關于黃河下游曹店引黃閘可引黃水量的分析計算

李曉麗，常兵兵，袁 野

(山東新匯建設集團有限公司，山東 東營 257091)

1 黃河利津水文站基本情況

黃河山東段自上而下共設有高村、孫口、艾山、洛口和利津5個基本水文站，擔負著山東黃河水沙測報任務，其測報標準均相應于花園口站洪峰流量22 300 m3/s確定。

其中，利津水文站位于E118°18′，N37°31′，在洛口站下游165 km處東營市利津縣境內，距勝利引黃閘4.9 km，距雙河引黃閘33 km，是黃河入海水沙控制站，同時為下游防洪、防凌服務，對黃河三角洲的治理與規劃具有非常重要的作用。該河段屬彎曲性河段，U形河槽，斷面寬600 m，主槽寬500 m，右灘寬100 m，漫灘水位14.20 m。該站1934年6月設站，有較長系列的觀測資料，觀測資料10個。

2 曹店引黃閘基本情況

曹店引黃閘為黃河利津水文站上游第二個引黃取水口，位于東營區龍居鄉曹店村附近，閘前設計水位10.24 m，閘后設計水位9.89 m，閘底板高程7.89 m，設計與加大引水流量分別為30、80 m3/s，現狀引水流量50 m3/s[1]，2017年隨著黃水東調工程建設，曹店引黃閘建設閘前泵站，泵站設計流量35 m3/s。

3 可引黃水量分析

3.1 資料系列的選擇

利津水文站實測徑流系列因受到流域水文、氣象變化、大中型水庫調節、流域治理以及引黃用水等因素的影響[2]，使不同年代天然徑流量與實測徑流量之間存在較大差異[3]，因此系列的選定考慮以下條件：

1) 代表系列選擇流域已有水利工程運用相對穩定的時段，能反映現狀工程對徑流的影響。

2) 引黃水量相對穩定，基本代表現狀用水水平。

3) 包含天然徑流豐、平、枯系列變化，資料系列長度不少于25年。

綜合考慮以上條件，選定1980-2018年實測資料，分析現狀條件下利津站可引黃水量，并對所選系列進行分析。

3.1.1 系列一致性分析[4]

根據黃委會統計資料，黃河流域上世紀50年代平均年引用水量130.5×108m3，60年代為184.3×108m3，70年代為252.0×108m3，80年代314.7×108m3，90年代300.1×108m3；小浪底水庫運用后，2000-2018年平均年引用水量為273.1×108m3。80年代以后，流域引用水基于穩定，可作為現狀來水條件分析。

3.1.2 系列代表性分析

由于受黃河流域引黃工程和大中型水庫調節影響[2]，近70年來，黃河徑流量發生了很大的變化。利津站1950-2018年平均年來水量304.6×108m3，1950-1979年平均年來水量430.3×108m3[5]，1980-2018年平均年來水量193.7×108m3[5]，1980年以后由于上游引用水量增加，來水量明顯減少[6]。利津站1950-2018和1980-2018年兩個系列的統計參數見表1。

表1 利津水文站不同保證率來水量表 /108 m3

根據表1，1980-2018年系列均值比1950-2018年偏少110.9 m3，偏少36.4%。為保證引黃供水，采用1980-2018年來水量分析計算偏于安全，比較合理。

3.2 利津站可引水天數分析

引黃過程主要受黃河流量、含沙量、水位及冰凌等因素影響[7]，根據利津站水文資料和現有工程運行情況，擬定以下引水控制條件：

1) 控制流量。黃河流量大于5 000 m3/s時，為保證大堤安全，不引水[7]；根據黃河河務局2002年5月編制的《黃河下游水量調度責任制(試行)》，為保證黃河不斷流、維護其生態功能，利津站小于50 m3/s時不引水。

2) 控制含沙量。為減輕沉沙池清淤負擔，延長使用壽命，當黃河含沙量大于30 kg/m3時不引水。

3) 黃河調水調沙期間不引水。在以上可引水條件的基礎上，扣除調水調沙時段。

4) 冰凌控制。冰凌期從冰凌開始至結束分為岸冰、淌凌流冰、封凍和開河4個階段。根據引黃經驗，流冰期(含冰塞、冰壩、冰滑動)易對引水建筑物造成損害，不宜引水；全河封凍期按50%的時間引水，其它冰情按可引水統計。

根據上述可引水條件，對黃河利津站1980年7月至2018年6月水文年系列實測流量、含沙量、冰情及調水調沙資料，逐日、逐月、逐年進行統計分析，得到利津站歷年逐月可引水天數統計圖，見圖1。

圖1 利津水文站歷年可引水天數統計圖

3.3 利津站可引黃水量分析

根據利津水文站1980年7月至2018年6月水文年系列實測流量資料和歷年逐月可引水天數，統計利津水文站歷年可引黃水量，統計圖見圖2。

圖2 利津水文站歷年可引黃水量統計圖

3.4 不同保證率可引黃水量和可引水天數分析

采用P-Ⅲ型頻率曲線，取Cs/Cv=2.0，對現狀條件下利津站可引黃水量系列進行頻率適線，見圖3。不同保證率利津站可引黃水量見表2。

圖3 利津水文站歷年可引黃水量頻率曲線圖

表2 利津站可引黃水量分析成果表

對歷年可引水天數進行從大到小排序，計算歷年可引水天數經驗頻率，點繪各可引水天數經驗頻率點據，利用“多項式”對經驗頻率點據進行擬合[8]，擬合曲線見圖4。根據擬合曲線求出各保證率的可引水天數，參見表2。

圖4 利津站可引水天數經驗頻率擬合曲線圖

3.5 保證率95%典型年可引黃水量月分配

經分析，利津站保證率95%的可引黃水量為139 489×104m3，可引水天數為125 d。按照可引黃水量最接近原則，選取的典型年為2001年7月至2002年6月水文年；按照可引水天數最接近原則，選取的典型年為2002年7月至2003年6月水文年。從黃河2002年7月至2003年6月逐月來水天數來看，1-5月份的來水天數均為0；而黃河小浪底水庫調水調沙后，黃河來水條件變好，基本不存在斷流現象；再根據東營市近幾年實際引黃情況，1-5月份處于春灌期間，每月均有農業灌溉及水庫充庫引水記錄，因此2002-2003年與現狀實際引水情況矛盾，代表性不好。綜合考慮確定，選取2001年7月至2002年6月水文年作為95%保證率典型年。

采用同倍比放大法，求得95%保證率典型年逐月可引黃水量、可引水天數。利津站保證率95%典型年逐月可引黃水量、可引水天數見表3。

表3 利津站保證率95%逐月可引黃水量、可引水天數表

3.6 曹店引黃取水口可引黃水量分析

曹店引黃閘為黃河利津水文站上游第二個引黃取水口，區間有勝利引黃閘，主要負責東營區生活、工業、農業供水。由于黃河利津水文站實測資料中不包含勝利閘和曹店閘的實際引黃水量，因此在計算曹店閘可引黃水量時，需要在利津水文站可引黃水量中加入勝利閘和曹店閘現狀實際引黃水量，公式如下：

W還原=W實測+W現狀

式中：W還原為引黃閘還原后可引黃水量；W實測為根據利津站實測資料推算的可引水量；W現狀為勝利閘、曹店閘現狀實際引黃水量。

根據上式計算，曹店閘95%保證率典型年逐月可引黃水量、可引水天數見表4。

表4 曹店閘保證率95%逐月可引黃水量、可引水天數表

4 結 語

通過以上計算可確定，曹店引黃閘在保證率95%典型年時，可引黃水總天數為136 d、可引水總量為151 853×104m3，該結果可以為曹店引黃閘供水范圍內相關供水項目規模的確定提供參考依據。