凌河保护区水量综合管理研究

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  摘要 通过对凌河流域代表水文站的实测径流量和输沙量分析,得出凌河流域的水沙变化规律。探讨了凌河流域典型水文站(朝阳水文站)流域径流量、输沙量和含沙量的年内和年际变化趋势,比较了不同水文站径流量、输沙量和含沙量的年际变化。同时,探讨了凌河流域径流量、输沙量的沿程变化规律,并对大、小凌河流域的径流量和输沙量等水沙特性进行了比较。结果表明,凌河流域径流量和输沙量年内分配不均,多集中于汛期(6~9月),且年际变化较大,径流量随沿程增大;而输沙量在山丘区随沿程增大,到达平原区随沿程减小。
  关键词 凌河流域;水量管理;水沙特性;径流;输沙量
  中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2015)20-230-03
  Abstract The water and sediment variations of Linghe River Basin were investigated based on the analysis of the measured runoffs and sediment discharges at the representative hydrometric stations along Linghe River Basin. The annual and interannual variation trends of runoff, sediment discharge and concentration at the Chaoyang hydrometric station were summarized, and the interannual variation trends of runoff, sediment discharge and concentration at different hydrometric stations were also compared. Meanwhile, the runoff variations along the Linghe River Basin were discussed, and the characteristics of sediment and water of Large Linghe River Basin and Small Linghe River Basin were compared as well. The results showed that in Linghe River Basin, runoff and sediment discharge is distributed unevenly within a year and mainly concentrated in flood season(Jun.Sep.); the annual variation is significant, runoff increases along the way; while sediment discharge increases in hilly areas, and decreases in plain area.
  Key words Linghe River Basin; Water management; Characteristics of sediment and water; Runoff; Sediment discharg
  凌河是辽宁西部地区最大的河流,被誉为辽西人民的“母亲河”,对辽西地区经济社会发展和人民生活等方面具有重要影响。长期以来,受地理环境、气候、人类活动加剧等因素的影响,致使凌河流域水土流失严重、洪旱灾害频发、生态环境恶化[1-4]。面对凌河流域的生态现状,2010年辽宁省委省政府对凌河流域“划区设局”,做出了实施凌河流域综合整治、全面改善水质、恢复生态的战略决策,以实现凌河保护区的水质水量水生态综合管理。
  凌河流域分为大、小凌河2个水系,人均水资源量约为400 m3。按照国际惯例,人均占有水资源量2 000 m3以上为丰水区;1 000~2 000 m3为中等贫水区;500~1 000 m3为严重缺水区;低于500 m3为极度贫水区。据此衡量,大、小凌河流域均为极度贫水区。凌河流域水资源地区分布极不均匀,绝大部分中小河流为季节性河流,72 h暴雨所产生的洪水占汛期径流量的90%以上,给开发利用带来难度[5]。凌河流域水资源总量的开发利用程度只有约30%,几乎没有继续开发的潜力。在干流上已开发建设的控制工程在防洪、供水、发电、养鱼等发挥的作用很有限,规模大,供水量小,严重制约区域经济的发展[3]。此外,由于干旱少雨和风沙等自然灾害的影响,加之人为活动的干扰,流域内植被退化严重,生态功能下降,致使水土流失现象严重,也造成部分河段泥沙淤积严重,河床抬高,严重影响洪水排泄[6-9]。自1949年以来,大凌河发生较大洪水10次,平均每6 a就要遭受一次较重的洪水灾害;小凌河发生较大洪水9次,平均每7 a就有一次较重的洪水灾害。大、小凌河干流防洪工程的建设滞后于辽宁省中部地区的辽河干流、浑河、太子河,农村段堤防多集中在大、小凌河下游的平原区。防洪工程存在建设滞后、不配套、体系不完善、设施不健全等问题。因此,了解凌河流域的水沙特性,进而加强洪水的预报与管理研究,对指导凌河保护区的水量综合管理,以及实现区域全面防汛抗旱减灾和保障流域人民生命财产安全等具有重要意义。为此笔者对凌河流域水沙特性进行了分析。
  1 流域概况
  凌河流域总面积为28 416 km2,省内面积为25 151 km2,大、小凌河贯穿了辽西的大部分地区,涵盖了辽西5市的23个县、市(区),流域内居住汉族、蒙古族、满族等各民族人口1 000多万。流域面积100 km2以上的河流有68条,其中3 000 km2以上的大型河流共有4條,分别为大凌河、小凌河、牤牛河和细河,200~3 000 km2的中小河流有37条,100~200 km2的小型河流有27条,省内河道总长度3 167 km。   大凌河是辽宁省西部最大的河流,发源于建昌县水泉沟,海拔高程1 150 m,流经朝阳、北票、义县于凌海注入渤海,流域面积为23 263 km2,其中山地丘陵占89%,平地占11%。大凌河在辽宁省境内面积为19 998 km2,占全流域面积的86%,全河长度为435 km。大凌河流域北与老哈河、教来河相邻,以努鲁尔虎山为界;南与小凌河、六股河相邻,以松岭为界;东邻绕阳河,以医巫闾山为界;西邻滦河支流青龙河。
  小凌河是辽宁省西部较大的河流之一,西邻六股河,南邻兴城河、连山河,北部和东部与大凌河毗邻。发源于朝阳县的助安喀喇山,自西北向东南流经朝阳、连山、凌海、锦州等市、县(区),于凌海市娘娘宫乡南注入辽东湾,干流河长206 km,流域面积5 153 km2。
  大凌河流域有水文站11处,其中干流4处,支流7处;小凌河流域有水文站3处,其中干流2处,支流1处(图1)。
  2 径流特性
  2.1 径流量年际变化及年内分配
  以流域内朝阳水文站为例,根据12a的统计资料[10-11],分析了朝阳水文站1992~2001年及2007和2008年月平均径流量变化趋势(图2)。由图2可知,凌河流域朝阳水文站年径流量分布不均,其中1994、1995、1996年年径流量较大,分别达14.41亿、13.43亿、10.2亿m3,2000年年径流量最小,仅为0.79亿m3。径流量在年内也分配不均,汛期(6~9月)径流量占绝大部分,非汛期较少。尤其在1994~1996年,汛期(6~9月)径流量占年径流量的63.5%~79.7%。这主要是由于凌河流域水资源年内分配不平衡,大部分降水集中在6~9月,占全年降水量的75%~80%[12],导致径流量在汛期明显增加。
  2.2 水文站径流量年际变化
  以凌海、义县、朝阳、大城子、缸窑口和锦州水文站为代表,研究径流量年际变化。由图3可知,凌海水文站历年的径流量均高于其他站点,尤其在1994、1995和1998年,其年径流量分别达45.40亿、26.56亿和25.49亿m3。义县水文站的年径流量位列第二,其次是朝阳和大城子水文站,年径流量最低的是缸窑口水文站。各水文站的年径流量随不同年份的变化趋势基本一致,呈不规则周期变化,均先上升并在1994年达到最高峰值,然后逐年降低,在1998年突增之后又明显下降,这主要是受各年份年降雨量影响。通过统计凌河流域水文站年径流量信息发现,6个水文站10 a中最大年径流量与年平均径流量的比值为2.4~3.1(表1)。
  2.3 径流量的沿程变化 大凌河流域的年平均径流量随沿程增加,而径流模数义县以上流域随沿程减少,义县以下流域随沿程增加。小凌河流域的年平均径流量随沿程增加,径流模数也随沿程增加。通过在双对数格纸上绘制各水文站流域面积与年平均径流量点距发现基本呈直线关系,说明年平均径流量与流域面积成正比关系(图4)。
  3 产沙特性
  3.1 输沙量特性
  3.1.1 输沙量年际变化及年内分配。
  从朝阳水文站1992~2008年月平均输沙率变化趋势(图5)可以看出,朝阳水文站历年输沙量与径流量的变化过程相似,径流量越大,输沙量也越大。年输沙量分布不均,其中1994年最大,年输沙量达2 080万t,2000年最小,年输沙量仅有3.05万t。此外,输沙量年内分布也极不均匀,汛期(6~9月)占全年绝大部分,非汛期较少。汛期输沙量占年输沙量的50%以上,其中1994年汛期的输沙量甚至占年输沙量的93.4%。这主要是由于大凌河流域属辽西低山丘陵区,流域内植被退化、土壤沙化严重,因此汛期水土流失问题突出[13]。
  3.1.2 水文站輸沙量年际变化。
  由图6可知,1992~2001年各水文站的输沙量变化趋势与径流量变化过程基本一致,也呈不规则的周期变化,但不同水文站的输沙量有明显差异。义县水文站的输沙量位列第一,尤其在1994年,输沙量达7070万t,比第二位的凌海水文站(4150万t)高近3000万t。但是,从1996年以后,义县和凌海水文站的输沙量差别变小,并几乎相同。输沙量最少的为缸窑口水文站,这可能与其径流量较小有关。通过统计凌河流域6个水文站年输沙量发现,各水文站输沙量年际变化大,10 a中最大年输沙量与年平均输沙量的比值为3.8~6.3。
  3.1.3 输沙量的沿程变化。
  由表2可知,受植被、地形等影响,大凌河流域各区段输沙量有以下特点:大城子水文站上游区段输沙模数较小,为353 t/km2;大城子-义县区段输沙模数逐渐增大,义县为779 t/km2;义县-凌海区段输沙模数为-685 t/km2,负值的出现说明该段发生了淤积。
  由图7可知,输沙模数随沿程增加,缸窑口-锦州区段输沙模数大于缸窑口以上河段。由表3可知,缸窑口-锦州区段输沙模数为938 t/km2,显著高于缸窑口以上河段输沙模数为533 t/km2。
  3.2 含沙量特性
  3.2.1 含沙量年际变化及年内分配。
  由图8可知,1992~2008年朝阳水文站含沙量年内变化大,但年内分配较集中,主要分配于汛期,且年极值基本出现在6、7、8月。朝阳水文站年含沙量各年份的变化趋势与输沙量的变化略有不同。尽管仍在1994年出现最大年平均含沙量(14.50 kg/m3),但1993年的年平均含沙量也达13.00 kg/m3,位于第二位。最小年平均含沙量为1.05 kg/m3,出现在1999年。
  3.2.2 水文站含沙量年际变化。
  由图9可知,1992~2001年凌河流域5个水文站年含沙量与径流量的年际变化相一致,大水年份年含沙量高,小水年份年含沙量低。除大城子水文站外,其余各水文站的最大年含沙量大都出现于1994年。但是,不同水文站之间的年含沙量差异明是。年输沙量最大的义县水文站的年含沙量仍位列第一;朝阳水文站虽然年径流量和年输沙量均比凌海水文站小,但其年含沙量却明显高于凌海水文站。年含沙量最少的仍为缸窑口水文站,这可能与其径流量小有关。   4 大、小凌河流域比较
  4.1 径流量比较 由表1可知,大凌河流域各水文站年平均径流量为4.034亿~14.760亿m3,径流模数为1.85~4.89 m3/(s·km2);小凌河流域各水文站年平均径流量为3.111亿~4.805亿m3,径流模数为4.38~4.89 m3/(s·km2)。可见,大凌河流域年径流量大于小凌河,但径流模数小于小凌河。
  4.2 输沙量比较
  大凌河流域各水文站年平均输沙量为179万~1 120万t,输沙模数为353~598 t/km2;小凌河流域各站点年平均输沙量为120万~201万t,输沙模数为533~645 t/km2。可见,大凌河流域年输沙量大于小凌河,年输沙模数小于小凌河。
  5 结论
  凌河流域径流量和输沙量分析表明,径流量和输沙量年内分配不均,多集中于汛期(6~9月),且年际变化较大,径流量随沿程增大;而输沙量在山丘区随沿程增大,到达平原区随沿程减小。在水资源相对短缺的今天,了解凌河流域各段的径流量与输沙量特性,对合理配置流域水资源、维持河流生态需水要求,指导区域防汛抗旱减灾和水利工程施工建设,加强区域洪水管理、推进防洪脆弱区堤防建设,以及治理和改善流域生态环境等均具有重要意义。
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