靈臺縣達溪河干流河床演變趨勢分析

李旺洋

甘肅省平?jīng)鏊乃Y源勘測局，甘肅 平?jīng)?744000

為了全面落實河湖長制重點任務，建立范圍清晰、權(quán)屬明晰、責任落實的河湖管理保護責任體系，推動河湖長制加快從“有名”向“有實”轉(zhuǎn)變，必須開展靈臺縣河湖管理范圍劃定工作，在河湖劃界工作中就必須對河床演變趨勢進行分析。

一、流域概況

達溪河屬黑河的一級支流，發(fā)源于陜西省隴縣，流經(jīng)崇信縣和靈臺縣，至靈臺縣黑牛溝進入陜西省，在陜西省長武縣河川口匯入黑河。河源海拔高程約1 440m，河流全長132.0km，流域面積2 545km2，河道平均比降5.5‰。在靈臺縣境內(nèi)長85km，流域面積1 368.4km2，多年平均徑流量4 296萬m3。流域水系概況見圖1。

圖1 達溪河流域水系及控制斷面布置圖

二、設計洪水計算

（一）洪水特性

達溪河上游地區(qū)雨量大，洪水過程大多尖瘦，洪水歷時可達1～3d；但當遇短歷時高強度暴雨或局部暴雨時，則形成比較尖瘦的洪水，洪水歷時在1d以內(nèi)。洪水多發(fā)生在7-10月，2010年7月23日出現(xiàn)了記載以來的最大洪水，降水強度大，洪水陡漲陡落，峰高量小。從干、支流對比分析看：干、支流年最大洪水遭遇的幾率較小，一般情況下，在暴雨季節(jié)，因暴雨中心的移動，干流及左、右岸各支流洪水超前錯后的組合情況較多。

（二）控制斷面布設

靈臺縣達溪河管理范圍劃定河段起點位于龍門鄉(xiāng)高家山村入境斷面，終點位于獨店鎮(zhèn)告王村出境斷面，河段總長93.26km。達溪河干流在建有新集水庫，根據(jù)《甘肅省靈臺縣達溪河新集水庫工程初步設計報告》，壩址以上控制流域面積785km2，回水長度8.08km。本次將達溪河劃定河段分為新集水庫以上、新集水庫庫區(qū)以下兩個河段，控制斷面布設主要考慮主要支流匯合口、攔河建筑等因素布設，在沒有面積較大支流的情況下，區(qū)間流域面積按不大于總流域面積的20%控制。新集水庫以下控制斷面在“治理工程初設報告”中控制斷面基礎上加密布設。斷面布設統(tǒng)計見表1，布設見圖1。

表1 達溪河控制斷面布設統(tǒng)計

（三）設計洪水

通過搜集達溪河干流歷史洪水及靈臺、百里等水文站實測資料，用矩法初估統(tǒng)計參數(shù)，采用P—Ⅲ型曲線，用適線法進行頻率分析計算，計算的靈臺站設計洪水成果見表2。

表2 靈臺水文站設計洪水成果

本次達溪河管理范圍劃定控制斷面集水面積在146～2 467km2，區(qū)間有在建新集水庫，按照50年一遇洪水設計，1 000年一遇洪水校核。根據(jù)水庫運行方案，小于設計洪水頻率的來水全部采用河床式泄洪，不在庫區(qū)內(nèi)存留，故本次新集水庫以下控制斷面洪水按照天然河道設計值選用。

表3 達溪河控制斷面不同頻率洪峰流量計算結(jié)果

本次以靈臺站為參證站，采用面積比法推算各控制斷面設計洪峰流量。計算公式如下：

式中：：Q1、F1為計算斷面洪峰流量（m3/s）和集水面積（km2）；Q2、F2為水文站斷面洪峰流量（m3/s）和集水面積（km2）；n為面積指數(shù)，本次取0.65。

經(jīng)計算，各控制斷面不同頻率設計洪峰流量見表3。通過與已有成果對比分析，并考慮靈臺站實測資料具有很好的代表性，能真實反映流域洪水情況，本次采用實測資料進行控制斷面設計洪峰流量計算結(jié)果較合理。

三、河床演變分析

（一）河道歷史演變

達溪河及其支流南河、澗河、蒲河和史家河兩岸，海拔高程在890～1 200m，區(qū)內(nèi)地勢由西向東傾斜，西高東低，地貌屬河漫灘階地類型。分布有一、二、三級階地。土地比較平坦，土壤為淤積和黑壚土。達溪河以北的塬面由西向東傾斜，西高東低，達溪河以南的邵寨、新開、蒲窩塬面則由南向北傾斜，塬面地勢平坦，土層深厚，條田平整、水土流失小，土質(zhì)以黃綿土為主。西南部局部地區(qū)有天然植被分布，達溪河以北為半干旱地區(qū)。

（二）河床穩(wěn)定性分析

1.造床流量。目前國內(nèi)在實際工作中計算造床流量的方法很多，常用的有馬卡維也夫法、平灘水位法和2年一遇洪峰流量法。本次采用地區(qū)經(jīng)驗公式計算2年一遇洪峰流量為造床流量。詳見表4。

表4 達溪河控制斷面河相關系計算表

2.河相關系。

斷面河相系數(shù)以下式表達：

式中：ζ為河相關系數(shù)；=B為造床流量下的水面寬；H為造床流量下的平均水深。

根據(jù)河段造床流量所對應的水面寬及水深，計算得到各斷面的河相系數(shù)ξ，詳見表5。與省內(nèi)諸多河流分析的河相系數(shù)ξ＞10相比，各斷面的河相系數(shù)介于3.6～16.3，說明原河道的河床斷面大部分都比較穩(wěn)定。

3.河床穩(wěn)定性分析。評定河道穩(wěn)定性指標較多，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和《泥沙手冊》及《河床演變及整治》，本次評定河道穩(wěn)定性采用縱向、橫向穩(wěn)定系數(shù)。

（1）縱向穩(wěn)定系數(shù)。

河道縱向穩(wěn)定系數(shù)按下式計算：

式中：φh為縱向穩(wěn)定系數(shù)；d為床沙平均粒徑；J為縱比降；H為平均水深。

縱向穩(wěn)定系數(shù)φh值的大小僅表示泥沙運動的強和弱。泥沙運動愈強，河床變化愈劇烈。穩(wěn)定系數(shù)在實際中可作為判斷河流泥沙運動強度和沙丘運動引起河床變形強度的依據(jù)。φh越大，泥沙運動強度越弱，河床因沙波運動或因流路變化產(chǎn)生的形變越小，因而越穩(wěn)定，反之越不穩(wěn)定。因此，該系數(shù)僅表達河床底部的穩(wěn)定性，并不能表達河岸穩(wěn)定性。

河床物質(zhì)平均粒徑通過現(xiàn)場實地采集河床質(zhì)樣計算得到中值粒徑。經(jīng)計算，各控制斷面所在河段縱向穩(wěn)定系數(shù)φh介于2.37～9.76，與省內(nèi)外諸多河流分析的河段縱向穩(wěn)定系數(shù)相比，工程段的河段縱向穩(wěn)定系數(shù)偏小，說明斷面縱向穩(wěn)定。

表5 達溪河控制斷面縱橫向穩(wěn)定系數(shù)計算

（2）橫向穩(wěn)定系數(shù)。決定河岸穩(wěn)定性的因素主要是河岸泥沙土壤的抗沖能力，其次是灘槽高差。河道橫向穩(wěn)定系數(shù)按下式計算：

式中：φb為橫向穩(wěn)定系數(shù)；Q為造床流量；J為縱比降；

橫向穩(wěn)定系數(shù)φb越大表示河岸越穩(wěn)定，越小表示河岸越不穩(wěn)定。經(jīng)計算，工程斷面所在河段橫向穩(wěn)定系數(shù)φb為0.05～0.39，說明河岸較穩(wěn)定。詳見表5。

（三）河道演變趨勢預估

通過以上對河道歷史演變及近期演變情況分析，達溪河百里以上河段河床較為穩(wěn)定，百里以下段河床淺寬，此段兩岸地形起伏較大，多為黃土梁、峁和溝谷，水土流失嚴重，河中含沙量較大。河床為砂礫石組成，有淺灘分布，河床下切加劇。洪水期高水流向一致，低水產(chǎn)生分流、串溝，水流隨意游蕩，沖刷河道及兩岸。大水過后，主河槽會發(fā)生變化，但兩岸為高臺階地或已建堤防，河流不會發(fā)生改道。

四、結(jié)語

通過對達溪河干流河床演變趨勢分析，掌握了達溪河河床的演變規(guī)律，對全面推行河長制，加強河流管護綜合治理，開展河湖健康評估，編制水域岸線保護規(guī)劃，推動黃河流域高質(zhì)量發(fā)展等水資源保護利用具有十分重要的指導意義。