河床下切對東江嶺下站水文測報的影響分析

朱渝檳

(廣東省水文局惠州水文分局，廣東 惠州 516000)

1 概述

1.1 嶺下水文站概況

嶺下水文站設于東江中下游處，是東江流域中游控制站。該站位于惠州市惠城區橫瀝鎮嶺下管理區，屬于國家一類精度水文站，為東江中游匯秋香江、公莊水后的控制站；搜集東江中游水文資料，結合上、下游水文情報，為防汛、抗旱提供重要水文數據。

嶺下站建于1953年8月，集雨面積為20 557 km2，多年平均降水量為1 706.7 mm，多年平均年徑流量為188.9億m3，實測最高水位為23.21 m(1959年6月15日)，實測最大流量為10 900 m3/s(1959年6月15日)，警戒水位為19.50 m。自記水位臺位于河道左岸，其上15m為測流斷面，順直河段長約為2 km，屬于河槽控制。該站測驗河段順直，主流中間偏左，流向與斷面垂直；斷面上游500 m及下游1 000 m處為彎道；左岸傍山，土質為黃粘壤土，不易沖刷，右岸泥土質，崩塌嚴重；當水位達19.50 m以上時，漫灘寬達200 m，河床沙質，沖淤明顯；低水時，左岸下游沙灘露出，沿基本水尺斷面并向下游擴大[1]。嶺下站測驗河段平面示意如圖1所示。

1.2 河床下切情況

近年來，上下游采砂活動對嶺下站產生影響，河床發生了變化，造成嶺下站測驗大斷面下切嚴重，尤其是2014—2016年間，斷面變化顯著。通過繪制該站1986—2019年33 a的大斷面示意(見圖2～3)，發現近年來河床下切情況分以下兩個階段。

圖1 嶺下站測驗河段平面示意

圖2 嶺下站實測大斷面示意(1986—2013年)

圖3 嶺下站實測大斷面示意(2013—2019年)

1) 斷面有沖有淤，變化不大

1986—2013年間，斷面整體變化不大，有沖有淤，僅在2006年有一次較為明顯的沖刷，沖刷最深處接近2.7 m，往后又逐年恢復，整體高程變化不大。

2) 斷面變化非常明顯，呈整體下切態勢

從2013年開始沖刷加劇，斷面呈整體下切態勢，河底高程變化顯著。從2013—2019年間，斷面平均下切深度約為2.5 m，沖刷最嚴重的部位出現在約170 m處，下切深度達5.5 m。

2 河床下切對嶺下站水文要素的影響分析

2.1 水位的變化

嶺下站的年平均水位與年最低水位一樣，在1986—2006年間處于穩定上下波動狀態，整體變化不大，2006年開始出現下降趨勢，2013年之后迅速降低。年最高水位在2005年以后開始出現下降趨勢，2013年之后水位下降更為明顯(如圖4所示)。

圖4 嶺下站近幾十年年平均水位變化示意

2.2 斷面面積變化

嶺下站2013年之前測驗斷面形狀變化較小，河床有沖有淤；2013年之后河床被急劇沖刷，水位19.0 m時，2019年比2013年的主槽斷面過水面積增大了約33.5%(如圖5所示)。

圖5 嶺下站過水斷面面積變化示意

2.3 水位流量關系

從近幾年水位流量關系綜合曲線的變化可以看出，2013年以前的綜合曲線變化不大，整體呈向下的趨勢緩慢偏移，此時河床受到水流輕微的沖刷。2013年開始，由于受到采砂等人為活動的影響，斷面下切速度加快，過水面積增大，各流量級水位明顯向下偏移。

表1是不同年份水位流量關系，可見2013年以前變化不大，不同流量的水位有增大有減小，雖然總體呈下降趨勢，但變化幅度不大。2013年開始同級流量的水位明顯下降，之后每年都有較為明顯的下降。2012年較2000年變化幅度為0.4～0.46 m，2013年以后同流量的水位逐漸下降。因上下游采砂等人為活動，2019年較2013年，流量為800 m3/s時水位下降1.7 m，流量為1 400 m3/s時水位下降了1.78 m，各級流量對應水位下降幅度在1.7～1.78 m。嶺下站多年水位～流量關系曲線示意如圖6所示。嶺下站逐年不同流量級水位變化見圖7。

表1 嶺下站不同年份水位流量關系

圖6 嶺下站多年水位～流量關系曲線示意

圖7 嶺下站逐年不同流量級水位變化示意

3 河床下切下嶺下站水文測報應對措施探討

3.1 水文測驗

1) 水位觀測方面，隨著河床下切，嶺下站的水位逐年下降，2013年以前，該站實測歷史最低水位為1955年的12.15 m，而2014年實測最低水位下降到11.81 m并逐年降低，到2019年實測最低水位已降到10.75 m。隨著水位的不斷下降，原有的水位觀測設施已無法滿足觀測要求，為解決水位觀測、記錄的需要，增設了觀測水尺并使用壓力式水位計觀測水位，確保今后低水正常記錄。

2) 流量測驗方面，由于上下游采沙造成的水力學特性的改變，測驗河段逐年變化，水位流量關系因河床下切而逐年改變。因河床沖刷加劇，斷面變化明顯，原有的測點布設已經不能滿足測驗要求，需重新對測點布設進行精簡分析，合理布設測點，防止因為測點的布設不合理而影響流量測驗的結果。同時，還可以使用走航式ADCP等更為先進的儀器完成測驗工作。

3.2 水文資料整編

水位摘錄、流量資料按照原有的方法整編，但水位流量關系的變化、流量測驗數量的增加等，增加了整編的工作量，整編的工作任務加重，需更加密切關注變化情況。

3.3 水文報汛

由于年最低水位的逐年下降，原有的浮子式水位計已不能滿足日常水位觀測要求，該站已安裝壓力式水位計，并通過遙測系統實現自動測報，洪水期、枯水期的流量數據通過水位——流量關系實現自動測報。

4 結語

近年來，嶺下水文站因河道采砂以及洪水期的水流沖刷等因素河床逐年下切，使得水位、過水斷面形狀和面積、流量等水文要素發生了很大的變化。測驗斷面由于上下游采砂等人為因素，使斷面形態也隨之改變，年最低水位突然產生連續性急劇下降趨勢，該站水文要素的變化，導致資料序列的一致性受到很大影響，為今后利用增加了難度，無形中增加了很多工作量。隨著水位降低，原有浮子式水位計已不能滿足低水時的觀測要求，經分析研究后決定，通過加設水尺以便觀測低水時的水位，并加裝壓力式水位計，保證在河床不斷下切的情況下，水文要素的全面監測報汛和整編。同時，還需要根據已經改變的河床特性重新布設測點，以滿足流量測驗的需求。