引黃調(diào)蓄工程調(diào)蓄方案的可行性分析

邢欣偉

（河南浩潤(rùn)水利工程有限公司）

1 工程概況

1.1 建設(shè)背景

長(zhǎng)垣縣位于河南省東北部，屬國(guó)家糧食生產(chǎn)核心區(qū)。境內(nèi)有大功灌區(qū)和石頭莊灌區(qū)，由于黃河來(lái)水與農(nóng)業(yè)用水過(guò)程不匹配，加之小浪底水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)河床下切，口門(mén)引水能力下降，致使大功灌區(qū)和石頭莊灌區(qū)的下游1.20×104hm2耕地不能適時(shí)灌溉，水資源供需矛盾日益突出。為了緩解下游灌區(qū)水資源供需矛盾的問(wèn)題，長(zhǎng)垣縣規(guī)劃通過(guò)已建的大車集引水閘引天然文巖渠地表水來(lái)解決。由于天然文巖渠年際年內(nèi)徑流變化比較大，引水保證程度低，長(zhǎng)垣縣在石頭莊處修建了天然文巖渠橡膠壩。通過(guò)橡膠壩工程的調(diào)蓄，初步改善了大車集引水閘的引水條件。但是，由于灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水過(guò)程與大車集閘可引水過(guò)程不匹配，石頭莊灌區(qū)下游的0.53×104hm2耕地仍不能適時(shí)灌溉，需通過(guò)新建三善園調(diào)蓄工程來(lái)緩解。

1.2 建設(shè)地點(diǎn)及規(guī)模

長(zhǎng)垣縣三善園引黃調(diào)蓄工程位于長(zhǎng)垣縣南部的三善園辦事處。引黃調(diào)蓄工程由調(diào)蓄工程、引水工程、供水工程三部分組成。

1.2.1 調(diào)蓄工程

調(diào)蓄工程任務(wù)將引入的高峰流量調(diào)蓄后適時(shí)排出。調(diào)蓄池設(shè)計(jì)總調(diào)蓄庫(kù)容為1×106m3，死庫(kù)容為1×105m3，總庫(kù)容為1.10×106m3。工程正常調(diào)蓄水位61.80 m時(shí)面積為36.50 hm2，水深3.10 m。

1.2.2 引水工程

引水工程任務(wù)將水源水輸送到蓄水池。大車總干渠控制面積1.20×104hm2（大功灌區(qū)6.70×10-5hm2，石頭莊灌區(qū)5.30×10-5hm2），年引天然文巖渠水總量為2.11 億m3，其中直接引用量為1 784 萬(wàn)m3，調(diào)蓄引用量為3.22×106m3。最大引水流量為7.12 m3/s。此次引水渠工程建設(shè)維持原規(guī)模，即大車集引水閘和引水渠設(shè)計(jì)引水流量10.00 m3/s。

1.2.3 供水工程

供水工程任務(wù)將調(diào)蓄池水輸送到灌區(qū)渠道，調(diào)蓄工程供水渠設(shè)計(jì)流量按照調(diào)蓄池出水過(guò)程的最大流量確定，調(diào)蓄池最大供水量為84.80×104m3，引水量及引水流量較小，為了減少輸水損耗和提高灌溉效率，適當(dāng)縮短次灌水時(shí)間至5-7 d，輸水渠道設(shè)計(jì)流量為1.50 m3/s。

2 依據(jù)的資料及分析方法

2.1 依據(jù)的資料

搜集大車集水文站的37 a 實(shí)測(cè)徑流量資料。大車集水文站位于封丘縣和長(zhǎng)垣縣交界處的大車集村，水文站水文監(jiān)測(cè)年限較長(zhǎng)，且大車集閘與該水文站之間無(wú)支流匯入，也無(wú)其它取水工程，水文測(cè)驗(yàn)資料可基本反映取水河段（天然文巖渠）的水文狀況。因此選用該水文站的長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析依據(jù)可靠。

2.2 分析方法

通過(guò)分析大車集水文站不同保證率下的來(lái)水量、用水量，并結(jié)合大車引水閘引水能力、工程輸水、調(diào)蓄能力，計(jì)算天然文巖渠干流通過(guò)大車閘本工程的可供水量，從而進(jìn)行調(diào)蓄計(jì)算，從水量角度分析項(xiàng)目水源的可行性。

3 水資源供需平衡分析

3.1 來(lái)水量分析

從2008年開(kāi)始，天然文巖渠開(kāi)始進(jìn)行河道治理，因而08年和09年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)不完整，不予采用，另2007年僅有9個(gè)月實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，亦不予采用。這里依據(jù)1970-2006年共37 a的實(shí)測(cè)流量系列資料進(jìn)行設(shè)計(jì)年徑流量的分析計(jì)算。

根據(jù)徑流系列數(shù)據(jù)，采用P-Ⅲ型曲線對(duì)選用大車集水文站實(shí)測(cè)徑流資料進(jìn)行分析、適線，根據(jù)點(diǎn)線配情況確定最后采用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。考慮引水最為關(guān)注的是枯水時(shí)段的來(lái)水保證率情況，適線時(shí)適當(dāng)照顧小流量數(shù)據(jù)，取Cv=0.51，Cs=2Cv，則P=50%年徑流量4.02×108m3，對(duì)應(yīng)流量12.80 m3/s。天然文巖渠不同頻率條件下設(shè)計(jì)徑流見(jiàn)表1，P-Ⅲ頻率曲線圖見(jiàn)圖1。

表1 天然文巖渠不同設(shè)計(jì)頻率年徑流參數(shù)表

圖1 天然文巖渠大車集水文站年徑流量頻率曲線圖

天然文巖渠徑流量連續(xù)最大4 個(gè)月在6-9 月，6-9 月徑流量占全年徑流量的81.04%，其中7-9月的徑流量占年徑流量的比例就達(dá)67.13%。最小月徑流量多發(fā)生在1 月或12 月，最大月徑流量多發(fā)生在8 月，個(gè)別年份會(huì)出現(xiàn)月徑流斷流情況，詳見(jiàn)表2。

3.2 可供水量分析

3.2.1 大車集閘可引水量分析

3.2.1.1 大車閘閘前水位—可引流量關(guān)系

大車閘址位于黃河大堤1+910處，于1984年建設(shè)水閘為前置式1 孔鋼筋混凝土平板閘門(mén)，螺桿式啟閉設(shè)備，穿黃河大堤鋼筋混凝土箱式涵洞，洞身全長(zhǎng)90.00 m，分九節(jié)設(shè)置。

大車集閘進(jìn)口底板高61.98 m，設(shè)計(jì)水位63.98 m，最高運(yùn)行水位66.48 m，涵洞出口底板高61.53 m，經(jīng)消能防沖后進(jìn)入大車引水渠。

對(duì)大車集引水閘進(jìn)行水力計(jì)算，得出大車集引水閘閘前水位與引水閘可引流量關(guān)系見(jiàn)表2。關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。

3.2.1.2 石頭莊橡膠壩水位—庫(kù)容關(guān)系

天然文巖渠大車集引水口下游約20.00 km 處建有石頭莊橡膠壩，橡膠壩壩頂高程64.00 m，對(duì)應(yīng)壩前水深3.00 m，壩址河底高程61.00 m，堤頂高程68.27 m。

根據(jù)大車集至橡膠壩址處天然文巖渠河道斷面形式結(jié)合橡膠壩頂高程，得橡膠壩滿庫(kù)總庫(kù)容為5.29×106m3，調(diào)蓄庫(kù)容為4.81×106m3，橡膠壩前水位—庫(kù)容關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。

表2 天然文巖渠設(shè)計(jì)徑流年內(nèi)分配表（P=50%）

表3 引水閘閘前水位—可引流量關(guān)系表

圖2 大車閘閘前水位—可引流量關(guān)系曲線圖

3.2.1.3 橡膠壩前水位—大車集閘前水位關(guān)系

圖3 橡膠壩前水位—庫(kù)容關(guān)系曲線圖

大車集閘前水位根據(jù)橡膠壩前水位進(jìn)行回水計(jì)算分析，橡膠壩前水位—大車集閘前水位關(guān)系曲線見(jiàn)圖4。

圖4 橡膠壩前水位—大車集閘前水位關(guān)系曲線圖

3.2.1.4 大車集閘可引水量

根據(jù)上述，由大車閘閘前水位—可引流量關(guān)系、石頭莊橡膠壩水位—庫(kù)容關(guān)系、橡膠壩前水位—大車集閘前水位關(guān)系可知，大車集引水渠最大可引能力10 m3/s，橡膠壩運(yùn)用形式為非洪水時(shí)充壩蓄水，洪水時(shí)相機(jī)塌壩泄洪。根據(jù)橡膠壩的運(yùn)用形式、天然文巖渠P=50%平水年來(lái)水過(guò)程及前述圖2、3、4，可得到大車集閘P=50%平水年年可引水總量為2.58 億m3，計(jì)算過(guò)程略。

3.3 興利調(diào)節(jié)計(jì)算

三善園引黃調(diào)蓄工程通過(guò)大車集閘引水，經(jīng)已建大車引水渠、二干截滲溝、何寨溝、何寨支溝及新建引水渠引水入池，大車集閘及大車引水渠均為大功灌區(qū)設(shè)施，由于三善園引黃調(diào)蓄工程為調(diào)節(jié)使用，故蓄水時(shí)段與大車灌區(qū)用水時(shí)間并不矛盾，可相機(jī)調(diào)節(jié)使用。因此，調(diào)蓄工程調(diào)蓄時(shí)間需與灌區(qū)農(nóng)業(yè)需水情況及天然文巖渠來(lái)水過(guò)程相匹配。根據(jù)三善園引黃調(diào)蓄工程供水工程布置情況對(duì)三善園引黃調(diào)蓄工程以旬為調(diào)蓄計(jì)算時(shí)段進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，結(jié)果詳見(jiàn)表4。

表4 調(diào)蓄工程調(diào)蓄計(jì)算情況表（P=50%） 單位：104 m3

根據(jù)調(diào)蓄計(jì)算表可知，調(diào)蓄工程運(yùn)行后，一年取水5次，每次引水歷時(shí)3-5 d，引水安排在非灌溉用水期相機(jī)引水，年引水總量為3.22×106m3。調(diào)蓄工程單次最大引水量為9.10×105m3，最大引水流量為7.12 m3/s，大車集閘取水口設(shè)計(jì)流量完全能夠滿足工程正常引水。調(diào)蓄工程最大充水庫(kù)容9.99×106m3（4月份上旬），所以工程設(shè)計(jì)調(diào)蓄庫(kù)容1×106m3、總庫(kù)容1.10×106m3是滿足供水需求的。因此，三善園引黃調(diào)蓄工程引、供水方案可行。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析，三善園引黃調(diào)蓄工程在50%保證率的情況下，引水量扣除直接供給灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水量，水量仍有很大剩余。再者蓄水工程建成后，其取水時(shí)間安排在非灌溉時(shí)期相機(jī)引水，取水過(guò)程不矛盾，取水保證率較高。因此，三善園調(diào)蓄工程取水水源可靠，調(diào)蓄方案合理，項(xiàng)目建設(shè)可行。