徑流系數減少10%～25%，2001年～2011年減少13%～34%；上游支流代表站與1956年～1979年相比，1980年～2000年徑流系數減少28.4%，2001年～2011年減少33.7%。太子河人均用水量從建國初83m3增加到2011年513m3，太子河對徑流系數的影響從1956年～1979年0.047，增加到2001年～2011年的0.63，影響增加34%。

（2）流域下墊面影響

圖4　降水～徑流雙累積曲線

表2　太子河代表站不同年代年徑流系數統計

流域下墊面影響對河流徑流變化，以天然徑流系數表示。太子河從年徑流系數0.34變化到0.32，下降7%，其它經濟發展對徑流影響不大。

（3）水利工程影響

太子河水利工程80年代之前，水利工程對上游本溪站洪水影響不大，90年代中期，水利工程對本溪站洪水影響逐漸加強，2001年～2011年，水利工程對本溪洪峰的削減約為70%，其中觀音閣水庫的調節起到了重要的作用。太子河下游受水利工程影響時間較早，1961年～1979年水利工程對洪峰的削減就達到37.7%，并削減程度隨時間呈增加的趨勢，2001年～2011年水利工程對下游洪峰的削減已接近70%。

（4）水資源質量影響

水質方面1956年河流水質較好，基本可以飲用，1980年經濟進入發展期間，水質較差，隨著時間推移，2010年左右，河流水質出現好轉。從水質較好，到污染嚴重，再到逐漸恢復，也充分體現人類對河流影響不斷加深趨勢。

5　結論

通過對塔山水庫防洪標準進行復核計算與分析，采用無資料地區設計暴雨、設計洪水計算方法計算水庫的設計頻率5%和10%的洪水過程，計算得到了入庫洪峰流量、相應庫容、相應最高水位及溢洪道相應的最大泄流量與原設計值基本一致，表明本次計算的結果是合理的。通過設計洪水的計算與分析為工程建設提供翔實的數據依據，同時為類似工程建設提供參考和借鑒，更為水庫除險加固后發揮其防洪、改善生態環境和為經濟社會發展提供基礎保障。陜西水利

［1］張志斌.太子河流域水文特性分析與評價［J］.地下水，2016，38（2）:122-123.

［2］周旭東，韓睿，孫曉菊.渾河流域上游河道演變趨勢分析［J］.水利科技與經濟，2013，19（5）:18-20.

［3］王巖松，許曉艷.渾河河流形態特征演變規律分析［J］.中國防汛抗旱，2016，26（3）:57-59.

［4］梁冰.渾河流域降雨徑流變化規律研究［J］.水土保持應用技術，2015，（1）:16-18.

（責任編輯：暢妮）

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