陜西佳縣上高寨鄉(xiāng)集中供水工程徑流量及取水可靠性分析

曹亮亮，劉調(diào)轉

（1.陜西省佳縣水利水電工作隊，陜西 佳縣 719000；2.陜西省佳縣水土保持工作隊，陜西 佳縣 719000）

上高寨鄉(xiāng)位于佳縣東北部，該地山高坡陡，溝壑縱橫，群眾居住較分散。目前該鄉(xiāng)共有32 個村9617 人，群眾飲水大多以自備大口井取地下水以分散式自給為主,西南部半山區(qū)農(nóng)村大多用塑料管道從山溝引用淺層滲水，取水困難，水量無法保證，枯水期經(jīng)常出現(xiàn)無水可用或水量不足的情況，嚴重影響村民生產(chǎn)生活。同時，這些地方的水源含氟量高、污染嚴重，若長期飲用，嚴重危害當?shù)剞r(nóng)民群眾身心健康，并制約村域經(jīng)濟發(fā)展。為了徹底解決上高寨鄉(xiāng)群眾吃水困難問題，規(guī)劃在禿尾河一級支流鹽溝上，建設鹽溝供水工程。為了確保供水工程科學建設，需對鹽溝徑流和來水情況進行論證分析。

1 降水徑流特性

禿尾河流域年徑流主要由大氣降水經(jīng)下墊面沙層調(diào)蓄形成基流后補充河槽，而降水則受大氣環(huán)流的影響，年徑流特性主要為：年降水徑流地區(qū)分布不均勻，雨季多暴雨發(fā)生。由于副高壓移動較大，冷空氣勢力強，暖空氣較弱，移動速度快，多為短歷時小面積暴雨；降水量年內(nèi)分配不均勻，本流域地處大陸腹部，汛期降水量大，6 月～9 月降水量占年降水量的75%以上，枯水期1 月～3 月、11 月～12 月5 個月降水量占年降水量的7.4%；年際變化大，最大年降水量為最小年降水量4 倍以上，年降水量變差系數(shù)Cv 值為0.34，而年徑流變差系數(shù)為0.26。禿尾河高家堡以上大多為沙漠區(qū)，河道徑流多以潛流形式匯集于河道，基流較為穩(wěn)定。鹽溝溝域全為蓋沙區(qū)，特殊的下墊面及地形致使其徑流在年際和年內(nèi)變化比較均勻。溝道徑流由地表徑流和涌泉補給。

2 參證站選定及年徑流計算

2.1 參證站確定

鹽溝供水工程位于禿尾河的支流鹽溝上。溝道內(nèi)無水文站，所以參考引用附近流域內(nèi)水文站實測資料，進行對比分析計算本區(qū)域內(nèi)的年徑流量，在項目區(qū)附近有高家堡水文站和韓家峁水文站。

高家堡水文站位于禿尾河中游，控制流域面積2095 km2，測站以上流域為風沙區(qū)以及風沙過渡區(qū)，地形地貌與鹽溝供水工程控制流域的地形地貌極為相似，距鹽溝供水工程16 km。韓家峁水文站位于海流兔河下游，控制面積2452 km2，是高家堡水文站的1.2 倍，該水文站控制的流域地形地貌與鹽溝供水工程控制流域地形地貌相差較大，且距鹽溝供水工程100 km，距離較遠。通過對比分析選擇高家堡水文站作為參證站。

2.2 參證站年徑流量計算

高家堡水文站有1967 年～2012 年共46 年的水文資料，下游高家川水文站是禿尾河的把口站。用下游高家川站水文站實測資料系列，采用上下游相關法對其進行延長，延長后的年徑流系列為1956 年～2012 年，共57 年。雖然資料系列符合水文分析計算資料系列不少于30 年的要求，但對總體而主，仍屬容量有限的樣本，因此對徑流系列的代表性進行分析。

2.2.1 系列豐、枯變化規(guī)律分析

采用年徑流量歷時關系圖分析。根據(jù)延長后的高家堡站的年徑流資料系列，繪制w～t 關系圖，見圖1。在57 年徑流系列中，特豐年有1967 年，年徑流量為4.627×108m3，為多年平均的1.6 倍，特枯年有2003 年，年徑流量僅有1.927×108m3，為多年平均徑流量的0.7 倍；平水年有1965 年、1966 年、1975 年、1976 年、2007 年，徑流量在2.814×108m3～2.977×108m3之間變化，接近多年平均值2.885×108m3；系列中有豐水年組1958年～1964 年，7 年平均徑流量3.891×108m3，1966 年～1974年，9 年平均徑流量為3.767×108m3，1977 年～1979 年，3 年平均徑流量為3.070×108m3；枯水年組有1980～2005 年，26 年平均徑流量為2.655×108m3，2008 年～2012 年，5 年平均徑流量為2.768×108m3。

采用差積曲線法。差積曲線的形式為∑（ki-1）～T，ki 為各年徑流量的模比系數(shù)。高家堡站年徑流差積曲線單峰型，詳見圖2。從圖2 看，1956 年～2012 年，為一個豐枯變化周期。57 年徑流系列中包含一個完整的豐枯變化周期。

2.2.2 統(tǒng)計參數(shù)穩(wěn)定性分析

正時序和逆時序累加計算年徑流量平均值和變差系數(shù)Cv值，并點繪W～T、Cv～T 關系圖，見圖3。累計年徑流量均值，正時序計算呈遞減的趨勢，系列達50 年后，其值在2.896～2.885間，逆時序計算呈遞增趨勢，系列達55 年后，其值在2.883～2.885 間，趨于穩(wěn)定。Cv 值，正序計算，當n 大于40 年時，在0.25～0.27 之間；逆時序計算，當n 大于54 年時，在0.25～0.26之間。隨年數(shù)增加，Cv 值愈趨于穩(wěn)定。

通過上述分析，可知高家堡水文站1956 年～2012 年徑流系列具有較好的代表性。

圖1 禿尾河高家堡站逐年徑流量關系圖

圖2 禿尾河高家堡站逐年徑流量差積曲線

圖3 禿尾河高家堡站累計徑流量平均值、Cv 變化圖

2.3 參證站年徑流計算

高家堡水文站有1967 年～2012 年46 年實測水文資料，下游高家川水文站具有1956 年～2012 年57 年完整的實測水文資料，根據(jù)高家堡與高家川同期年徑流量相關計算，插補得高家堡1956 年～1966 年年徑流量，利用插補后高家堡站1956 年～2012 年57 年徑流量資料進行頻率計算，采用武水頻率計算軟件進行分析計算，得高家堡站年均徑流量為2.885×108m3。

3 鹽溝供水工程年徑流計算

經(jīng)實地勘察，鹽溝供水工程壩址以上來水由溝道地表水和泉水補給兩部分組成。溝道地表水年徑流量計算，以高家堡站為參證站，采用水文比擬法進行分析計算，泉水補給量根據(jù)實測資料進行計算。

3.1 鹽溝溝地表徑流量

鹽溝溝為禿尾河的一級支流，且在高家堡水文站上游，距高家堡水文站的直線距離為16 km，壩址以上集水面積5.6 km2，項目供水保證率為95%。根據(jù)高家堡站年徑流量頻率計算結果，95%年徑流量為1.985×108m3，高家堡集水面積2095 km2。由于鹽溝供水工程距高家堡站很近，所以不考慮降水量因素，只考慮面積差異，計算得比擬系數(shù)為0.0027，則鹽溝供水工程壩址處95%來水量為53.60×104m3。

3.2 泉水補給量

由于特殊地形地貌，鹽溝溝道內(nèi)泉域涌水量較為充沛，地礦部九○八水文地質(zhì)大隊在此曾做過一年的水文觀察，鹽溝溝年平均泉水涌出量為0.59 m3/s，年平均來水量為1860×104m3。經(jīng)實測，鹽溝溝上游泉水涌出量為0.51 m3/s，結合調(diào)查當?shù)卮迕褡C實，鹽溝泉水涌出量很穩(wěn)定。本次論證取實測泉水涌出量作為95%泉水補給量，即泉水補給量為1610×104m3/a。

經(jīng)以上分析，鹽溝供水工程95%總來水量為1664×104m3/a。

4 鹽溝供水工程來水量年內(nèi)分配

鹽溝供水工程來水由地表徑流和涌泉兩部分組成，涌泉來水較穩(wěn)定，年內(nèi)分配均衡，地表徑流部分按高家堡站典型年進行分配，高家堡站1981 年年徑流量與95%年徑流量較接近，選擇該年作為典型年，計算出典型年各月徑流量占年徑流量的百分數(shù)，以此計算出鹽溝供水工程地表徑流的年內(nèi)分配，然后，加上各月涌泉量即為鹽溝供水工程來水量年內(nèi)分配。其成果見表1。

表1 鹽溝供水工程來水年內(nèi)分配成果表

5 取水可靠性分析

上高寨鄉(xiāng)集中供水工程取水水源為鹽溝供水工程，供水工程以上屬沙漠草灘區(qū)，地勢較平緩，兩岸地面高程一般在1170 m～1256 m，大部分為固定沙丘及小量平緩沙地，沙丘呈東北西南排列，一般高1 m～5 m。工程上游鹽溝溝域內(nèi)無人口居住，也無工礦企業(yè)和污染，經(jīng)化驗現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅱ類地表水，滿足飲用水要求。從水量來看，鹽溝溝域主要有涌泉補充，水量充沛且穩(wěn)定，年內(nèi)分配均勻，完全可以作為上高寨鄉(xiāng)集中供水工程水源地。

同時，該段河道地形開闊，地面平坦起伏較小，該處溝谷底部寬度40 m～50 m，地面高程1105 m～1108 m。根據(jù)地質(zhì)資料，顯示表部覆蓋層為（Q4al+pl）砂質(zhì)壤土，厚度2 m～4 m。稍密狀。承載力基本值為110 kPa。下部為侏羅系（J3a）砂巖及泥質(zhì)砂巖，呈弱風化，巖體較完整。飽和抗壓強度Rb=18.4 MPa 屬較軟巖,弱風化砂巖承載力基本值為500 kPa。壩址以上流域?qū)儆谏偕澈恿?，因此，該河流沖淤變化不大，河道縱斷面比較穩(wěn)定，對取水無影響。總體而言，項目取水是可靠的。

6 結語

為了確保鹽溝供水工程科學建設，采用高家堡水文站作為參證站，經(jīng)過資料的系列延長和穩(wěn)定性分析，用水文比擬法，根據(jù)參證站徑流量求出鹽溝供水工程徑流量，并對徑流的年內(nèi)分配和穩(wěn)定性進行探討計算，得出鹽溝水質(zhì)為Ⅱ類地表水，水質(zhì)良好，年均地表徑流為1664×104m3/a，項目取水安全可靠，為當?shù)剞r(nóng)村集中供水工程建設提供了科學依據(jù)。