小清河河道歷史釋解論文

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1河道演變特徵

小清河河道歷史釋解論文

1.1平面形態

表徵河灣平面形態的參數中,最常用的是總彎曲係數。1917年小清河河型較順直,總彎曲係數是1.104(彎曲河流>1.3),河道走向爲西南—東北向(見圖2)。1996年小清河河型(見圖1)與1917年相比基本沒有變化,總彎曲係數爲1.087。將兩個時期的流域平面圖進行疊加後,基本重合在一起,僅河口段形態有明顯差異。1917年的河口較窄,現在的小清河河口則呈明顯喇叭狀向口門方向展開。石村以下河面寬爲30~40m,羊角溝以下河寬爲100~120m,接近口門處主河牀寬度在200m以上[7]。

1.2縱剖面特徵

河牀縱剖面一般都是下凹型。比降是河道演變中的關鍵因素,其調整可以通過河牀的沿程沖刷、淤積或流路彎曲程度的變化等形式來完成,比降的沿程變化可以看作是沖積河流爲實現均衡狀態而自我調整的結果。1917年的小清河縱剖面凹度較小,縱剖面的起點睦裏莊閘河底高於海平面29.07m,終點羊角溝河底高於海平面0.95m,總高差28.12m。計算各段河底比降見表1,1917年小清河干流河道形成了0.010%~0.025%的河底比降,河源段(距睦裏莊閘21.02km)河底比降較陡,至下游逐漸平緩,河源段比降比下游大1.5倍。1996年小清河縱剖面形態與1917年相似,總高差爲27.90m,但幹流河道河底比降爲0.007%~0.039%(見表2),其中河源段比降比下游段大了4倍多。與1917年相比,1996年小清河河源段河底比降更陡、下游段比降更緩。下游較小的比降有利於維持河道衝淤平衡。1917年與1996年小清河的河牀縱剖面如圖3所示。近80a年來幹流河牀有沖刷下切的趨勢,其中金家橋閘(距睦裏莊閘160.03km)以上河段有明顯下切的趨勢,1917年與1996年小清河河底高差隨河流流向而增大,反映了越向下遊方向河牀下切越明顯;至金家橋閘以下河段,兩條曲線間距離逐漸縮小,反映了河牀沖刷變緩,有衝淤平衡的趨勢。

2徑流時空變化

根據小清河上游段黃臺橋水文站(1956—2007年)、中游岔河水文站(1967—2007年)、下游石村水文站(1956—1998年)的歷年逐月徑流量數據分析流域徑流時空分佈特徵。

2.1徑流年內分配

從流域整體上看,小清河上、中、下游各站徑流量的季節和月分配規律一致(見圖4~圖6)。季節分配上,夏季(6—8月)最大,秋季(9—11月)次之,春季(3—5月)最小,其中夏、秋兩季的徑流量佔全年徑流總量的63.0%~68.2%。最大月徑流量出現在8月,佔全年總徑流量的14.6%~20.9%;上、中、下游的最小月徑流量依次出現在3—5月,佔全年的2.6%~5.7%。徑流量年內分配的差異明顯受降水影響,根據小清河流域1951—1998年實測降水量數據[8],汛期降水量與全年降水量呈明顯正相關關係(R2=0.89),汛期(7—9月)的多年平均降水量約佔全年的73.0%。

2.2徑流年際分配

小清河流域徑流年際變化特徵值見表3,上游的.變差係數CV爲0.34,年際極值比爲5.38,反映徑流年際豐枯變化較小;中游CV增大至0.71,是上游的2倍,年際極值比也增大,超過上游的3倍,說明中游徑流豐枯變化較大;CV最大值出現在下游,達到0.97,實測最大流量爲1083.30m3/s(1964年),最小流量爲0(1993年),出現斷流狀況,豐枯變化劇烈。可見小清河徑流年際變化較大,且空間上的差異隨流向明顯增大3.3徑流變化趨勢分析通過線性趨勢分析(見圖7~圖9)可以看出,上、中游年徑流量隨時間有明顯增加的趨勢,下游則相反,呈減少的趨勢。根據累積距平法分析(見圖10),上游黃臺橋站階段性趨勢變化較小,20世紀70年代、90年代至今爲相對多水期,大致表現爲枯—豐—枯—豐的規律;中游岔河站變化趨勢較明顯,與上游豐枯變化規律較爲一致,多水期也出現在20世紀70年、90年代至今;下游石村站20世紀50年代中期至70年代經歷了枯—豐—枯—豐的變化,但70年代末之後維持較長的枯水期。

3徑流變化對河道演變的影響

小清河徑流年內分配的差異反映了汛期降水集中的特點,也體現了對河流形態的影響,響應於近80a河牀整體下切的趨勢和對河口形態的塑造。上、中游徑流量隨時間明顯增加的線性趨勢對應於兩個時期小清河縱剖面河底高差隨距離增大的特徵。20世紀70年代末期以來下游流量的持續衰減對應於河口段衝淤逐漸接近了平衡的狀態。徑流變化與河道演變的一致性也體現了流域內人類活動的強烈影響。由於小清河各支流上中游大量水庫的建設,大量泥沙在庫區淤積,中下游河流輸沙量降低,因此導致河牀沖刷。護岸工程的興建造成河道兩岸邊灘上部的橫向淤積比下部快,直至下部產生沖刷。而上中游水量存蓄和開發利用造成的下游流量衰減的變化則導致了河口沖刷作用變緩。因此,小清河徑流時空分佈對河流形態塑造和衝淤變化有重要作用,反映了人類活動對流域影響的程度和方式。

4結論

近80a河道平面形態僅河口段由窄變寬,形成明顯的喇叭形,反映了汛期沖刷作用的影響,對應於流域徑流年內分配的規律。縱剖面演變則表現爲隨河流流向河牀明顯下切,反映了沖刷作用越向下遊方向越強烈,與上中游徑流量隨時間增加的趨勢一致。下游自20世紀70年代末流量的持續衰減是造成河口段沖刷變緩的主要原因。