山西省垣曲縣李家河引水工程引水量分析計(jì)算

柴海東，張琳

（山西水務(wù)工程項(xiàng)目管理有限公司，山西太原030002）

山西省垣曲縣李家河引水工程引水量分析計(jì)算

柴海東，張琳

（山西水務(wù)工程項(xiàng)目管理有限公司，山西太原030002）

介紹了西陽(yáng)河和李家河引水工程的基本情況。通過(guò)計(jì)算降水量、地表徑流以及基流，得到引水工程壩址上游的來(lái)水量，并對(duì)來(lái)水量進(jìn)行了月分配，扣除下游生態(tài)用水、蒸發(fā)滲漏損失水量后，得到不同保證率情況下引水工程的可引水量。通過(guò)分析，認(rèn)為李家河引水工程引水后不會(huì)對(duì)流域其他用水戶的用水造成影響。

引水工程；引水量；徑流

1 基本情況

西陽(yáng)河[1]是黃河的一級(jí)支流，發(fā)源于沁水縣南部的下川村，流經(jīng)垣曲縣歷山、英言、蒲掌、窯頭，最終注入黃河，全長(zhǎng)53 km，流域面積343.4 km2，在垣曲縣境內(nèi)長(zhǎng)46 km，面積232.9 km2。

為緩解垣曲縣縣城用水緊張的局面，垣曲縣發(fā)改委批復(fù)在西陽(yáng)河上李家河村北修建引水工程，通過(guò)攔水溢流壩抬高水位，將水引入輸水隧洞，再經(jīng)涵洞、倒虹吸把水并入后河水庫(kù)向縣城供水隧洞，最終到達(dá)縣城自來(lái)水廠，輸水工程全長(zhǎng)17 km。引水工程設(shè)計(jì)引水流量0.35 m3/s，年設(shè)計(jì)引水量1 104萬(wàn)m3。壩址上游流域面積為202.2 km2。

2 來(lái)水量計(jì)算

在設(shè)計(jì)流域和上下游附近沒(méi)有徑流觀測(cè)資料，所以按照無(wú)資料地區(qū)對(duì)徑流量進(jìn)行計(jì)算，徑流量通過(guò)年降水推求，本次計(jì)算主要依據(jù)《山西省水文計(jì)算手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》）[2]。

2.1 年降水量計(jì)算

根據(jù)《手冊(cè)》中的年降水量（1970—2008年）均值等值線圖，西陽(yáng)河流域多年平均年降雨量為707mm。

2.2 設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算

（1）地表年徑流均值計(jì)算。①等值線法，查《手冊(cè)》得到設(shè)計(jì)流域地表年徑流深為80 mm。②冪函數(shù)模型法。設(shè)計(jì)流域處于山西省水文分區(qū)東區(qū)，查得分區(qū)參數(shù)2.72。李家河壩址上游流域面積為202.2 km2，查《運(yùn)城市水文下墊面產(chǎn)流地類圖》并經(jīng)過(guò)量算，得到灰?guī)r森林山地面積為30.41km2、變質(zhì)巖森林山地面積為171.79 km2，設(shè)計(jì)流域森林覆蓋、植被條件較好，地類參數(shù)均取上限值，分別取值5.0、45.0mm。經(jīng)計(jì)算，得到流域多年平均相對(duì)年降水量為1.39。流域多年平均地表年徑流深為96.3 mm。③雙曲正切模型法?；?guī)r森林山地下墊面參數(shù)取下限值2 400 mm，變質(zhì)巖森林山地下墊面參數(shù)取下限值1 000 mm。經(jīng)計(jì)算，得到流域多年平均地表年徑流深為86.41 mm。

3種方法計(jì)算的年徑流深分別為80、95.47、86.41 mm。等值線法成果一般只作參考，對(duì)于重要工程均采用模型法成果，從供水安全角度考慮，設(shè)計(jì)流域地表年徑流深采用雙曲正切模型法計(jì)算結(jié)果值86.41 mm。

（2）基流均值計(jì)算。采用模型法計(jì)算基流均值，查得灰?guī)r森林山地地類參數(shù)為11.0 mm，流域多年平均無(wú)效相對(duì)年降水為0.9；變質(zhì)巖森林山地地類參數(shù)為96.0 mm，流域多年平均無(wú)效相對(duì)年降水為0.8。經(jīng)計(jì)算，得到流域基流均值為47.85 mm，可換算成流量311.06 L/s。查《山西省清泉水流量調(diào)查成果》可知，2009年4月5日測(cè)得西陽(yáng)河上北莊村鐵索橋下斷面處（位于本工程壩址下游約1.3 km處）清水流量為331.4 L/s，與采用模型法計(jì)算得到的設(shè)計(jì)流域基流比較接近。所以，本次模型法計(jì)算基流結(jié)果比較可靠。

（3）年徑流均值計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，得到設(shè)計(jì)流域年徑流均值為134.26 mm、設(shè)計(jì)流域年地表徑流量均值為1 747.21萬(wàn)m3、設(shè)計(jì)流域年基流量均值為967.53萬(wàn)m3、年徑流量均值為2 714.74萬(wàn)m3。

（4）年徑流變差系數(shù)計(jì)算。查《手冊(cè)》得到流域年降水變差系數(shù)0.2、年徑流系數(shù)0.19，同時(shí)查表得到東區(qū)水文分區(qū)參數(shù)。經(jīng)計(jì)算，得到流域年徑流變差系數(shù)為0.57。

（5）年徑流偏態(tài)系數(shù)計(jì)算。年徑流倍比值為2.66，經(jīng)計(jì)算，得到年徑流偏態(tài)系數(shù)為1.51。

（6）設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算。查《手冊(cè)》得到皮爾遜Ⅲ型曲線離均系數(shù)值，并計(jì)算設(shè)計(jì)頻率的年徑流，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算結(jié)果

（7）設(shè)計(jì)年徑流月分配。設(shè)計(jì)流域植被覆蓋較好，基流平均分配至12個(gè)月，年均基流量為967.53萬(wàn)m3，每月分配80.63萬(wàn)m3。

除基流外的其余徑流采用水文比擬法進(jìn)行月分配，選用王家河泗交水文站作為參證站，參證流域的降水、氣溫、蒸發(fā)、地質(zhì)、地貌及植被與設(shè)計(jì)流域均比較接近。其年徑流（1970—2008）特征值與設(shè)計(jì)流域特征值對(duì)比，見(jiàn)表2。

表2 參證站與設(shè)計(jì)流域年徑流特征值對(duì)比

設(shè)計(jì)流域年徑流各月分配結(jié)果，見(jiàn)表3。

表3 設(shè)計(jì)流域年徑流各月分配

3 可引水量計(jì)算

計(jì)算可供水量時(shí)，需要考慮下泄生態(tài)用水和壩址庫(kù)區(qū)蒸發(fā)、滲漏損失水量。

3.1 生態(tài)用水

設(shè)計(jì)流域的多年平均年徑流量為2 714.74萬(wàn)m3，生態(tài)用水按多年平均年徑流量的10%計(jì)，為271.44萬(wàn)m3，每月生態(tài)用水量22.62萬(wàn)m3。

3.2 蒸發(fā)損失

蒸發(fā)損失計(jì)算公式為：

式中：WE為年均蒸發(fā)水量（萬(wàn)m3）；E水為年均水面蒸發(fā)量（mm），查《手冊(cè)》取值1 923.5 mm；E陸為年均陸面蒸發(fā)量，為年降水與徑流差值（mm），取值572.74mm；α為換算系數(shù)，取0.6；F為年均水面面積（km2），取值0.16。

由式（1）計(jì)算，可得年蒸發(fā)損失量為9.30萬(wàn)m3。參考《手冊(cè)》中垣曲水文站各月水面蒸發(fā)量比例關(guān)系，對(duì)蒸發(fā)損失進(jìn)行月分配，分配結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 蒸發(fā)損失水量月分配萬(wàn)m3

3.3 滲漏損失

庫(kù)床為砂泥巖地層，地質(zhì)條件良好，無(wú)鄰谷滲漏，壩基壩肩均進(jìn)行防滲措施處理，每月滲漏損失水量按總蓄水量的1%計(jì)，則月滲漏損失為0.16萬(wàn)m3。

3.4 可引水量

各月來(lái)水量扣除生態(tài)用水、蒸發(fā)損失水量和滲漏損失水量后，若剩余水量比設(shè)計(jì)月引水量大，則按設(shè)計(jì)引水量引水；若剩余水量小于設(shè)計(jì)月引水量，則剩余水量即為可引水量。各保證率情況下，李家河引水工程可引水量見(jiàn)表5。

TV671；TV214

B

1004-7328（2016）06-0048-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.06.015

2016—07—28

柴海東（1990—），男，碩士，助理工程師，主要從事水資源論證與水土保持設(shè)計(jì)工作。