息縣水文站以上流域位于河南省南部,處于淮河中上游,流域形狀呈扇形,地勢(shì)以南部和西部為高,逐漸向東北傾斜。干流大致呈西—東走向,南岸多為山區(qū),支流眾多,北岸以丘陵為主,小部分為平原洼地。流域內(nèi)建有南灣、石山口兩座大型水庫(kù)和六座中型水庫(kù),在浉河和小潢河上分別建有平橋和小龍山兩座攔河閘。流域面積10190km2,土壤多為輕粉質(zhì)壤土、砂壤土和少量粉質(zhì)黏土,植被較好,侵蝕沖刷不嚴(yán)重。本流域以淮河為界,淮南是亞熱帶北緣,屬于濕潤(rùn)區(qū),淮北是暖溫帶的南端,屬半濕潤(rùn)區(qū)。汛期(6~9月)降雨受季風(fēng)影響,一般每年4、5月份雨量開始逐漸增多,隨著江淮流域進(jìn)入梅雨天氣,6月上中旬主汛期開始,7月底8月初相繼結(jié)束。多年平均年降水量1145mm,50%左右集中在汛期。
息縣站以上河道長(zhǎng)度255km,測(cè)驗(yàn)斷面為復(fù)式斷面,沙質(zhì)河床,最大河寬2435m。1950年以來(lái),息縣站發(fā)生最大流量超過(guò)5000m3/s 的洪水共9 次,分別發(fā)生在1954、1956、1960、1968、1975、1989、1991、2002、2005年。其中,1968年7月15日息縣站發(fā)生了建站以來(lái)歷史最大洪水,最高水位45.29m,最大流量15000 m3/s;2005年7月11日,息縣站發(fā)生了1968年以來(lái)最大洪水,最高水位43.33m, 最大流量6340m3/s,為建站以來(lái)第四位大洪水。
1991年淮河大水以后,中央加大了治淮投資力度,信陽(yáng)市加固了10 個(gè)圩區(qū),提高了部分河段堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn),鏟除了淮干童元、黃郢、建灣3 個(gè)行洪區(qū)的圩堤和影響淮河干流行洪的阻水工程和其他建筑物,擴(kuò)大了淮干上、中游行洪通道,使淮河干流上、中游段的行洪能力有所提高。20 世紀(jì)90年代以后,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展,建筑方面對(duì)河砂的需求量愈來(lái)愈大,淮河河砂開采量也隨之增大,開采范圍幾乎遍及整個(gè)淮河上、中游干支流河道,使得河道斷面從上而下河床逐年下切, 同級(jí)水位斷面面積增大。本次用實(shí)測(cè)資料來(lái)分析息縣站斷面和河道行洪能力的變化情況。
隨著河道上下游河砂的開采,息縣站基本水尺斷面河床逐年下切,斷面變化見圖1。比較2007年和1996年,11年期間河床最低點(diǎn)下切深度為3.42m;比較2017年和2007年,10年期間河床最低點(diǎn)下切深度為2.55m;從1996年到2017年,21年期間河床最低點(diǎn)下降了5.97m。斷面面積也有所增加,當(dāng)息縣站達(dá)到警戒水位(41.50m)時(shí),2007年相對(duì)1996年斷面面積增加400m2,2017年相對(duì)2007年斷面面積增加450m2。當(dāng)息縣站達(dá)到保證水位(43.00m)時(shí),2007年相對(duì)1996年斷面面積增加360m2,2017年相對(duì)2007年斷面面積增加440m2。詳見表1。
通過(guò)對(duì)息縣站2005年、2010年、2016年3 次較大洪水水位流速關(guān)系的對(duì)比分析,如圖2 所示,2016年與往年相比,關(guān)系曲線明顯右移,在警戒水位(41.50m)以下時(shí),同級(jí)水位情況下斷面平均流速增加0.20~0.50m/s 左右。
表1 息縣站斷面變化分析表
圖1 息縣站斷面變化比較圖
圖2 息縣站水位流速關(guān)系變化比較圖
本次選取了息縣站2005年、2007年、2010年、2016年、2017年5 次較大洪水,相應(yīng)水位流量關(guān)系線如圖3 所示,比較圖中關(guān)系線可看出,2017年與往年相比,關(guān)系曲線明顯右移,在警戒水位(41.50m)以下時(shí),同級(jí)水位情況下流量增加800~1200m3/s 左右。
圖3 息縣站水位流量關(guān)系變化比較圖
圖4 息縣站歷年洪峰水位流量關(guān)系曲線圖
息縣水文站屬淮河干流中游丘陵平原區(qū)控制站,河道比降較小,受洪水波附加比降的影響較大,左右岸支流眾多,大洪水時(shí)的水位流量關(guān)系比較復(fù)雜。因此,用實(shí)際洪水過(guò)程來(lái)確定息縣站河道行洪能力的變化,可以從歷年綜合水位與流量關(guān)系的總趨勢(shì)來(lái)進(jìn)行分析比較。為了分析息縣站在2007年以后的行洪能力變化,用1950年~2006年和2007年以后的歷年最高水位最大流量組成兩個(gè)系列,繪制洪峰水位流量關(guān)系曲線如圖4 所示,由圖中比較可看出,2007年以后相對(duì)之前的洪峰水位流量關(guān)系,關(guān)系曲線的中下部偏右(同級(jí)水位流量增大)。
河道洪水是流域氣候條件和下墊面條件綜合作用的產(chǎn)物。受自然因素和人類活動(dòng)的共同影響,近年來(lái)息縣站控制流域內(nèi)下墊面及河道狀況發(fā)生了一定的變化,流域產(chǎn)匯流特性也相應(yīng)有所變化。本次用實(shí)測(cè)資料分析認(rèn)為息縣站中低級(jí)水位下河道行洪能力有所提高,保證水位(43.00m)以下同級(jí)水位流量增大。
近年來(lái)淮河上游干支流河道兩岸灘地種植了大量林木,相應(yīng)束狹了河道高洪時(shí)的行洪通道;加之2018年以前河道采砂現(xiàn)象嚴(yán)重,主河槽內(nèi)溝壑連綿,河床糙率特性變化,河槽調(diào)蓄作用增強(qiáng),往往造成初汛洪水起漲時(shí)間滯后、峰現(xiàn)時(shí)間延長(zhǎng)、峰形變緩;由于2007年以后沒有實(shí)測(cè)特大洪水資料的驗(yàn)證,近似認(rèn)為息縣站特大洪水時(shí)洪峰水位流量關(guān)系曲線的上部基本重合。以上這些情況在水文情報(bào)預(yù)報(bào)和抗洪搶險(xiǎn)中需綜合考慮、科學(xué)運(yùn)用■