（水利工程专业论文）辽河口水沙运动及演变规律研究.pdf

摘要 本文对辽河口地区的水文、洪水及潮汐资料进行了分析研究， 并采用水动力学模型模拟辽河口的水沙运动规律并进而分析辽河 口的演变规律，从辽河口水沙动力学模拟的结果看，与实测的河 口水沙条件还是比较接近的，说明成果是比较可靠的。 由于本地区常规观测资料稀少，遥感数据的可反演性、准原 型观测特性、丰富性可以在一定程度上弥补这些资料的不足。本 次研究采用遥感分析作为技术手段，通过基础资料收集和分析、 原型实地考察和对大量遥感资料进行了仔细认真的综合分析，在 重点分析了辽河口岸线滩涂利用变化、河势变化、水流流场特征、 水沙输移特征的基础上，结合现有水文实测资料，利用河口动力 地貌学、水动力学的基本原理，分析了辽河口演变趋势，并与水 动力学模拟成果相互印证，为下一步进行河口的规划治理提供了 较为可靠的理论依据。 关键词：辽河1 3 、感潮河段、河道演变、水动力学模拟、 河道整治 a b s t r a c t a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ef i e l dm e a s u r e m e n t so fr u n o f f , f l o o da n dt i d ea tt h el i a o h e r i v e re s t u a r y , t h ep a p e ru s e st h es i m u l a t i o no ft h es e d i m e n t sm o v e m e n t d i s c i p l i n a r i a n w h i c hb a s e do nh y d r o d y n a m i cf o r c em o d e l ，a n da n d a n a l y s i s e st h ee v o l v e m e n tl a wn e a rt h ee s t u a r y c o m p a r e dw i t ht h ea c t u a l c o n d i t i o no fs e d i m e n tt r a n s p o r t a t i o n ，w ec a ns e et h a tt h es i m u l a t i o nr e s u l t s a r eq u i t ec l o s et ot h ea c t u r a ld a t a ，a n dt h er e s u l ti s c o m p a r a i v e l y d e p e n d a b l e a t h o u g ht h eo b s e r v e dd a t ai n t h i sa r e ai ss c a r c e ，t h er e v e r s i b i l i t yo ft h e r e m o t es e n s i n gd a t a ，t h es p e c i a l i t ya n da b u n d a n c eo ft h eo b s e r v a t i o n p r o t o t y p em a yr e c u p e r a tt h es c a r c i t yo f t h e s ea c t u r a lm a t e r i a l ss c a r c i t yi n t h es o m ed e g r e e t h ep a p e ru s e st h er e m o t es e n s i n ga n a l y s i sa st h e t e c h n i c a lm e t h o d ，w i t ht h eg a t h e r i n ga n da n a l y s i so ft h eb a s i cd a t a ， i n t e g r a t e da n a l y s i so ft h eo n - t h e s p o ti n v e s t i g a t i o na n da na m o u n to f r e m o t es e n s i n gd a t a ，i tt r i e st os c a r c i t yo nt h ec a r e f u le a r n e s ta n a l y s i st ot h e m a s s i v er e m o t es e n s i n gm a t e r i a l b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ec h a n g eo f l i a o h er i v e re s t u a r yw a t e r f r o n ts h a l l o ws e a sa n dt i d e l a n d si nt h ek e y p o i n t ，t h er i v e rp o t e n t i a lc h a n g e ，t h ef l u i df l o wc h a r a c t e r i s t i c ，t h es e d i m e n t t r a n s p o r tc h a r a c t e r i s t i c ，t h ea u t h o rh a si n t e g r a t e dt h ep r a c t i c a lh y d r o l o g y d a t a ，t h e r i v e r e s t u a r yg e o m o r p h o l o g ya n d t h e b a s i c p r i n c i p l e o f h y d r o d y n a m i c st oa n a l y z e t h ee v o l v e m e n tt e n d e n c yo fl i a o h er i v e r e s t u a r ya n dt ov e r i f ym u t u a l l yw i t ht h eh y d r o d y n a m i c ss i m u l a t i o nr e s u l t t h i sr e s u l tm a yp r o v i d ear e l i a b l et h e o r yb a s i so nt h eg o v e r n m e n tp l a ni n t h i sa r e af o rt h en e x ts t e p k e y w o r d s ：t h ee s t u a r yo f l i a o h er i v e r , t i d a lr e a c h ，m o r p h o l o g yc h a n g eo n r i v e gh y d r o d y n a m i c ss i m u l a t i o n ，r i v e rr e g u l a t i o n 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 辽河口地区1 ，2 】位于辽宁省的南部，是我国海岸线的最北端，面临渤海，在 东经1 2 1 0 3 3 1 2 2 。3 67 ，北纬4 1 。2 7 q o 。2 6 之间：其范围东起大清河河口，西至 大凌河河口；北以大辽河的三岔河，辽河干流的六间房和绕阳河的王回窝堡为界。 区域内自东向西有大辽河口、辽河口( 双台子河口) 、大凌河口三个独立入海口 门。按行政区划包括盘锦市、营口市( 西部) 与锦州市( 凌海市) 的部分地区， 面积约为6 3 2 7 k m 2 。 辽河口岸是我国石油、石化工业、芦苇、盐业、水产养殖、渔业的重要生产 基地之一，也是辽宁省农业、水产创汇基地。 随着环渤海湾社会经济的发展，在河口地区也出现了一些亟待解决的问题。 这些问题包括1 3 , 4 1 ： 1 、近几年由于连续干旱，以及工农业及生活用水量增加，辽河口地区的大 辽河、双台子河、绕阳河及大凌河上游的来水量逐渐减少，河流挟带的泥沙沉积， 使河道及河口的泥沙淤积越来越严重，对河道的排洪纳潮和航道的畅通造成不利 影响。 2 、由于防洪、防潮工程标准偏低，堤身断面不够，拦河闸泄洪能力低下， 河道整治工程不配套，洪潮灾害对河口地区的经济发展构成严重威胁。 3 、淡水资源严重不足，由于用水紧张，工农业争水现象日益严重，致使部 分地区生态环境逐步恶化，水环境污染严重，也直接制约了本区社会经济建设的 发展。 4 、河口区缺乏统一规划，近几年来，石油、农业、芦苇、水产等部门争相 开发近海滩涂，各行业出于自身的利益制定了各种行业“法规”，以及编制行业 规划。使得治理、开发利用和防洪、生态环境保护的矛盾日渐突出。 但是迄今为止，还没有把“辽河口”作为一个具有独特自然条件和具有经济 意义的区域进行专门的开发治理研究，不利于环渤海湾社会经济的可持续发展， 河海大学工程硕士学位论文 因而需要加紧开展辽河口的各项规划、研究工作，这就要求我们对辽河口地区的 水沙运动和河道、河口的演变规律进行科学细致的研究。 1 2 研究综述 1 2 1 卫星遥感与g i s 系统在水利工作中的应用 随着计算机技术的快速发展，地理信息系统( g i s ) 技术( 在英文文献中也 有用s p a t i a li n f o r m a t i o ns y s t e m 的，即空间信息系统) 、卫星定位系统( g p s ) 技 术、遥感( r s ) 技术等，即3 s 系统，在水利工作中，特别是在河口地区的泥沙 淤积及河道演变等方面的应用日益广泛2 1 。 为了合理利用、治理和开发我国的河流资源，我国的水利工作者又提出了“数 字流域”、“数字河流”这一概念，通俗地讲，“数字河流”就是把全国河网装 进我们的计算机，从而可方便地模拟、分析、研究全国河流的自然现象，探索其 内在规律，为河流治理、开发和管理的各种方案决策提供科学技术支持，用数字 化手段统一处理全国河流问题，同时又最大限度、最大效能地利用信息资源。 基于g i s 的数字流域、数字河流研究和运用已经十分广泛。如黄河水利委员 会为实现从“传统水利向现代水利、可持续发展水利转变”这一新时期治水新思 路，以信息化推动黄河治理开发和管理现代化，于2 0 0 1 年7 月2 5 日，正式提出 建设“数字黄河”工程。数字黄河主要是借助现代化手段及传统手段采集基础数 据，对全流域及相关地区的自然、经济、社会等要素构建一体化的数字集成平台 和虚拟环境，以功能强大的系统软件和数学模型对黄河治理开发与管理的各种方 案进行模拟、分析和研究，并在可视化的条件下提供决策支持，增强决策的科学 性和预见性。此外，我国主要流域机构相继提出了“数字长江”、“数字淮河”等 数字河流研究。 随着量测技术和信息技术的发展，大量地图多以电子地图的形式存储、显示、 输出和管理，如遥感图、g p s 数据，地理信息系统在空间数据分析、转化、输入 输出等方面优越性突出。 对于传统的河床演变分析，需较多的人力、物力，得到的仅仅是平面结果和 相关数据，通用性和共享性不强。而地理信息系统是一个具有创建、转化、编辑、 2 第一章绪论 显示、查询数字化地图及相连属性数据的系统，有较强的空间分析、数据管理、 可视化功能。 近来，地理信息系统在国内的河口演变分析、河道整治工程及河道管理中也 已经开始应用。 王劲峰1 3 1 认为，任何信息，总含有空间、时间、属性特征。如水文走线含属 性和时间特征，洪水传播含时间、空间和属性特征，而河道演变则反映了空间形 态特征随时间变化性质。 林珲 1 4 】等对长江河口平面位置演变的机制进行了分析，对长江河口迁移的规 律与影响因素、潮能通量变化与长江河口演变的关系及8 0 0 0 年来长江河口的演 变机制等各个方面进行较为详细的研究。 台湾大学的张菀文【1 5 ，利用历年地图、航拍照片与淡水河河道剖面图、比对 平面与剖面的地形形态，并搜集历年相关环境资料，通过地理信息系统软件，对 淡水河口长期地形演变趋势及近二、三十年来变迁因素及其所造成的影响进行了 分析研究。 已经研制成功的长江镇扬河段河床演变和工程管理的地理信息系统【16 1 ，可以 根据历年数字测图和g i s ，实现了任意区域的河床演变分析和工程管理的可视 化，为镇江市的防汛决策、河道整治、港口疏浚提供了基础信息。 1 2 2 水沙运动基本理论 水流模型的理论基础起源于1 9 世纪的s t v e n a n t 方程式 7 1 , 它奠定了非恒 定水流的理论基础。但是真正的水流模型技术的运用是在电子计算机问世之时， 1 9 5 3 年，i s s a c s o n ，s t o k e r 和t r o e s c h 1 8 1 开始建立m i s s i s s i p p i 和o h i o 河的水流模 型，到了本世纪的今天，水沙数学模型已进入迅猛发展及广泛运用阶段。 1 、阻力问题 阻力问题通常通过糙率反映出来，平面二维水沙数学模型的计算结果在很大 程度上依赖于糙率的取值。冲积河流中河床的糙率随时间和空间的不同处于不断 的调整变化之中 1 9 1 。其变化的原因，一方面是由于断面形态和泥沙粒径发生了调 整导致横断面上的“肤面阻力”发生变化；另一方面由于水深( 或单宽流量) 发 生变化导致床面沙波形态发生调整，最终导致河道的形状阻力发生变化。因此， 河海大学工程硕士学位论文 糙率应该是水流和河床相互作用过程中，反映河道的边界粗糙程度、河床形态、 含沙量浓度等所有影响水流阻力因素的综合系数。 以往有关糙率的研究工作大多是针对一维的，己建立的经验公式或半经验公 式很多【1 9 圳】。本文采用实测资料推求河段综合糙率，考虑局部地形的影响，依据 实测比降对部分河段的综合糙率作必要的修正。 2 、悬移质水流挟沙力 悬移质水流挟沙力计算是泥沙数学模型中的关键问题。该公式选取的合理与 否。直接影响到河床冲淤的计算精度。长期以来，国内外众多学者对它进行了深 入的研究，或从理论出发，或从不同的河流实测资料和水槽试验资料出发，推导 出经验的、半经验半理论的计算公式 2 2 2 4 】。 目前研究较多的是均匀悬移质泥沙的水流挟沙力问题，而且一般仅限于一维 问题。 由于一维泥沙数学模型的理论和方法比较成熟，又经过大量的实测资料验 证，有一定程度的可靠性，因而广泛用于长时间、长河段的河床冲淤计算。相应 地对一维水流挟沙力的研究也比较深入。目前采用较多的张瑞谨公式2 5 1 及其后 人的修正公式，在黄河中下游泥沙模型中应用广泛的是张红武提出的通用水流挟 沙力公式【2 6 】。 张瑞谨【2 5 1 整理了大量的长江、黄河资料，结合水槽中阻力损失和脉动流速的 试验成果，在“制紊假说”的前提下，运用量纲分析法，得到了著名的水流挟沙 力公式( 床沙质) ： & ：( 乓) m ( 1 1 ) g n 式中：为悬沙水流挟沙力；、h 分别为断面平均的流速和水深；田为悬移质 泥沙的沉速；为经验参数，k 、肌由实测资料率定。上式仅适用于中、低含沙量 的情况，不适用于高含沙水流的挟沙力计算。由于该公式具有比较合理的理论基 础，且有大量的实测资料验证，因此被广泛运用。后人的很多挟沙力公式都是在 该公式基础上进一步修正而得到的【2 7 】。 3 、非均匀沙分组挟沙力 天然河流中挟带的泥沙往往为非均匀沙，由于当前对非均匀沙的挟沙力研究 4 第一章绪论 不够深入，因此常用均匀沙的方法来处理非均匀沙问题。影响非均匀沙挟沙力的 因素一般为水流条件、床沙条件及上游的来沙条件。前两者对挟沙力的影响机理 已经比较明确，而来沙条件是如何影响水流挟沙力的问题尚不清楚。当前，计算 非均匀沙分组挟沙力，大致有以下几种方法： 1 、h e c 一6 模型方法 美国陆军工程兵团研制的h e c 一6 模型中，采用了床沙级配推求分组挟沙力。 先求每一粒径组泥沙的可能挟沙力，即这一粒径组含沙量占1 0 0 的水流挟沙力 s 。然后每一粒径组的水流挟沙力等于该粒径组在床沙中所占的百分比与上述 可能挟沙力的乘积，即s 。= 最。s 。式中只。为第粒径组泥沙在床沙中所占 的百分比；s 。为第七粒径组泥沙的可能挟沙力。 2 、韩其为方法【2 9 韩其为采用由悬移质级配求分组挟沙力级配，认为非均匀分组挟沙力级配 r 和实际的悬移质级配最相等，且各粒径组泥沙独自保持平衡而互不影响， 即存在= ba 分淤积和冲刷两种不同的情况计算挟沙力级配。以淤积为例， r 与存在如下关系： f ! l ， 北。= 峨。 z ， l 一l 上式中纰。为进口断面的悬移质级配；五为淤积百分比：卢为小于1 的修正 系数：功。为某一代表沉速，须试算求出。对每一种计算情况，必须进行试算， 不仅计算公式和方法都比较复杂，而且计算量相当大。 3 、李义天方法 3 0 】 李义天同时考虑了水流条件与床沙组成对挟沙力的影响，通过理论分析建立 了输沙平衡状态下挟沙力级配r 与床沙级配圪。之间的关系： 河海大学工程硕士学位论文 r = 上生f1 国女【 喜气等卜 ( 1 3 ) ( 1 4 ) 上两式中，u 。为摩阻流速；k 为卡门常数；n 为粒径总分组数；o 。为垂向紊 动强度，原作者取叽：地：中f 生1 可通过数值积分求解。 l 盯v 在已知床沙级配的条件下，根据式( 1 - 3 ) 计算出挟沙力级配后，再由全沙 挟沙力乘以挟沙力级配只。即可得分组挟沙力。 此外，杨国录【3 l 】、王士科3 2 l 、孙卫东口3 1 、张俊华、王严平、乐培九口5 1 、 窦国仁【3 6 1 等许多学者对分组挟沙力计算方法进行了探讨，谈广鸣、张小峰【3 7 】还 专门针对库区干支流异重流的挟沙力级配计算方法进行了深入细致的研究。这些 研究成果在理论上与实际应用中都具有一定的参考价值。 1 2 3 数值计算方法 数值计算方法的精度及速度依赖于控制方程的离散方法、代数方程组的求解 方法、网格的划分和边界条件的处理等。目前求解的方法很多，主要有有限差分 法、有限单元法和有限分析法等。 l 、有限差分法( f i n i t ed i f f e r e n c em e t h o d ) 有限差分方法是计算机数值模拟最早采用的方法，至今仍被广泛运j 千j 3 8 4 0 。 其基本思路是：用有限差分方程逼近微分方程，结合计算网格整理得出差分方程 组，求解差分方程组，即得到相应问题在网格节点上的差分近似解。建立差分方 程组的常用方法是直接差分法，即从微分方程出发，用适当的差商近似代替微商， 从而得到相应的差分格式。有限差分法具有数学概念清晰、简单灵活的优点，可 以方便地导出差分方程，易于编程，计算工作量小，同时，又有多种格式可供选 择，是发展较为成熟的一种方法。但是，差分方法的一个弱点是，传统的矩形网 6 坠札 一已 一生吒一d一护 第一章绪论 格不能较好地适应复杂的边界，近年来提出的梯形或三角形网格及边界拟合坐标 法，使这一缺陷在很大程度上得到了弥补，但同时也带来了计算量较大、编程困 难等问题。 2 、有限单元法( f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ) 有限单元法( f e m ) 产生于2 0 世纪5 0 年代，最先应用于固体力学，6 0 年 代开始在流体力学中有所应用。有限单元法的基础是极值原理和剖分插值，它吸 收了有限差分中的离散处理思想，同时采用了变分计算中选择逼近函数及对任意 形状( 三角形或四边形) 的许多微小单元进行积分处理的合理方法，因而具有很 广泛的适应性，特别适合于几何、物理条件比较复杂的问题。该方法具有较强的 适应性，计算精度较高，但存在计算格式复杂、计算量及存储量较大，大型系数 矩阵较难求解等缺点。 3 、有限分析法( f i n i t e a n a l y t i cm e t h o d ) 有限分析法是在有限单元法的基础上的一种改进，其基本思想是：计算区域 划分为小单元，在每个单元上求局部解析解，再合成整体线性代数方程组。有限 分析法将解析法与数值解法相结合，是计算流体力学的一个进步。其优点是具有 自动迎风特性、稳定性好、精度高、收敛快，其缺点是有限分析系数中含有无穷 级数，给实际计算及理论分析都带来了一些困难。上世纪9 0 年代初李炜h 1 l 等提 出了混合有限分析法，引入了有限差分思想，避免了计算无穷级数，大大提高了 该方法的应用价值。 从整体上来考虑，不同的算法在处理问题上有各自的优缺点。有限差分法的 原理比较简单，若边界不复杂，数学推理和程序编制都比较简单，并且计算内存 占用比较少，计算速度快，在非恒定性比较强的问题中应用比较多。但有限差分 方法在处理复杂边界时灵活性比较差，计算精度不高，在复杂边界上常常出现虚 假流动的现象，有时会出现水量不守恒现象，有限单元法和有限分析方法相对而 言数学推理和程序编制就复杂些，但是这两种方法的网格可以为三角形或四边形 等任意网格，虽然这种网格结构易于处理边界和地形比较复杂的问题，但需要数 据结构定义计算单元之间的位置关系，占用内存比较大，计算速度相对较慢。 1 3 本文研究内容和研究方法 7 河海大学工程硕士学位论文 由于多年来，辽河口地区的泥沙、潮汐等基础资料较为缺乏，对辽河口地区 尚未进行过较为系统的分析研究。本文根据辽河口地区的卫星遥感资料及其洪水 资料，对辽河口的演变规律及其水沙运动规律进行分析，以便为进行中的辽河口 综合整治规划，在防洪防潮决策、河道整治、三角洲开发等方面提供较为可靠的 基础信息 论文主要由六大部分内容组成，主要研究内容及章节安排如下： 第一章绪论。简要说明本文问题的提出及研究意义，对河道演变及水动力 学模拟方面的研究进展进行综述，提出本文的研究目的与研究内容。 第二章辽河口基本概况。主要包括：流域概况、河道基本情况、自然概况 及经济概况等。 第三章水文、泥沙及潮汐。对河道演变分析及水动力学模拟所需的洪水、 径流、泥沙、潮汐等基本资料进行分析，并对水文、泥沙成果进行评价。 第四章辽河口水动力学模拟。介绍数学模型的建立，包括：基本方程、边 界条件、数值求解及有关问题的处理，计算步骤和计算流程，并以河口现状水沙 条件对模型进行验证。 第五章辽河口演变分析。主要包括潮流流态对悬沙输移的影响、辽河口水 动力学结构对悬沙输移的影响及辽河口的演变规律分析等，并对辽河口综合整治 的规划治导线给出参考意见。 第六章结语与展望，对本文的研究工作和成果进行总结，并就进一步的工 作提出自己的意见和建议。 8 第二章辽河口概况 2 1 流域概况 第二章辽河口概况 辽河口地区分属辽河流域、大凌河流域。 辽河是我国七大江河之一，位于我国东北地区南部，发源于河北省七老图山 脉光头岭，流经河北、内蒙、吉林、辽宁四省区。上游分为东、西两支，东辽河 在吉林省境内，西辽河在内蒙境内，东、西辽河于辽宁省福德店汇流后始称辽河。 自北向南流经辽宁省铁岭、沈阳、鞍山、盘锦等四个市、地的十个县、区，在盘 山县境内注入渤海。辽河流域总面积2 1 9 6 0 0 k r n 2 ，其中辽宁省境内面积6 9 1 6 3 k m 2 ， 占3 1 6 ；全长1 3 4 5 k r n ，福德店河口长5 0 7 4 5 k m ，占全河长的3 7 7 ，年径 流量3 8 9 1 亿m 3 。辽河干流1 9 5 8 年前于六间房附近分两股：一股西行称双台子 河，经盘山县入渤海；另一股南行称外辽河，于三岔河附近纳浑河、太子河后称 大辽河，经营口入渤海。1 9 5 8 年将外辽河在六间房堵截后，浑河、太子河己成 为通过大辽河入海的独立水系，辽河水统由双台子河入海。 大凌河是辽宁西部另一独立的水系，属大凌河流域。据考证远在汉唐时辽河 平原上几乎只有辽河一个水系，以后随着海退陆地的延伸，辽河在不断西迁的过 程中，河道分合变迁逐渐分出了大凌河。大凌河上游分为南西两支，南支发源于 我省建昌县鸡冠山，西支发源于河北省平泉县龙潭洼山，两支在喀左汇合后，流 经朝阳、北票、义县、锦县入渤海。河道全长4 3 5 k m ，流域面积2 3 2 6 3 k m 2 ，年 径流量为1 5 2 3 亿m 3 。 2 2 辽河口位置及范围 辽河口地区位于辽宁省的南部，是我国海岸线的最北端，面临渤海，在东经 1 2 1 0 3 3 1 2 2 。3 6 ，北纬4 1 。2 7 4 0 0 2 6 之间；其范围东起大清河河口，西至大凌 河河口；北以大辽河的三岔河( 距河口9 6 0 6 k m ) ，辽河干流的六间房( 距河口 1 2 0 7 k i n ) 和绕阳河的王回窝堡( 距河口6 2 6 3 k m ) 为界。区域内自东向西有大 辽河1 2 1 、辽河1 3 ( 双台子河口) 、大凌河口三个独立入海口门。按行政区划包括 9 河海大学工程硕士学位论文 盘锦市、营口市( 西部) 与锦州市( 凌海市) 的部分地区，面积约为6 3 2 7 k m 2 。 详见图2 1 。 2 3 河道基本情况 辽河口地区有大辽河、双台子河、绕阳河及大凌河四条主要河流。 1 、大辽河 大辽河全长9 6 0 6 k m 。河道蜿蜒曲折，滩槽分明，河槽窄深，河岸土质多为 均匀分布的亚黏土和沙壤土。河道特征值见表2 - 1 。 2 、双台子河 辽河六间房以下亦称双台子河，是辽河入海的尾间河段，河长1 2 0 7 k m ，其 中盘山闸下河长6 3 7 9 k r n 。双台子河为弯曲型河道，但弯曲程度小于大辽河，河 槽宽深比大于大辽河，河槽仍属窄深型。各河段河道特征值列入表2 2 。 表2 1 大辽河河道特征值 河长河宽弯曲半径 河段宽深比弯曲系数 ( k r n ) ( m )( m ) 三岔河平安 4 4 1 43 5 70 9 6 3 4 21 6 53 5 0 1 1 0 0 平安荣兴 2 6 2 06 2 01 - 3 卜一6 0 61 5 25 0 0 1 4 0 0 荣兴营口1 3 2 9 6 5 1 1 5 6 6 3 1 _ 3 6 1 1 0 0 1 8 0 0 营口河口1 2 4 35 1 90 9 6 6 31 5 13 5 0 1 8 0 0 三岔河河口 9 6 0 6 表2 - 2 双台子河河道特征值 河长 河宽弯曲半径 河段宽深比弯曲系数 ( k m )( m )( m ) 六间房盘山闸 5 6 9 l 1 9 01 6 4 4 9 3 盘山闸太平河口 1 6 8 92 3 31 5 5 6 9 41 0 7 太平河口北屁岗 1 6 0 84 1 43 0 8 1 0 6 71 5 6 北屁岗小道子沟口 1 6 4 77 8 72 0 8 9 2 1 小道子沟口河口 1 4 3 5 六间房河口 1 2 0 7 3 、绕阳河 绕阳河发源于阜新县查哈尔山，位于辽宁省中部平原的西侧，医巫阊山以东 自北向南流，在曙光桥下7 k m 左右处汇入双台子河。 1 0 第二章辽河口概况 绕阳河干流自东白城子以下至河口，河道全长1 9 3 8 k i n 。王回窝堡至河口河 段，河道全长6 2 6 3 k i n ，河道平顺规整，滩槽明显，主槽稳定且横向摆动较小， 滩槽差一般2 5 m 7 0 m ，弯曲系数为1 1 1 3 ，河床质多为粘土及黑粘土。其中 王回窝堡红旗闸河段，河道长2 1 3 3 k m ，堤距平均宽1 0 0 0 m ，个别段可达2 2 0 0 m ， 主槽河宽3 0 m - - 6 0 m ，平滩流量3 0 0m 3 s 4 0 0m 3 s ，河床比降在o 1 5 o 3 0 之间。该段河道内阻水林木、沙丘较多，部分堤段沙质化严重。红旗闸河口 段，河道全长4 1 3 k m ，河道平顺规整，堤距逐渐变宽，平均为1 8 0 0 m ，个别段 可达2 4 0 0 m ，主槽河宽4 0 m 1 1 0 m ，平滩流量4 0 0m 3 s 6 0 0m 3 s ，河床比降在 o 0 2 o 2 8 之间，滩地上芦苇较多；干流龙家堡以下右岸无防洪堤，滩面较 为平整，高程多在2 m 2 6 m 之间，滩地上芦苇、水田、油井较多。 4 、大凌河 大凌河在锦县石窗子出山口后，於沈山铁桥以下进入平原区，铁桥以下到河 口河长5 7 6 k m ，面积只占全流域面积的1 1 。 大凌河是条多沙河流，河道宽浅，滩槽不明显，河道弯曲系数小，尤以锦县 铁桥以下到东三义一段比较明显。河槽宽度2 4 k m ，滩槽高差1 5 2 5 m ，主槽 宽深比1 6 1 9 ，河底比降o 4 2 ，河道弯曲半径8 0 0 0 1 0 0 0 0 ，弯曲系数1 1 3 ， 见表2 3 。 表2 - 3 大凌河河道特征值 河长河宽弯曲半径 河段 宽深比 弯曲系数 ( k m )( m )( m ) 锦县铁桥东三义3 4 42 9 0 5 7 4 s 7 6 9l _ 1 5 东三义大有农场 1 2 12 2 63 8 4 1 2 8 31 2 l 大有农场河口 1 1 11 6 73 4 5 9 4 61 0 3 锦县铁桥河口5 7 62 5 53 4 5 5 7 6 91 1 38 0 0 0 1 0 0 0 0 2 4 自然概况 辽河口地区属暖温带季风气候，春季多风少雨，回暖快，夏季高温多雨， 秋季凉爽，雨量适中，冬季寒冷，干燥多北风。根据盘山、大洼和营1 ：3 等站多年 气象观测资料，多年平均气温8 6 9 4 。c ，年内气温变化较大，多年平均降水量 为6 1 4 6 5 5 7 m m ，降水年内分布不均，7 5 集中在6 9 月，多年平均蒸发量为 1 6 4 0 1 7 1 5 m m ，多年平均相对湿度6 2 6 6 ，年平均风速4 0 4 3 m s ，平均无霜 1 河海大学工程硕士学位论文 期1 6 9 天，结冰期最早为1 0 月中旬，解冰最晚在4 月下旬，最大冻深l _ 3 l m ， 平均日照2 7 3 9 2 8 2 1 h 。 辽河口潮汐类型属于非正规半日混合潮。统计分析营口潮位站( 1 9 5 5 1 9 8 5 年资料) 和三道沟临时潮位站资料，营口站历史最高高潮位3 2 m ，最低低潮位 2 6 8 m ，平均高潮位1 4 5 m ，平均低潮位1 2 4 m ，最大潮差4 1 7 m ：相关推算出 三道沟站最高高潮位3 7 5 m ，平均高潮位1 9 0 m 。潮流流向大多与岸线平行，呈 往复流性质。 辽河口地区属下辽河冲积平原，地势北高南低，自东向西南略成二万分之一 的比降，缓缓向海倾斜，东西两侧分别为辽东山地丘陵和辽西低山丘陵。该区域 地势平坦，地貌景观单一，一般高程小于5 m ，主要为浅海相、河湖相、冲积相 和冲积相沉积。在构造上属于新华夏系的第二巨型沉降带，自第四纪以来一直在 下降，在长期的下降过程中，堆积了巨厚的第四纪地层。 双台子河两侧为滨海芦苇盐土湿地，滨岸地带潮沟密布，局部有浅水洼地， 地表潮湿甚至成为沼泽，其间芦苇丛生。 大辽河口与大凌河口之问地区海岸为平原型淤泥质海岸，除双台子河口外， 岸线基本夷平。潮间浅滩宽阔，滩面平整，地形单一。高潮滩沉积物主要为粘土 质粉砂；中潮滩潍面凹凸不平，沉积物主要为粉砂：低潮滩主要由粉砂、细砂、 砂质粉砂组成。 辽河口自然地貌主要分布有潮滩、水下三角洲、拦门沙浅滩、海底冲刷槽等。 从大辽河1 3 小凌河口百余公里海岸至水深5 m 的浅海域所覆盖的狭长地带， 是我国浅海内陆架的组成部分，也是辽河拗陷平原向海洋自然延伸的水下浅滩。 由大辽河、双台子河和大小凌河形成的水下三角洲构成本区水下地形的主体。大 致延伸至2 0 m 等深线左右，平均坡度为1 2 5 0 0 1 3 0 0 0 左右。在大辽河口和双台 河口门至5 m 等深线的范围内分布着大小不等的河心滩。栏门沙浅滩在大辽河两 侧有东滩、西滩，双台子河口外有盖洲滩，均为涨潮淹没、落潮出露的大型河口 沙洲。 双台子河口及大辽河口海底冲刷槽呈指状或齿状多级分布，其中以盖洲滩深 槽最大，分布在栏门沙西侧。古河道至今仍保存比较完整的是分布在辽河口西滩 和盖洲滩之间，近似南北走向、水深l o m 的流蚀深沟，也是目前双台子河主要 1 2 第二章辽河口概况 的涨落潮通道。 上述海底地形地貌表现，明显地反映出潮流挟沙落淤和河口动力作用下的堆 积建造、堆积侵蚀作用的地貌效应，即0 - 5 m 的水下浅滩以稳定堆积、海底平 坦拓展、地表反差小、形态单一为基本特征；但在河口则发育成现代河口三角洲、 拦门沙浅滩及相伴出现的海底冲刷槽。 2 5 社会经济状况 辽河口地区包括锦州( 凌海市东南部) 、盘锦( 盘锦市、盘山县、大洼县) 、 营口( 营口市、老边区、大石桥市西部) 三市五县区6 7 个乡镇场，总土地面积 6 3 2 7 k m 2 ，2 0 0 0 年本区总人口3 1 l 万人( 农业人口1 1 4 万人，非农业人口1 7 7 万 人) ，城市化率5 6 9 ，平均人口密度为4 9 2 人k m 2 。在总人口中，盘锦市1 2 2 万人，营口市1 6 0 万人，凌海市2 9 万人。在沿海地区，除极个别重要镇外，大 部分地区人口密度比内陆地区的人口密度小，特别是在湿地资源丰富的地区，人 口密度非常小。 现有耕地面积3 0 6 万亩，主要农作物是水稻，面积达2 1 8 万亩，主要分布在 我省三个大型灌区内( 盘山、大洼和营口灌区) 。如大洼灌区始建于1 9 4 2 年，经 过5 0 多年的建设，现在初步形成田成方、林成线、渠成网，达到遇旱能灌、遇 涝能排的能力，实灌面积近1 0 0 万亩。 芦苇面积也很大，灌溉面积9 9 万亩，是重要造纸原料生产基地，牧草地7 1 万亩，滩涂面积1 2 2 万亩。其余为城镇、村庄、道路、水田及工矿企业用地等。 区内铁路、公路密集，交通极为方便。辽河油田分布在辽河两岸广大平原地 区，是重要石油产区，营口港是我省对外口岸之一。 辽河口地区不仅是农业生产主要基地，而且也是工业和高新技术产业基地。 辽河口地区还蕴藏着丰富的自然资源，主要有石油天然气资源、水产资源、湿地 资源、旅游资源及港口资源等，这些资源为该地区国民经济发展打下雄厚的基础。 河海走学工程硕士学位论文 1 4 第三章水文、泥沙及潮汐 3 1 气象 第三章水文、泥沙及潮汐 辽河处于中高纬度，东有长白山系的千山山脉，北为大兴安岭的余脉，南临 渤海，中部为辽河平原。属温带季风气候，温度变化较大，四季寒暖干湿分明。 浑河、太子河、大辽河地区均属温带季风型大陆性气候，冬季严寒、干燥， 夏季温热、多雨。 大凌河流域属寒温带夏雨炎热型气候，受南来温暖气团与北来大陆气团交绥 影响及季风环流影响，夏季炎热多雨，冬春少雨干燥，是辽宁省的干旱地区，有 十年九旱之称，严重影响工农业生产的发展。 本次辽河口综合整治规划涉及到的河口有大凌河河口、双台子河河口和大辽 河河口。各河口地区以1 9 6 1 2 0 0 0 年4 0 年气象资料为基础统计其气象特征。 大凌河河口地区以凌海市气象站作为代表站。经统计分析多年平均气温8 6 ，极端最高气温3 9 7 ，极端最低气温- 2 5 6 。c 。平均相对湿度在5 0 - 8 2 之 间。多年平均降水量为6 1 4 m m 。多年平均蒸发量( 直径2 0 c m 蒸发器) 1 7 1 5 4 r a m 。 多年平均风速4 o m s ，最大风速1 9 3m s ，同时风向为s s w 。最大积雪深度为 1 7 c m ，最大冻土深度为1 3 l c m 。 绕阳河河口和双台子河河口地区以盘山气象站作为代表站。经统计分析多年 平均气温8 7 ，极端最高气温3 5 5 ，极端最低气温2 8 2 。c 。平均相对湿度在 5 4 - 8 2 之间。多年平均降水量为6 2 1 4 m m 。多年平均蒸发量( 直径2 0 c m 蒸发 器) 1 6 4 0 7 n m a 。多年平均风速4 3 m s ，最大风速2 5 7m s ，同时风向为s w 。最 大积雪深度为2 2 c m ，最大冻土深度为1 1 7 c m 。 大辽河河口地区以营口气象站作为代表站。经统计分析多年平均气温9 4 ， 极端最高气温3 4 7 ，极端最低气温2 8 4 。c 。平均相对湿度在5 8 7 9 之间。 多年平均降水量为6 5 5 7 r a m 。多年平均蒸发量( 直径2 0 c m 蒸发器) 1 6 5 8 8 m r n 。 多年平均风速4 1 m s ，最大风速2 1 7m s ，同时风向为s s w 。最大积雪深度为 2 1 c m ，最大冻土深度为l o l c m 。 河海大学工程硕士学位论文 3 2 年径流 太子河上游小市建有观音阁水库h 2 】，控制面积2 7 9 5 k m 2 ，占辽阳控制面积的 3 4 6 ；中游建有禳窝水库，控制面积6 1 7 5 k m 2 ，占辽阳控制面积的7 6 4 ；支 流汤河上建有汤河水库，控制面积1 2 2 8 k m z ，占辽阳控制面积的1 5 2 。三座大 型水库控制了辽阳以上的洪水。浑河中上游建有大伙房水库，控制面积5 4 3 7 k m 2 ， 占沈阳控制面积的6 8 4 ，基本上控制了沈阳以上的洪水。浑、太河上四座大型 水库控制了三岔河以上的洪水。 辽河石佛寺以上辽宁省境内相继建成大型水库4 座，分别为清河上的南城子 和清河水库；柴河上的柴河水库：范河上的榛子岭水库；四座大型水库控制了辽 河中下游石佛寺以上东部支流洪水。大凌河中上游建有阎王鼻子水库，中下游建 有白石水库，二座大型水库控制了义县以上的洪水。 本文中年径流各控制断面为：辽河六间房水文站；大辽河三岔河水文站；绕 阳河王回窝堡水文站；大凌河凌海市水文站。 浑河各主要站天然年径流系列为1 9 3 5 1 9 4 4 ，1 9 4 8 2 0 0 0 年，共6 3 年系列。 太子河各主要站天然年径流系列为1 9 3 5 1 9 4 4 ，1 9 5 0 2 0 0 0 年，共6 1 年系列。 辽河各主要站天然年径流系列为1 9 3 5 1 9 4 4 ，1 9 4 9 2 0 0 0 年，共6 2 年系列。 本次对浑河、太子河和辽河各主要站长短系列进行了天然年径流量保证率计 算。线型为皮尔逊i i i 型【4 3 ，c s 采用2 c v ，c v 值经综合平衡后确定，适线较好。 计算成果见表3 1 。 3 3 洪水 3 3 1 洪水特性 流域洪水主要由暴雨产生，洪水多发生在7 、8 两月。尤以7 月下旬至8 月 中旬为最多。辽河干流和浑河、太子河一次洪水历时为7 天左右，主要集中在3 天。双峰历时为1 3 天，两峰间隔为3 _ 4 天；柳河和绕阳河一次洪水历时约5 天 左右，主要集中在3 天。 辽河中下游石佛寺以上洪水，主要来源于左侧的清、柴、范、诸河，该洪水 1 6 = 薹熏 采 u 山 望 u o 趔 露 z 善量 。 8量善8 甲甲 至 甲 甲 量 豁 甲 2 器 嚣 p _2 量 豁 量量 豁豁 量 豁 蚤量 豁 至 下 2一 甲 里苎 甲 2_ _ 甲 金 品 豪 _ _旦 = _ _2 _ _ 荨 豪 i矗 暴 鬲 曼 _ _宝 立 _ _宝 上 j 蒙营 豺 累营 器器 墨 墨 陬 p _ 甲 旦_ _ 甲 旦至 荨 蚤 晶罱 垛 豪 罱矗 旦 _ _宝 里 t 旦 金 擎娶 _ _p _ 喾誊 划 霹 皿 屡 划 枉 婶曼 链 妈 捆 暮 链 磐蜜 嫩 厘 蟛 憾叵 搽1 埒爆删1 1 1 庭川 蚓 瞧 魁 _ k 庭婶嫩慝m 窿螺医庭恻襄 gqoi)。掣哥 吸2i一廿仪帐v搽眯摄琳舡褂目账删媾蹲廿蟊议雌凶簧亡1磨嘲_i j n 琳 海河大学工程硕士学位论文 与东、西辽河洪水基本不遭遇，石佛寺以下洪水主要来自石佛寺以上，由于 石佛寺以下的右侧秀、养等河洪水较小，因此对干流洪水影响很小，分析表明辽 河干流洪水与柳河、绕阳河洪水基本不遭遇。 浑河洪水主要来源于沈阳以上的山丘区，沈阳以下虽有蒲河汇入，但属平原 性河流，水流较缓，对干流洪水影响不大。 太子河洪水主要来自辽阳以上山丘区，下游虽有北沙河、柳壕河、南沙河等 多条支流汇入，但由于干、支流洪水基本不遭遇，故辽阳以上为太子河洪水的主 要来源。 绕阳河洪水主要来源于干流的东白城子以上，经郑家滞洪区调蓄后，对下游 己不起主要作用，对下游产生影响的洪水，以东沙河来水为主。 大凌河流域洪水主要由大暴雨形成，其主要天气系统为华北气旋、台风、高 空槽，如1 9 3 0 年洪水的天气系统为台风，1 9 6 2 、1 9 6 3 年均为高空槽。由于大凌 河流域面积较大，且受地形影响，降水在地区分布上极不均匀，除大水年外，一 般多为局部产流，根据解放后的资料统计，大凌河洪水主要来源于干流上窝堡以 上及左侧支流老虎山河、萼亡牛河、细河等。洪水多集中在7 8 月，洪水陡涨陡落， 峰高量大，一次洪水历时一般为3 5 天，双峰间隔时间3 4 天。大凌河站自1 9 3 0 年以来洪峰流量超过1 0 0 0 0 m 3 s 的就有6 次，1 9 4 9 年洪峰流量达3 0 4 0 0 m 3 s 。 3 3 2 辽河干流洪水 1 、辽河干流石佛寺及左侧支流水库和区间设计洪水删 辽河通江口至石佛寺之间左测支流的清河、柴河、范河上共建有清河、南城 子、柴河、榛子岭等4 座水库，水库至石佛寺区间的设计洪水采用石佛寺水库 可行性研究一一水文分析成果1 4 5 1 ，各站及区间设计洪水成果见表3 - - 2 。 2 、石佛寺设计洪水地区组成及组合设计流量 洪水经支流水库调洪后放流与区间洪水组合，以同频率法中区间设计、水库 相应方案为不利。故组合设计流量采用同频率法中的组合流量成果。石佛寺组合 设计流量成果见表3 3 。 3 、石佛寺建库前、后六间房水文站的设计流量 根据分析，石佛寺以下干流洪水与下游支流洪水不遭遇，下游各地点设计流 第三章水文、泥沙及潮汐 量按折减关系推求，各段折减关系如下 石佛寺巨流河1 ：1 ，巨流河卡力马1 ：0