汾河流域中游核心區(qū)干流蓄水工程水量平衡分析

崔瑞紅

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

汾河流域中游核心區(qū)干流蓄水工程水量平衡分析

崔瑞紅

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

汾河中游核心區(qū)干流蓄水工程是汾河生態(tài)修復(fù)工程的一部分，工程在中游核心區(qū)干流上共布設(shè)蓄水閘壩15座，由于蒸發(fā)和滲漏兩方面的原因，必將使蓄水池水面水位下降。為確保蓄水池正常運(yùn)行，必須經(jīng)常向蓄水池補(bǔ)充水量，通過(guò)水量平衡分析，論證了工程建設(shè)的可行性。

干流蓄水工程；水量平衡分析；汾河流域

1 工程概況

汾河發(fā)源于寧武縣東寨鎮(zhèn)管涔山脈樓子山下水母洞，與周?chē)凝堁廴?、象頂石支流匯流成河，干流自北向南縱貫太原、臨汾兩大盆地，至運(yùn)城新絳縣境急轉(zhuǎn)西行，于萬(wàn)榮縣榮河鎮(zhèn)廟前村附近匯入黃河。汾河按其自然特征，分為上游、中游、下游三段，太原市尖草坪區(qū)蘭村以上為上游河段，蘭村至洪洞石灘為中游河段，石灘至入黃口為下游河段。

汾河流域生態(tài)修復(fù)中游核心區(qū)堤內(nèi)蓄水工程主要任務(wù)為通過(guò)在河道內(nèi)設(shè)置蓄水閘壩，抬高河道水位，攔蓄洪水，為堤外蓄水濕地提供水源，同時(shí)河道內(nèi)形成蓄水水面，增補(bǔ)地下水，改善周邊生態(tài)環(huán)境，再現(xiàn)大河風(fēng)光。在中游核心區(qū)干流上共布設(shè)蓄水閘壩15座，總長(zhǎng)度3 876 m，總蓄水面積16.17 km2，總蓄水量1737萬(wàn)m3。在河堤上修建穿堤建筑物、連通堤、內(nèi)外濕地，共修建進(jìn)水閘23座，退水閘14座。

2 可供水量分析

可用于補(bǔ)充核心區(qū)水面、濕地的水量主要有汾河當(dāng)?shù)氐乇韽搅鳌U污水處理回用和萬(wàn)家寨引黃南干線汾河生態(tài)補(bǔ)水三部分。

2.1 當(dāng)?shù)氐乇韽搅?/p>

工程位于汾河太原以下段汾河二壩至三壩之間。上游來(lái)水直接采用汾河二壩實(shí)測(cè)徑流，實(shí)測(cè)徑流各頻率年內(nèi)分配見(jiàn)表1。通過(guò)表1可知：工程當(dāng)?shù)氐乇韽搅鳎ǚ诤佣螌?shí)測(cè)徑流）P=25%時(shí)為2.76億m3，P=50%時(shí)為1.27億m3，P=75%時(shí)為0.68億m3。

2.2 萬(wàn)家寨引黃工程南干線引水

萬(wàn)家寨引黃南干線工程設(shè)計(jì)規(guī)模6.4億m3，現(xiàn)狀規(guī)模3.2億m3。根據(jù)《關(guān)于印發(fā)汾河流域生態(tài)環(huán)境治理修復(fù)與保護(hù)工程方案的通知》，批準(zhǔn)年使用萬(wàn)家寨引黃水1億～1.5億m3進(jìn)行汾河生態(tài)補(bǔ)水。《汾河流域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃》中，萬(wàn)家寨引黃南干工程向河道內(nèi)生態(tài)補(bǔ)水配置水量為1.46億m3。

表1 汾河二壩站實(shí)測(cè)徑流各典型年份年內(nèi)分配表

2.3 處理污水回用

規(guī)劃水平年2020年全流域污水排放量5.78億m3，回歸水量3.65億m3，其中中游區(qū)處理污水回用量1.34億m3；2030年污水排放量6.36億m3，回歸水量3.90億m3，其中中游處理污水回用量1.49億m3。

總之，生態(tài)補(bǔ)水與回用污水比較穩(wěn)定，地表徑流隨時(shí)間變化較大。

3 水面濕地補(bǔ)充水量分析計(jì)算

工程規(guī)劃堤內(nèi)蓄水區(qū)共布置新建蓄水閘壩15座，蓄水面積16.17 km2，蓄水量1 737萬(wàn)m3。由于蒸發(fā)和滲漏兩方面的原因，必將使水面水位下降。為保證蓄水池正常運(yùn)行，應(yīng)經(jīng)常向蓄水池補(bǔ)充水量，補(bǔ)充水量包括蒸發(fā)損失補(bǔ)水和滲漏損失補(bǔ)水兩部分。

3.1 滲漏補(bǔ)水量

地下水入滲量根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料和現(xiàn)有工程實(shí)際滲漏量估算。

據(jù)2015年山西省對(duì)汾河干流中下游八段濕地蓄水區(qū)的地質(zhì)勘察資料，汾河干流太原盆地和臨汾盆地河道地層巖性主要由第四系全新統(tǒng)洪沖積低液限粉（黏）土與級(jí)配不良砂互層組成，層中局部夾含細(xì)粒土砂、粉土質(zhì)砂透鏡體。依據(jù)勘察資料，低液限粉土滲透系數(shù)0.03～0.12 m/d，為弱—中等透水層；級(jí)配不良砂滲透系數(shù)0.30～4.09 m/d，為中—強(qiáng)透水層。雖然各個(gè)濕地蓄水區(qū)的地層巖性比較相似，但地層結(jié)構(gòu)不同，形成了不同的入滲條件。

根據(jù)不同的入滲條件，對(duì)各個(gè)濕地蓄水區(qū)建成后入滲量進(jìn)行大概估算，估算入滲量可提供參考。估算時(shí)在不考慮濕地蓄水區(qū)庫(kù)水飽和性入滲情況下，將濕地蓄水區(qū)堤岸作為均質(zhì)壩體考慮，池水通過(guò)壩基向四周入滲，針對(duì)壩基地層結(jié)構(gòu)選用了以下幾種計(jì)算公式進(jìn)行估算。

文水縣楊樂(lè)堡、朱家堡及臨汾市堯都區(qū)邰村濕地蓄水區(qū)上部為厚層低液限粉土或級(jí)配不良砂層，透水層屬單層均質(zhì)透水層，有限深、平底、層流，濕地蓄水區(qū)滲透流量選用《供水水文地質(zhì)手冊(cè)》公式計(jì)算：

介休市北辛武濕地蓄水區(qū)為厚層低液限粉（黏）土層，夾級(jí)配不良砂透鏡體，為單層均質(zhì)透水層，無(wú)限深，壩底為平面，濕地蓄水區(qū)滲透流量選用《水利水電工程地質(zhì)手冊(cè)》壩基滲流公式計(jì)算：

清徐縣韓武和運(yùn)城市稷山縣段濕地蓄水區(qū)表層均為薄層低液限粉土層，中部為厚層級(jí)配不良砂層，下部為低液限黏土相對(duì)隔水層，透水層屬于雙層結(jié)構(gòu)（M1

式中：Q——堤基滲透流量，m3/d；

B——計(jì)算損失量的堤區(qū)長(zhǎng)度，m；

K——滲透系數(shù)，m/d；

H——正常蓄水位時(shí)堤內(nèi)外的水位差，m；

k1，k2——壩基下不同透水層的滲透系數(shù)，m/d；

L——堤基寬度，m；

t，h——上層及下層的厚度，m。

估算成果表明，由于地層巖性結(jié)構(gòu)的不同，各個(gè)濕地蓄水區(qū)的入滲量與面積沒(méi)有明顯的比例關(guān)系，所估算的濕地蓄水區(qū)單位面積入滲量在35.2～468.6 m3之間，單位面積平均入滲量為118.8萬(wàn)m3。

根據(jù)資料，世泰湖位于文水縣劉胡蘭鎮(zhèn)王家堡村，汾河西岸，占地面積73.33 hm2，其中水域面積53.33 hm2，水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘6.67 hm2，初步形成一個(gè)集蓄水灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖、濕地保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)，休閑農(nóng)業(yè)、旅游度假為一體的省級(jí)水利風(fēng)景區(qū)。目前該湖總蓄水量達(dá)150萬(wàn)m3，每年用汾河水補(bǔ)充蓄水80萬(wàn)m3，入滲補(bǔ)充地下水56萬(wàn)m3。按水域和魚(yú)塘面積60 hm2計(jì)算，單位面積補(bǔ)充地下水量為92.5萬(wàn)m3，介于理論計(jì)算值范圍內(nèi)。

本次設(shè)計(jì)地下水入滲量采用位于工程區(qū)范圍內(nèi)已建成的世泰湖實(shí)際入滲強(qiáng)度單位面積補(bǔ)充地下水量92.5萬(wàn)m3計(jì)算，堤內(nèi)蓄水區(qū)滲漏量1 495.7萬(wàn)m3，堤外濕地滲漏量2 518.78萬(wàn)m3。

3.2 蒸發(fā)補(bǔ)水量

蒸發(fā)損失采用平遙站的附加蒸發(fā)深，全年附加蒸發(fā)為676.1 mm。堤內(nèi)水面年蒸發(fā)補(bǔ)水量為蒸發(fā)補(bǔ)水深乘以水面面積，補(bǔ)水量為1 094萬(wàn)m3。

4 水量平衡成果分析

綜上所述，上游水源除徑流外，尚有1.46億m3的萬(wàn)家寨引黃生態(tài)補(bǔ)水量，以及2020年規(guī)劃水平年1.34億m3的處理污水回用量。典型年P(guān)=75%，P=50%和P=25%的水量平衡分析見(jiàn)表2至表4。

從表2至表4水量平衡結(jié)果分析可知，堤內(nèi)月最大需補(bǔ)水量為341.3萬(wàn)m3，南干線生態(tài)補(bǔ)水加處理污水月回用量為2 378萬(wàn)m3，可滿足堤內(nèi)需水量。堤外月最大需補(bǔ)水量為574.7萬(wàn)m3，南干線生態(tài)補(bǔ)水加處理污水月回用量除補(bǔ)堤內(nèi)需水外，尚余2037萬(wàn)m3。因此，未來(lái)堤外濕地建成后，南干線加污水處理回用可滿足堤內(nèi)外需補(bǔ)水量。

5 結(jié)論

可靠的補(bǔ)水水源和水量，可保證蓄水池的正常運(yùn)行。汾河中游核心區(qū)干流蓄水工程共修建15座閘壩，補(bǔ)水水源有當(dāng)?shù)氐乇韽搅?、引黃水、中水三部分，通過(guò)水量平衡分析，本工程可利用水量滿足蒸發(fā)和滲漏補(bǔ)水要求，從水平衡角度確定了工程建設(shè)的可行性。

表2 平遙站附加蒸發(fā)深 單位：mm

表3 P=25%典型年水量平衡表 單位：萬(wàn)m3，km2

表4 P=50%典型年水量平衡表 單位：萬(wàn)m3，km2

表5 P=75%典型年水量平衡表 單位：萬(wàn)m3，km2

P333.1

C

1004-7042（2017）01-0030-03

崔瑞紅（1982-），女，2007年畢業(yè)于河海大學(xué)水文學(xué)及水資源專(zhuān)業(yè)，工程師。

2016-11-08；

2016-12-19