引黃調蓄工程調蓄方案的可行性分析

邢欣偉

（河南浩潤水利工程有限公司）

1 工程概況

1.1 建設背景

長垣縣位于河南省東北部，屬國家糧食生產核心區。境內有大功灌區和石頭莊灌區，由于黃河來水與農業用水過程不匹配，加之小浪底水庫運行以來河床下切，口門引水能力下降，致使大功灌區和石頭莊灌區的下游1.20×104hm2耕地不能適時灌溉，水資源供需矛盾日益突出。為了緩解下游灌區水資源供需矛盾的問題，長垣縣規劃通過已建的大車集引水閘引天然文巖渠地表水來解決。由于天然文巖渠年際年內徑流變化比較大，引水保證程度低，長垣縣在石頭莊處修建了天然文巖渠橡膠壩。通過橡膠壩工程的調蓄，初步改善了大車集引水閘的引水條件。但是，由于灌區農業需水過程與大車集閘可引水過程不匹配，石頭莊灌區下游的0.53×104hm2耕地仍不能適時灌溉，需通過新建三善園調蓄工程來緩解。

1.2 建設地點及規模

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

1.2.1 調蓄工程

調蓄工程任務將引入的高峰流量調蓄后適時排出。調蓄池設計總調蓄庫容為1×106m3，死庫容為1×105m3，總庫容為1.10×106m3。工程正常調蓄水位61.80 m時面積為36.50 hm2，水深3.10 m。

1.2.2 引水工程

引水工程任務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6.70×10-5hm2，石頭莊灌區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m3，調蓄引用量為3.22×106m3。最大引水流量為7.12 m3/s。此次引水渠工程建設維持原規模，即大車集引水閘和引水渠設計引水流量10.00 m3/s。

1.2.3 供水工程

供水工程任務將調蓄池水輸送到灌區渠道，調蓄工程供水渠設計流量按照調蓄池出水過程的最大流量確定，調蓄池最大供水量為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，適當縮短次灌水時間至5-7 d，輸水渠道設計流量為1.50 m3/s。

2 依據的資料及分析方法

2.1 依據的資料

搜集大車集水文站的37 a 實測徑流量資料。大車集水文站位于封丘縣和長垣縣交界處的大車集村，水文站水文監測年限較長，且大車集閘與該水文站之間無支流匯入，也無其它取水工程，水文測驗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系列實測資料進行分析依據可靠。

2.2 分析方法

通過分析大車集水文站不同保證率下的來水量、用水量，并結合大車引水閘引水能力、工程輸水、調蓄能力，計算天然文巖渠干流通過大車閘本工程的可供水量，從而進行調蓄計算，從水量角度分析項目水源的可行性。

3 水資源供需平衡分析

3.1 來水量分析

從2008年開始，天然文巖渠開始進行河道治理，因而08年和09年的實測數據不完整，不予采用，另2007年僅有9個月實測數據，亦不予采用。這里依據1970-2006年共37 a的實測流量系列資料進行設計年徑流量的分析計算。

根據徑流系列數據，采用P-Ⅲ型曲線對選用大車集水文站實測徑流資料進行分析、適線，根據點線配情況確定最后采用的統計參數。考慮引水最為關注的是枯水時段的來水保證率情況，適線時適當照顧小流量數據，取Cv=0.51，Cs=2Cv，則P=50%年徑流量4.02×108m3，對應流量12.80 m3/s。天然文巖渠不同頻率條件下設計徑流見表1，P-Ⅲ頻率曲線圖見圖1。

表1 天然文巖渠不同設計頻率年徑流參數表

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最大4 個月在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67.13%。最小月徑流量多發生在1 月或12 月，最大月徑流量多發生在8 月，個別年份會出現月徑流斷流情況，詳見表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—可引流量關系

大車閘址位于黃河大堤1+910處，于1984年建設水閘為前置式1 孔鋼筋混凝土平板閘門，螺桿式啟閉設備，穿黃河大堤鋼筋混凝土箱式涵洞，洞身全長90.00 m，分九節設置。

大車集閘進口底板高61.98 m，設計水位63.98 m，最高運行水位66.48 m，涵洞出口底板高61.53 m，經消能防沖后進入大車引水渠。

對大車集引水閘進行水力計算，得出大車集引水閘閘前水位與引水閘可引流量關系見表2。關系曲線見圖3。

3.2.1.2 石頭莊橡膠壩水位—庫容關系

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，對應壩前水深3.00 m，壩址河底高程61.00 m，堤頂高程68.27 m。

根據大車集至橡膠壩址處天然文巖渠河道斷面形式結合橡膠壩頂高程，得橡膠壩滿庫總庫容為5.29×106m3，調蓄庫容為4.81×106m3，橡膠壩前水位—庫容關系曲線見圖3。

表2 天然文巖渠設計徑流年內分配表（P=50%）

表3 引水閘閘前水位—可引流量關系表

圖2 大車閘閘前水位—可引流量關系曲線圖

3.2.1.3 橡膠壩前水位—大車集閘前水位關系

圖3 橡膠壩前水位—庫容關系曲線圖

大車集閘前水位根據橡膠壩前水位進行回水計算分析，橡膠壩前水位—大車集閘前水位關系曲線見圖4。

圖4 橡膠壩前水位—大車集閘前水位關系曲線圖

3.2.1.4 大車集閘可引水量

根據上述，由大車閘閘前水位—可引流量關系、石頭莊橡膠壩水位—庫容關系、橡膠壩前水位—大車集閘前水位關系可知，大車集引水渠最大可引能力10 m3/s，橡膠壩運用形式為非洪水時充壩蓄水，洪水時相機塌壩泄洪。根據橡膠壩的運用形式、天然文巖渠P=50%平水年來水過程及前述圖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，計算過程略。

3.3 興利調節計算

三善園引黃調蓄工程通過大車集閘引水，經已建大車引水渠、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設施，由于三善園引黃調蓄工程為調節使用，故蓄水時段與大車灌區用水時間并不矛盾，可相機調節使用。因此，調蓄工程調蓄時間需與灌區農業需水情況及天然文巖渠來水過程相匹配。根據三善園引黃調蓄工程供水工程布置情況對三善園引黃調蓄工程以旬為調蓄計算時段進行調節計算，結果詳見表4。

表4 調蓄工程調蓄計算情況表（P=50%） 單位：104 m3

根據調蓄計算表可知，調蓄工程運行后，一年取水5次，每次引水歷時3-5 d，引水安排在非灌溉用水期相機引水，年引水總量為3.22×106m3。調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，大車集閘取水口設計流量完全能夠滿足工程正常引水。調蓄工程最大充水庫容9.99×106m3（4月份上旬），所以工程設計調蓄庫容1×106m3、總庫容1.10×106m3是滿足供水需求的。因此，三善園引黃調蓄工程引、供水方案可行。

4 結論

通過以上分析，三善園引黃調蓄工程在50%保證率的情況下，引水量扣除直接供給灌區農業灌溉用水量，水量仍有很大剩余。再者蓄水工程建成后，其取水時間安排在非灌溉時期相機引水，取水過程不矛盾，取水保證率較高。因此，三善園調蓄工程取水水源可靠，調蓄方案合理，項目建設可行。