小清河河道历史释解论文
1河道演变特征
1.1平面形态
表征河湾平面形态的参数中,最常用的是总弯曲系数。1917年小清河河型较顺直,总弯曲系数是1.104(弯曲河流>1.3),河道走向为西南—东北向(见图2)。1996年小清河河型(见图1)与1917年相比基本没有变化,总弯曲系数为1.087。将两个时期的流域平面图进行叠加后,基本重合在一起,仅河口段形态有明显差异。1917年的河口较窄,现在的小清河河口则呈明显喇叭状向口门方向展开。石村以下河面宽为30~40m,羊角沟以下河宽为100~120m,接近口门处主河床宽度在200m以上[7]。
1.2纵剖面特征
河床纵剖面一般都是下凹型。比降是河道演变中的关键因素,其调整可以通过河床的沿程冲刷、淤积或流路弯曲程度的变化等形式来完成,比降的沿程变化可以看作是冲积河流为实现均衡状态而自我调整的结果。1917年的小清河纵剖面凹度较小,纵剖面的起点睦里庄闸河底高于海平面29.07m,终点羊角沟河底高于海平面0.95m,总高差28.12m。计算各段河底比降见表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(距睦里庄闸21.02km)河底比降较陡,至下游逐渐平缓,河源段比降比下游大1.5倍。1996年小清河纵剖面形态与1917年相似,总高差为27.90m,但干流河道河底比降为0.007%~0.039%(见表2),其中河源段比降比下游段大了4倍多。与1917年相比,1996年小清河河源段河底比降更陡、下游段比降更缓。下游较小的比降有利于维持河道冲淤平衡。1917年与1996年小清河的河床纵剖面如图3所示。近80a年来干流河床有冲刷下切的趋势,其中金家桥闸(距睦里庄闸160.03km)以上河段有明显下切的趋势,1917年与1996年小清河河底高差随河流流向而增大,反映了越向下游方向河床下切越明显;至金家桥闸以下河段,两条曲线间距离逐渐缩小,反映了河床冲刷变缓,有冲淤平衡的趋势。
2径流时空变化
根据小清河上游段黄台桥水文站(1956—2007年)、中游岔河水文站(1967—2007年)、下游石村水文站(1956—1998年)的历年逐月径流量数据分析流域径流时空分布特征。
2.1径流年内分配
从流域整体上看,小清河上、中、下游各站径流量的季节和月分配规律一致(见图4~图6)。季节分配上,夏季(6—8月)最大,秋季(9—11月)次之,春季(3—5月)最小,其中夏、秋两季的径流量占全年径流总量的63.0%~68.2%。最大月径流量出现在8月,占全年总径流量的14.6%~20.9%;上、中、下游的最小月径流量依次出现在3—5月,占全年的2.6%~5.7%。径流量年内分配的差异明显受降水影响,根据小清河流域1951—1998年实测降水量数据[8],汛期降水量与全年降水量呈明显正相关关系(R2=0.89),汛期(7—9月)的多年平均降水量约占全年的73.0%。
2.2径流年际分配
小清河流域径流年际变化特征值见表3,上游的.变差系数CV为0.34,年际极值比为5.38,反映径流年际丰枯变化较小;中游CV增大至0.71,是上游的2倍,年际极值比也增大,超过上游的3倍,说明中游径流丰枯变化较大;CV最大值出现在下游,达到0.97,实测最大流量为1083.30m3/s(1964年),最小流量为0(1993年),出现断流状况,丰枯变化剧烈。可见小清河径流年际变化较大,且空间上的差异随流向明显增大3.3径流变化趋势分析通过线性趋势分析(见图7~图9)可以看出,上、中游年径流量随时间有明显增加的趋势,下游则相反,呈减少的趋势。根据累积距平法分析(见图10),上游黄台桥站阶段性趋势变化较小,20世纪70年代、90年代至今为相对多水期,大致表现为枯—丰—枯—丰的规律;中游岔河站变化趋势较明显,与上游丰枯变化规律较为一致,多水期也出现在20世纪70年、90年代至今;下游石村站20世纪50年代中期至70年代经历了枯—丰—枯—丰的变化,但70年代末之后维持较长的枯水期。
3径流变化对河道演变的影响
小清河径流年内分配的差异反映了汛期降水集中的特点,也体现了对河流形态的影响,响应于近80a河床整体下切的趋势和对河口形态的塑造。上、中游径流量随时间明显增加的线性趋势对应于两个时期小清河纵剖面河底高差随距离增大的特征。20世纪70年代末期以来下游流量的持续衰减对应于河口段冲淤逐渐接近了平衡的状态。径流变化与河道演变的一致性也体现了流域内人类活动的强烈影响。由于小清河各支流上中游大量水库的建设,大量泥沙在库区淤积,中下游河流输沙量降低,因此导致河床冲刷。护岸工程的兴建造成河道两岸边滩上部的横向淤积比下部快,直至下部产生冲刷。而上中游水量存蓄和开发利用造成的下游流量衰减的变化则导致了河口冲刷作用变缓。因此,小清河径流时空分布对河流形态塑造和冲淤变化有重要作用,反映了人类活动对流域影响的程度和方式。
4结论
近80a河道平面形态仅河口段由窄变宽,形成明显的喇叭形,反映了汛期冲刷作用的影响,对应于流域径流年内分配的规律。纵剖面演变则表现为随河流流向河床明显下切,反映了冲刷作用越向下游方向越强烈,与上中游径流量随时间增加的趋势一致。下游自20世纪70年代末流量的持续衰减是造成河口段冲刷变缓的主要原因。
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