無資料區(qū)域跨省河流界斷面控制斷面生態(tài)需水量分析

張 英 ，石長偉 ，張廣林

(1.陜西水利水電工程集團有限公司，陜西 西安 710086；2.陜西省江河水庫管理局，陜西 西安 710018；3.陜西省河流工程技術研究中心，陜西 西安 710018)

1 流域概況

1.1 自然概況

北洛河屬黃河流域，為黃河二級支流，發(fā)源于榆林市定邊縣白宇山南麓王盤山鄉(xiāng)石澇溝，在大荔縣東南三河口注入渭河，流域地跨陜、甘兩省，共涉及19個縣(區(qū))，中游支流葫蘆河上游伸入甘肅的華池、合水兩縣。河流全長680.3 km，平均比降1.79‰，其中上游平均比降為2.51‰，下游平均比降為1.34‰，總落差達1175 m；總流域面積26905 km2，其中陜西省境內流域面積24575 km2，占91.34%[1]，甘肅境內流域面積2330 km2，占8.66%，北洛河支流眾多，流域面積在1000 km2以上的較大支流有葫蘆河、沮河、周水河3條。

流域降水的地域分布差異較大，總的變化趨勢為山區(qū)大于平原，自東南向西北遞減，平原以北的北山抬升地形，形成黃龍山、子午嶺兩個關中與陜北過渡帶的降水高值區(qū)，降水量大于600 mm。洛河中上游，是降水低值區(qū)，降水量在400 mm～500 mm之間。流域降水量年際變化大，年內分配不均。地表徑流分布與降水基本一致，總的趨勢是由東南向西北遞減，山區(qū)多、平原少，屬資源型缺水區(qū)。徑流年內分配和降水的年內分配關系十分密切。

1.2 社經(jīng)概況

北洛河流域為典型的大陸性季風氣候，陜北部分為溫帶半干旱區(qū)；流域內大部分地區(qū)光熱資源充足，是我國主要的糧食及果業(yè)基地，上游地區(qū)蘊藏著豐富的石油礦產(chǎn)，已探明石油地質儲量5.8億t，中游地區(qū)煤炭資源十分豐富，屬陜西省主要產(chǎn)煤區(qū)渭北黑腰帶的重要組成部分，分布著蒲白、澄合、黃陵等礦區(qū)。截至2010年底，流域內總人口297.40萬人，其中農業(yè)人口197.37萬人，非農業(yè)人口100.03萬人；總耕地433.02萬畝，其中川臺及塬地293.65萬畝，山坡地139.37萬畝。流域內GDP519.83億元，人均GDP1.75萬元。其中第一產(chǎn)業(yè)增加值71.31億元，第二產(chǎn)業(yè)增加值308.69億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值139.82億元。

2 入境控制斷面的選擇

陜西省北洛河流域的入境河流為支流葫蘆河，葫蘆河發(fā)源于甘肅省華池縣川家岔，流經(jīng)合水縣，入陜西富縣、黃陵，抵咀頭入洛河，河流全長235.3 km，流域面積5449 km2，平均比降2.4‰；其中，甘肅境內、陜西省境內流域面積分別為2330 km2、3119 km2，分別占葫蘆河流域面積的42.8%、57.2%。

由于目前葫蘆河在陜、甘界無水文站，根據(jù)最嚴格水資源管理制度要求，《陜西省渭河流域水文監(jiān)測能力體系規(guī)劃》[2]在陜、甘界張家灣鎮(zhèn)楊家灣村規(guī)劃新設入境控制楊家灣水文站，控制集水面積2330 km2，包括葫蘆河甘肅省境內全部。由于該水文站控制了北洛河陜西以外的流域面積，其建設已列入規(guī)劃，目前正在逐步實施；因此，選擇葫蘆河楊家灣水文站作為北洛河入境控制斷面，能夠滿足日常省際水量協(xié)調與管理的要求。

3 控制斷面生態(tài)需水量分析確定

3.1 分析方法

北洛河支流葫蘆河流域主要地貌為山區(qū)，流域內有橋山林區(qū)，植被茂密，河水清澈，年徑流量1.8億m3，年輸沙量僅為69萬t，水含沙僅有3 kg/m3；流域上已建水庫兩座，蓄水能力500萬m3，灌溉面積6000畝,規(guī)劃中甘肅境內無新建水源工程；北洛河流域(葫蘆河)多年平均入境水量0.532億m3。葫蘆河水質比較好，全年平均全都是Ⅲ類水質河段,是北洛河開發(fā)的重點；下游陜西境內將建設南溝門水庫與引干入支重點水源工程，保證上游入境生態(tài)水量是該工程發(fā)揮正常功能的基本條件。

為保證張村驛斷面的河道生態(tài)需水量，楊家灣入境斷面必需保持一定的水量。因此，本次在推求楊家灣水文站生態(tài)需水量時，采用先推求張村驛站生態(tài)需水量，再采用地區(qū)經(jīng)驗公式與按面積比擬法進行綜合分析得出楊家灣站的生態(tài)需水量值。

3.2 地區(qū)經(jīng)驗公式法

根據(jù)本計算區(qū)域洪水資料綜合分析并參考《延安地區(qū)實用水文手冊》，采用文獻[3]中的公式，計算楊家灣生態(tài)流量。

90%年徑流采用下式計算：

式中：Wp為徑流量，m3；Kp為某頻率模比系數(shù)(查附錄二)；Y均多年平均徑流深，mm；F為流域面積，km2。

從文獻 [3]查得葫蘆河流域平均徑流深27 mm，Cv=0.52，Kp=0.48，計算得楊家灣控制斷面90%枯水年徑流量2680萬m3。

生態(tài)基流量采用下式計算：

式中：Qp為某設計保證率日平均流，m3/s；F為流域面積，km2；Cp為經(jīng)驗系數(shù)，取值見表1。

表1 日平均流量經(jīng)驗式計算參數(shù)表

依據(jù)楊家灣斷面集水面積，可求得楊家灣斷面90%頻率日均流量為0.29 m3/s,即為楊家灣生態(tài)基流量；楊家灣生態(tài)需水量為2680萬m3，非汛期生態(tài)需水量為610萬m3，汛期洪水及沖沙用水2070萬m3。

3.3 面積比擬法

3.3.1 面積比擬法適用性分析

支流葫蘆河水量較大，且水質較好，含沙量小，張村驛年均流量3.69 m3/s，徑流量1.16億m3，多年平均輸沙量為121萬t；張村驛斷面以上區(qū)域水文氣象地質地貌條件相近，均為黃土林區(qū)；下墊面條件及產(chǎn)匯流條件亦相似。因此，可以以張村驛水文站為參證站進行面積比擬，推求楊家灣斷面生態(tài)需水量。

3.3.2 參證站張村驛站基本情況

葫蘆河控制站為張村驛站，位于陜西省富縣張村驛鎮(zhèn)，距陜甘省界約70 km，1952年7月由西北黃河工程局設為水位站，1956年改為水文站，1958年1月基本斷面向上遷移2.5 km為張村驛（二）站，1962年停測，1963年4月恢復觀測，1964年由陜西省水文局管理。張村驛站控制集水面積4715 km2，占葫蘆河總面積的86.5%[4]。

1956年～2000年資料系列，張村驛站各級頻率年徑流量成果[5]見表2，90%、95%枯水水平張村驛斷面年徑流量分別為6710萬m3、5920萬m3；汛期徑流占年徑流量的46%，徑流極值變化不大。1990年以來，張村驛站徑流量較多年均值減少了14.0%。

利用Tennant法[6]計算張村驛斷面生態(tài)基流量為0.60 m3/s，非汛期生態(tài)需水量為1250萬m3。

表2 北洛河支流葫蘆河張村驛水文站天然徑流量主要特征值統(tǒng)計表

3.3.3 面積比擬法生態(tài)需水量推求

采用面積比擬法，對張村驛水文站生態(tài)基流與生態(tài)需水量按兩站集水面積進行轉換從而得到楊家灣站生態(tài)需水量。黃委會設計院通過部分資料分析得出[7]：黃河中游地區(qū)雖然自然條件、水文暴雨、洪水特性有較大差異，但設計徑流量與流域面積關系的變化梯度基本一致。

把有關數(shù)值代入上式可求得：楊家灣斷面90%枯水水平年徑流量為3320萬m3；楊家灣斷面生態(tài)基流量為0.30 m3/s，非汛期生態(tài)需水量為630萬m3；汛期洪水及沖沙用水2690萬m3。

3.4 生態(tài)需水量綜合分析確定

地區(qū)經(jīng)驗公式與面積比擬法兩種方法計算的生態(tài)基流分別為0.29 m3/s、0.30 m3/s，地區(qū)經(jīng)驗公式成果偏小3.33%，相差在5%以內，兩者基本一致。地區(qū)經(jīng)驗公式與面積比擬法兩種方法計算估算的楊家灣95%枯水徑流量為2680萬m3、3320萬m3，地區(qū)經(jīng)驗公式成果偏小19.3%，面積比擬法成果與北洛河其它水文站頻率分布較為一致；同時，從更為有利于保持生態(tài)考慮，采用面積比擬法成果為楊家灣控制斷面生態(tài)需水量成果。

綜上，北洛河楊家灣入境控制斷面生態(tài)需水量為3320萬m3，生態(tài)基流量采用0.30 m3/s，非汛期生態(tài)需水量為630萬m3。

4 結語

（1）選取規(guī)劃的葫蘆河楊家灣水文站作為北洛河入陜控制斷面是適宜的，用其生態(tài)需水量作為入陜控制生態(tài)水量，能夠滿足當前執(zhí)行最嚴格水資源管理制度的需要，是可行的。

（2）楊家灣斷面非汛期生態(tài)需水量采用經(jīng)驗公式與面積比擬法計算，綜合分析得出：楊家灣入控制斷面全年均生態(tài)需水量3320萬m3，生態(tài)基流量采用0.30 m3/s，非汛期生態(tài)需水量為630萬m3，成果具有一定精度，可供水量調度與生態(tài)治理有關部門參考。

（3）建議進一步加快北洛河陜、甘省界水量控制斷面楊家灣水文站建設步伐，在積累一定系列資料后對該斷面生態(tài)需水量進行更為深入的分析，以便更好地為北洛河水量管理與調度管理服務。