無資料區域跨省河流界斷面控制斷面生態需水量分析

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，發源于榆林市定邊縣白宇山南麓王盤山鄉石澇溝，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)，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，降水量大于600 mm。洛河中上游，是降水低值區，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，山區多、平原少，屬資源型缺水區。徑流年內分配和降水的年內分配關系十分密切。

1.2 社經概況

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；流域內大部分地區光熱資源充足，是我國主要的糧食及果業基地，上游地區蘊藏著豐富的石油礦產，已探明石油地質儲量5.8億t，中游地區煤炭資源十分豐富，屬陜西省主要產煤區渭北黑腰帶的重要組成部分，分布著蒲白、澄合、黃陵等礦區。截至2010年底，流域內總人口297.40萬人，其中農業人口197.37萬人，非農業人口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。其中第一產業增加值71.31億元，第二產業增加值308.69億元，第三產業增加值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，葫蘆河發源于甘肅省華池縣川家岔，流經合水縣，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，根據最嚴格水資源管理制度要求，《陜西省渭河流域水文監測能力體系規劃》[2]在陜、甘界張家灣鎮楊家灣村規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調與管理的要求。

3 控制斷面生態需水量分析確定

3.1 分析方法

北洛河支流葫蘆河流域主要地貌為山區，流域內有橋山林區，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，保證上游入境生態水量是該工程發揮正常功能的基本條件。

為保證張村驛斷面的河道生態需水量，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需水量時，采用先推求張村驛站生態需水量，再采用地區經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需水量值。

3.2 地區經驗公式法

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

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(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為經驗系數，取值見表1。

表1 日平均流量經驗式計算參數表

依據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,即為楊家灣生態基流量；楊家灣生態需水量為2680萬m3，非汛期生態需水量為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；張村驛斷面以上區域水文氣象地質地貌條件相近，均為黃土林區；下墊面條件及產匯流條件亦相似。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，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基流量為0.60 m3/s，非汛期生態需水量為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計表

3.3.3 面積比擬法生態需水量推求

采用面積比擬法，對張村驛水文站生態基流與生態需水量按兩站集水面積進行轉換從而得到楊家灣站生態需水量。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；楊家灣斷面生態基流量為0.30 m3/s，非汛期生態需水量為630萬m3；汛期洪水及沖沙用水2690萬m3。

3.4 生態需水量綜合分析確定

地區經驗公式與面積比擬法兩種方法計算的生態基流分別為0.29 m3/s、0.30 m3/s，地區經驗公式成果偏小3.33%，相差在5%以內，兩者基本一致。地區經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，地區經驗公式成果偏小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考慮，采用面積比擬法成果為楊家灣控制斷面生態需水量成果。

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

4 結語

（1）選取規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，用其生態需水量作為入陜控制生態水量，能夠滿足當前執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需水量采用經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需水量3320萬m3，生態基流量采用0.30 m3/s，非汛期生態需水量為630萬m3，成果具有一定精度，可供水量調度與生態治理有關部門參考。

（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。