曹婷婷

(桓仁滿族自治縣水務(wù)局，遼寧 本溪 117200)

河流形態(tài)變化十分復(fù)雜，尤其是對于大型河流而言，其形態(tài)變化是河流演變重要影響因素[1]。當(dāng)前對于河流形態(tài)變化研究取得一定研究成果[2- 6]，但這些研究成果大都結(jié)合河道斷面面積、水位或者過水?dāng)嗝孢M(jìn)行單一因子的評價，而還未進(jìn)行多個因子的河道形態(tài)綜合評估研究。多個研究表明[7- 15]，河道形態(tài)變化主要由河道過水?dāng)嗝婷娣e、特征水位、斷面過水流量等因子綜合影響。為提高河流形態(tài)綜合評估的客觀度，本文結(jié)合特征水位下河道過水?dāng)嗝娣e、最低點水位、特征水位下過水流量作為評估指標(biāo)，建立河道形態(tài)改變度綜合評估指標(biāo)體系，并以太子河干流為典型實例，對河道形態(tài)改變度進(jìn)行綜合定量評估。研究成果對于河道形態(tài)演變定量評估方法具有重要的參考意義。

1 評估指標(biāo)體系構(gòu)建及評估方法

1.1 評估指標(biāo)體系

考慮數(shù)據(jù)獲取的簡易程度，從河道水平、縱向、過水能力3個層面，選取河道特征水位下的過水?dāng)嗝婷娣e、最低點的斷面水位、特征水位下的過水流量作為河道形態(tài)評估指標(biāo)，建立河道形態(tài)改變度綜合評估指標(biāo)體系，見表1。

1.2 綜合評估方法

以河流綜合改變度xi作為統(tǒng)計變量，建立定量綜合評估模型，通過設(shè)定河流綜合改變度xi的取值范圍，對其天然狀態(tài)下的河道形態(tài)綜合改變度

表1 河道形態(tài)改變度綜合評估指標(biāo)體系

進(jìn)行統(tǒng)計，計算時段t內(nèi)的河流形態(tài)綜合改變度統(tǒng)計變量為xt，0，當(dāng)河流形態(tài)綜合改變度降低其計算方程為：

(1)

若河流形態(tài)綜合改變度增加表示其河道形態(tài)處于發(fā)育程度，其計算方程為：

(2)

式中，Di，t—計算時段內(nèi)的河道形態(tài)綜合改變度；[ai，bi]—河道形態(tài)綜合改變度的取值范圍。

當(dāng)綜合改變度Di，t為負(fù)值時，表示河流形態(tài)呈現(xiàn)萎縮程度；當(dāng)綜合改變度Di，t為正值時，表示河流形態(tài)呈現(xiàn)發(fā)育程度。通過對不同河道形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行組合后，對其評估進(jìn)行計算內(nèi)的組合計算：

Xt=[x1，tx2，t…xn，t]T

(3)

對不同河道形態(tài)評估按照方程(1)和(2)進(jìn)行綜合計算，其計算方程為：

(4)

由于河道各形態(tài)指標(biāo)對綜合改變度影響權(quán)重不同，本文采用二元比較法對各指標(biāo)相對權(quán)重進(jìn)行設(shè)置，對各指標(biāo)之間進(jìn)行兩兩比較，分析其權(quán)重值，具體見表2。

在河流形態(tài)綜合改變度評估的基礎(chǔ)上，需要對其評估等級進(jìn)行劃分，結(jié)合河流演變特征以及遼寧省河流的總體形態(tài)特征對其河流形態(tài)綜合改變度的綜合等級進(jìn)行劃分，具體劃分等級見表3。

2 渾太河干流河流形態(tài)綜合改變度

2.1 典型斷面選取

選取渾太河干流典型斷面進(jìn)行河流形態(tài)綜合改變度的分析，典型斷面選取情況見表4。

2.2 評價指標(biāo)及閾值分析

在典型斷面選取的基礎(chǔ)上，結(jié)合各斷面代表站點1990年以來的過水?dāng)嗝?、最低水位、過流能力作為指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對渾太河典型斷面不同年際河道形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計，并對各指標(biāo)變化上下限進(jìn)行閾值設(shè)置，具體見表5。

表2 評估指標(biāo)相對權(quán)重設(shè)置方法

表3 河道形態(tài)改變度評估等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

表4 渾太河干流典型斷面選取情況

表5 河道形態(tài)因素指標(biāo)值及閾值

通過調(diào)查，1990年以前渾太河河流形態(tài)變化相對較低，主槽過水?dāng)嗝婷娣e、過水能力年變化相對較小，因此作為渾太河河流形態(tài)變化分析的基準(zhǔn)期，從1990年以后結(jié)合各河段典型斷面水文站點大斷面測量以及水位數(shù)據(jù)，對各年代過水?dāng)嗝婷娣e、過流能力以及最低點水位高程進(jìn)行年代際統(tǒng)計，從渾河其各年代際形態(tài)特征評估指標(biāo)總體呈現(xiàn)從上游到下游逐步遞減的變化趨勢，尤其是過水?dāng)嗝婷娣e，受河道沖淤變化及人類活動影響，渾河總體呈現(xiàn)一定程度的萎縮形態(tài)變化。以0作為渾河上游到下游河道斷面形態(tài)變化指標(biāo)的下限值，上限值主要結(jié)合各年代際各指標(biāo)的年統(tǒng)計最大特征值對其下限進(jìn)行閾值的設(shè)定。從太子河各形態(tài)評估指標(biāo)的年代際變化可看出，相比于基準(zhǔn)期，其1990年以后，過水?dāng)嗝婷娣e總體呈現(xiàn)遞增變化，這主要是因為太子河干流從1990年以來通過河道綜合治理，其過水?dāng)嗝婷娣e呈現(xiàn)遞增變化，而過水?dāng)嗝婷娣e年代際的遞增變化使得其主河槽的過水能力也得到一定程度的提升，其河道行洪能力也相應(yīng)有所增加。

2.3 河流形態(tài)綜合改變度評估結(jié)果

結(jié)合渾太河各典型斷面不同年代際的河道形態(tài)改變度評估指標(biāo)，結(jié)合評估指標(biāo)體系和定量評估方法對渾太河各典型斷面的河道形態(tài)綜合改變度進(jìn)行評估，并結(jié)合表3劃分的評估等級對其1990年以來河道形態(tài)綜合改變度進(jìn)行評估，具體結(jié)果見6。以渾河上游北口前水文站對其斷面形態(tài)綜合改變度計算過程進(jìn)行舉例說明，北口前水文站從2010年起其形態(tài)評估指標(biāo)均值為Xt=[124.7 152.56 939.6]T，采用方程(4)對其河道形態(tài)綜合改變度進(jìn)行計算DI，t=[-0.675 -0.875 -0.725]T，其中采用二元法對渾河上游斷面河道形態(tài)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行設(shè)置，并考慮各指標(biāo)量綱不同，對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理后各形態(tài)評估指標(biāo)權(quán)重值分別為ω=[0.323 0.225 0.452]T。從渾太河各斷面形態(tài)綜合改變度評估結(jié)果可看出，渾河上、中、下游從1990年起河道斷面均呈現(xiàn)萎縮，且進(jìn)入2010年以后其萎縮程度均達(dá)到高度萎縮的程度，這主要是因為渾太河近些年來，隨著人類活動影響尤其是上游水利工程建設(shè)后，其下游河道水量減少較為明顯，且水土流失量有所加劇，使得河道沖淤變化明顯，尤其是淤積量有所增加。河道淤積變化也渾河上游到下游過水?dāng)嗝婧瓦^水能力總體較小，影響了其河道形態(tài)變化，亟需加大對渾河上、中、下游河道斷面的綜合整治力度，加大河道內(nèi)的水量，提高區(qū)域水土保持能力，降低進(jìn)入河道內(nèi)的沙量。從太子河各年代際下游河道形態(tài)變化可看出，1990—2010年期間由于其河道過水?dāng)嗝?、過水能力都相應(yīng)增加，使得其河道萎縮程度總體減小，這主要是因為從1990年開始通過太子河流域綜合治理措施力度的加大，其河道形態(tài)總體得到明顯改善。

表6 渾太河典型斷面河道形態(tài)綜合改變度評估結(jié)果

3 主要結(jié)論

(1)河道形態(tài)指標(biāo)閾值的設(shè)定對于綜合改變度評估結(jié)果影響較為明顯，對于遼寧地區(qū)大型河流而言，其過水?dāng)嗝婷娣e及過流能力最小值可取為0，最大值應(yīng)取基準(zhǔn)期統(tǒng)計值的3倍；最低點高程最小、最大值可取觀測系列中的最小和最大值。

(2)本文提出的河道形態(tài)綜合改變度定量評估方法可一定程度解決傳統(tǒng)河道形態(tài)變化定性描述為主的局限，并可結(jié)合該方法對河道形態(tài)演變趨勢進(jìn)行預(yù)測和分析。

(3)河道形態(tài)變化較為復(fù)雜，本文從指標(biāo)獲取的難易程度、時間序列的長短選取3個指標(biāo)進(jìn)行評估，在后續(xù)的研究中還應(yīng)結(jié)合地理信息提取技術(shù)對河道更多地形信息進(jìn)行提取,從而建立更為豐富的河道形態(tài)改變評估指標(biāo)體系。