遼河中下游河道演變規(guī)律研究

遼河中下游河道演變規(guī)律研究

1遼河下游泥沙主要來(lái)源汾河下游具有漂浮性和蜿蜒性的特點(diǎn)。主航道調(diào)動(dòng)頻繁，河流不穩(wěn)定，曲線快速發(fā)展，災(zāi)害嚴(yán)重。這是防洪和恢復(fù)河流的重要前提。又因多沙河流柳河在此河段內(nèi)入?yún)R,加上下游盤山閘關(guān)閘蓄水控制泄流,致使河道淤積嚴(yán)重。究其原因,大致為以下幾個(gè)方面:(1)遼河多沙。流域西部是黃土丘陵、沙丘草原以及半沙漠地區(qū),氣候干旱,植被稀少,森林復(fù)蓋率僅為13%,水土流失嚴(yán)重,土壤侵蝕模數(shù)均在500t/(km(2)遼河水沙異源?！皷|水西沙”的分布特點(diǎn)對(duì)干流輸送泥沙不利,東部地區(qū)因暴雨洪水大,水量豐富,河流眾多,故是遼河中下游的主要洪水來(lái)源,而西側(cè)支流輸沙量占86.4%,則是遼河干流泥沙的主要來(lái)源。造成來(lái)沙多的年分水量不一定多,沿程淤積嚴(yán)重,而東部大水時(shí)主槽沖刷,但灘地上還是單向淤積。另外,對(duì)遼河下游而言,含沙量高的柳河洪水一般不與遼河上游洪水遭遇,柳河入遼泥沙常常堵塞遼河河道,而后雖被干流洪水沖開,但靠近柳河口上、下游的遼河河道,近年來(lái)淤積發(fā)展甚快。(3)人類活動(dòng)影響。除上游紅山水庫(kù)之外,遼河流域自1958年以來(lái)共建成大型水庫(kù)7座,中型水庫(kù)18座,小型水庫(kù)97座,總庫(kù)容達(dá)41億m(4)遼河中、下游系堆積性平原河道,隨著河口水下三角洲地形不斷向外海延伸,河道縱比降日趨平緩,河床橫向演變加劇,彎道發(fā)展,有的河段已形成橫S形,水流橫向甚至逆向流動(dòng),造成不少險(xiǎn)工險(xiǎn)段。彎道本身阻水嚴(yán)重,對(duì)泄洪排沙不利。(5)遼河暴雨洪水產(chǎn)沙特點(diǎn)。年際、年內(nèi)變化很大,豐、枯相差懸殊,大洪水峰高量大泥沙集中,河道發(fā)生漫灘淤積,主槽沖刷,泥沙下移;枯水時(shí)水、沙量集中于主槽之中,常造成主槽斷面淤小。遼河河床形態(tài)“寬灘窄槽”即是和來(lái)水來(lái)沙條件相適應(yīng)的產(chǎn)物,廣闊灘地既是大洪水行洪通道,又是泥沙落淤的場(chǎng)所,主槽是隨河道常流量大小而變,有洪沖枯淤的規(guī)律。另從歷年的流量、含沙量過(guò)程線看出,洪峰和沙峰是相伴而生的,但是由于流域產(chǎn)沙條件存在的地區(qū)差別,同樣大小洪峰可以有完全不同的沙峰,西部洪水含沙量明顯高于東部,同時(shí)因匯流和河槽的調(diào)蓄作用,一般遼河中、下游沙峰先于洪峰,提前天數(shù)各斷面不同,下游多于上游,故大洪水中河床常是峰前先淤,洪峰沖刷。(6)柳河作為遼河下游主要泥沙來(lái)源,不但量大,而且沙粗,是構(gòu)成柳河口~盤山閘河段淤積的主體。柳河上游支流養(yǎng)畜牧河、烏根稿河流經(jīng)砂丘坨甸區(qū),砂丘中粒徑大于0.05mm的粗砂占85%~95%,最大粒徑為0.5mm,故兩條支流懸沙級(jí)配中大于0.05mm顆粒分別占54.8%及57.1%,柳河下游新民站懸沙大于0.05mm的含量也達(dá)28.3%,柳河口以下遼河河道河床組成一般有兩層,一層為粉砂,一層為細(xì)砂,都是灰白色,松散或中密結(jié)構(gòu),粘土含量低,這和柳河河床組成較粗且松散很相似。另外,從河床質(zhì)泥沙重礦物組成來(lái)看,柳河以綠簾石為主,遼干以角閃石為主,柳河口~盤山河段則是兩者的混合,并以綠簾石含量稍多,由此可以推斷,該段淤積泥沙應(yīng)以柳河來(lái)沙為主。2巨六間房河段泥沙沉積統(tǒng)計(jì)各河段從1954~1996年的歷年輸沙率法沖淤量,將成果繪成沖淤量累積曲線如圖1。由圖1可見,1954~1964年遼干豐水豐沙期各河段表現(xiàn)為大沖大淤;1965~1984年遼干枯水少沙期除巨流河~六間房河段外,其他各段均為微沖且接近平衡,實(shí)際上是西遼河來(lái)沙驟減,遼干沿程大、小支流加入使輸沙量稍有遞增,進(jìn)出輸沙量基本保持平衡,從累積曲線圖看巨流河以上三段曲線都是平行的,鄭~通段和鐵~巨段幾乎重合,說(shuō)明來(lái)沙條件一致,上下相應(yīng);1985~1996年遼干為中水期,1985,1986,1994,1995接連發(fā)生大水,巨流河以上各段又發(fā)生較大沖淤變化,有沖有淤,但累積曲線的趨勢(shì)沒有多大變化,鄭~通段除1991年西遼河豐沙淤積外,繼續(xù)下降偏沖,鐵~巨段隨著來(lái)水來(lái)沙轉(zhuǎn)豐有淤積增加的趨勢(shì)。巨流河~六間房河段由于有柳河來(lái)沙,其豐枯變化與遼干上游不同,總的趨勢(shì)是單向淤積,1969年以前屬豐水期淤積速度快,柳河大水年1954,1962,1963年淤積強(qiáng)度大,3年合計(jì)9496萬(wàn)t;1970~1984年柳、遼河都少沙,河段微沖微淤,進(jìn)出相對(duì)平衡;1985年以后淤積強(qiáng)度又有加大,柳河1986,1991,1994年水、沙較豐,3年合計(jì)淤積4056萬(wàn)t,但淤積趨勢(shì)不如豐水時(shí)期強(qiáng)勁。用輸沙率法統(tǒng)計(jì)的遼河各河段,在1954~1964年、1965~1984年、1985~1996年3個(gè)時(shí)段以及1954~1996年整個(gè)43年系列的總淤積量和多年平均值詳見表1。1954~1964年西遼河豐水豐沙,柳河也是豐沙,所以各河段大沖大淤,其中巨~六河段淤得最多,11年淤了16593.7萬(wàn)t,平均每年淤1508.5萬(wàn)t;1965~1984年是連續(xù)20年枯水,巨流河以上各段都表現(xiàn)為微沖,僅有巨~六河段仍淤積6258.2萬(wàn)t,平均每年淤312.9萬(wàn)t;1985~1996年中水時(shí)段,鐵嶺以上兩段仍為微沖,但鐵嶺以下均為淤積,巨~六河段在12年中淤了7485.0萬(wàn)t,平均每年淤623.8萬(wàn)t;1954~1996年共43年長(zhǎng)系列從上到下各段的多年平均淤積量分別為41.9萬(wàn)t、-110.1萬(wàn)t、105.3萬(wàn)t和705.5萬(wàn)t。巨~六河段多年平均淤積量705.5萬(wàn)t和柳河新民站1956~1996年多年平均輸沙量702.0萬(wàn)t十分相近,亦印證了上述結(jié)論。巨流河~新民~六間房136.8km長(zhǎng)河段,在最近43年內(nèi)就淤了3億多噸泥沙,其主要淤積部位是在新民以下的柳河口三角洲,那里的遼河堤距(L127)達(dá)到4km寬,柳河堤距也有4km。歷史上柳河自1840~1939年的100年內(nèi),曾改道15次之多,平均7年即發(fā)生一次,建國(guó)以后又發(fā)生過(guò)3次改道,通過(guò)頻繁改道,堆積出三角洲地形。遼河上游發(fā)生大水時(shí),這里的寬闊地形為滯洪停沙的天然場(chǎng)地。目前,新民河段柳河已成懸河勢(shì)態(tài),大堤內(nèi)、外高差2m多。3河道擺動(dòng)多,結(jié)塊木分析遼河自福德店(L213)到石佛寺(L152)河長(zhǎng)196.83km,為低山丘陵地形,支流發(fā)育,水量豐富,平均河道比降0.023%,河寬125~300m,平面形態(tài)蜿蜒曲折。石佛寺以下進(jìn)入平原區(qū),河寬200~300m,比降由0.018%逐漸減為0.016%,河道尚屬穩(wěn)定。但巨流河以下因有多沙支流柳河加入,使柳河口門上、下河道淤積嚴(yán)重,比降上緩下陡,河道平面形態(tài)變?yōu)閷挏\順直,寬深比5.7~33,主流分汊多變。柳河口~卡力馬河段62.19km,除了泥沙淤積原因,還有上游來(lái)水來(lái)沙條件復(fù)雜多變的因素。干流東部來(lái)水和柳河來(lái)水的情況絕然不同,另外洪水流量大、小對(duì)主槽沖淤演變的作用也不一樣。因此,一場(chǎng)洪水一個(gè)樣,十年河?xùn)|,十年河西,呈現(xiàn)擰麻花狀,河道擺動(dòng)多,擺幅大,平均為1km左右,最大可達(dá)2km以上;從靜態(tài)上看,河床上沙洲密布,散亂無(wú)序,河道寬淺分汊,相對(duì)順直,是典型的游蕩性河段,在洪水過(guò)程中沙洲迅速移動(dòng)和變形,主流位置遷徙不定,故造成防汛上的困難。該段河道大堤堤距較寬,平均為2km,最大可達(dá)4km,但有幾處卡口節(jié)點(diǎn)對(duì)游蕩的河勢(shì)起一定控制作用,如小橋子~章士臺(tái)對(duì)峙的險(xiǎn)工,堤距又比較窄,對(duì)上面的柳河口大肚子河段起約束作用,再如腰屯橋及卡力馬附近的沈山高速橋、秦沈高速鐵路橋及紅廟子橋都是工程性的節(jié)點(diǎn),正是這些節(jié)點(diǎn)控制了河勢(shì),所以實(shí)際上紅廟子橋以下的河道,平面擺動(dòng)就較少。卡力馬-盤山閘河段,河長(zhǎng)102km,除了承受柳河泥沙淤積影響之外,還受盤山閘回水影響,平常年分河道淤積,但在大洪水中主槽沖刷,將泥沙帶往閘下,從長(zhǎng)時(shí)段平面形態(tài)來(lái)看,基本穩(wěn)定不擺動(dòng),主槽窄深,河寬150~250m,寬深比2~10,平均比降0.011%,河道彎曲,彎曲系數(shù)為1.68,一彎連一彎,有的河彎已發(fā)展成畸彎,極易自然裁彎。遼河下游有廣闊的河灘地,組成物質(zhì)都為細(xì)粉沙、粉質(zhì)壤土,結(jié)構(gòu)松散,因此彎道發(fā)展不受限制,到處可見裁彎后留下的牛軛湖?，F(xiàn)狀河彎幅度大致是大堤堤距的1/4~1/3,河彎跨度800~1000m。盤山閘~河口65.8km(大流子溝口)是感潮河段,繞陽(yáng)河口以下逐漸放寬,寬度可達(dá)1~2km,口門原為喇叭口形,隨著淤積發(fā)展,潮流減弱,八道溝以下河道中江心灘及邊灘發(fā)育,把主流分割成幾股入海。再是泥沙在口外堆積,形成水下三角洲向渤海灣延伸,同時(shí)也向上溯源淤積,使得閘下河段比降變得很小,僅為0.005%,汛期洪水下泄不暢,加速橫向彎道發(fā)展,一統(tǒng)河口、陸家、何下等、太平河口、育新五連、老鋪底等險(xiǎn)工連環(huán)出現(xiàn),對(duì)防洪十分不利。4沖淤演變對(duì)河道斷面的影響遼河干流河道沖淤變化最強(qiáng)烈的是柳河口至六間房河段,本段河道因納入多沙支流柳河,柳河來(lái)沙較粗,大于0.05mm的粗顆粒占28.3%,柳河洪水又不和遼干洪水遭遇,故其泥沙一進(jìn)遼河就很快落淤。統(tǒng)計(jì)表明,該河段的淤積量是和柳河來(lái)沙量成正比,43年內(nèi)淤了3億多噸泥沙,導(dǎo)致河型由原來(lái)的彎曲型變成游蕩型,河道縱斷面的平均河底高程普遍抬高。六間房以下河型保持彎曲型,平面演變以彎道頂沖凹岸,河灣變形為主,主槽沖淤與來(lái)水大小有關(guān),洪沖枯淤,但橫斷面形態(tài)出現(xiàn)“懸河”,橫比降極大,是縱比降的好幾倍,對(duì)防洪十分不利。盤山閘下感潮河段受徑流和潮水的雙重影響,陸家以上的河流段主要還是受徑流豐、枯的控制,只要遼河有足夠水量下泄,河道仍能保持一定主槽斷面,不影響泄洪,反之,如若徑流偏少,常年閉閘,則淤積是不可避