砚瓦河小流域坝系蓄水用水及效益分析

马安利

(黄河水利委员会黄河上中游管理局，陕西西安710021)

1 小流域坝系基本情况

砚瓦河小流域隶属河南省济源市，距离济源市区约18.6 km，是黄河一级支流，流域面积89.39 km2。该小流域属土石山区，海拔190—595 m，区内岗峦起伏、沟壑纵横，地势北高南低，地貌由梁、坡、沟组成，其中坡面面积较大，占流域面积的81%。流域内有主沟1 条、较大支沟3 条、中小支沟及毛沟76 条，沟壑密度为3.1 km/km2。该小流域位于暖温带大陆性季风气候区，四季交替比较明显，年平均气温14.3 ℃，最高气温43.4 ℃，最低气温－20℃，年均降水量696 mm，降水年内分配不均，6—9月份降水量占全年降水量的74.0%，且多以暴雨形式出现，历时短、强度大是造成流域水土流失的主要外部条件，同时降水的地域分布也不均匀，虎岭一带多年降水量较大，向南降水量递减。流域内主沟和较大支沟有基流，年均径流量0.14 亿m3，径流主要来源于汛期暴雨产生的洪水。2005年3月至2008年8月，砚瓦河小流域坝系工程累计建成淤地坝46 座，其中骨干坝6 座、中型坝12 座、小型坝28 座。

2 监测技术方法

砚瓦河小流域坝系监测工作从2006年10月开始，截至2010年10月已监测骨干坝6 座、中型淤地坝12 座、小型淤地坝28 座。

2.1 蓄水监测

骨干坝和中型淤地坝有原始库容曲线，故蓄水量监测多采用库容曲线法［1］，即根据坝前水尺上的水位值和水位—面积—库容曲线，推算淤地坝蓄水量。小型淤地坝没有原始库容曲线，其蓄水量监测采用下式估算:

式中:W 为蓄水量，m3;B 为坝址处上游平均水面宽，m;h 为坝址处上游平均水深，m;L 为坝址以上回水长度，m;K 为坝区沟道断面形状系数，其中V 形沟道K=0.17，U 形沟道K=0.25。

2.2 用水量监测

(1)灌溉用水量。有条件的在取水口附近设置量水堰(槽)或渠道断面，在灌溉用水期间进行流量观测，其计算公式为

式中:Wg为灌溉用水量，m3;Qg为流量，m3/s;T 为历时，s。

对无法实测用水量的淤地坝，可在实地调查的基础上采用下式计算:

式中:n 为年灌水次数，次;q 为灌水定额，m3/(次·hm2);m 为灌溉面积，hm2;其余符号意义同上。

(2)人畜用水量。人畜用水量通过调查受益区用水人、畜数量及年平均用水定额等进行估算。

2.3 用水效益监测

灌溉增产效益监测主要采取调查的方法，可选取典型地块作为调查点［2－3］。典型地块应选在流域内有代表性的坝地上，主要种植作物每块面积不小于0.5 hm2，坝地上各类农作物应单打单收，分别统计其单位面积的产量，考虑复种指数，按种植面积求得加权平均单产。根据典型地块单产监测结果和坝地各类农作物种植面积，推算小流域坝地总产量。养殖效益监测主要采用调查的方法。

2.4 监测频次

蓄水量每年汛前、汛后各监测一次，用水量按灌溉次数监测。

2.5 监测点布设

砚瓦河小流域坝系蓄水用水监测点布设为骨干坝6 个、中型淤地坝12 个、小型淤地坝28 个。

2.6 监测设施设备

设施(备)配置包括水尺、皮尺、测绳、橡皮船、救生衣、流速仪、流速流量计、电子经纬仪等。

3 监测成果及分析

3.1 降 雨

监测期(2007—2010年)连续4年降雨量都小于多年平均降水量，其中2007年降水量比平水年少12%，2010年比平水年少18%，属平水偏干旱年;2008年降水量比平水年少31%，2009年比平水年少41%，属大干旱年。

3.2 蓄水量

监测期(2006—2010年)骨干坝蓄水量183.79 万m3，中型坝蓄水量27.68 万m3，小型坝蓄水量62.30 万m3，即蓄水量为骨干坝＞小型坝＞中型坝，见表1。

表1 坝系工程蓄水量

3.3 用水量

坝系蓄水主要用于农作物灌溉，采取库区提灌、自流管道灌溉和干旱时补充下游河道水量供下游提水灌溉3 种形式，干旱年份灌溉用水多为坝系拦截的河道基流。监测期(2007—2010年)骨干坝灌溉用水为41.00 万m3、中型坝为8.24 万m3、小型坝为19.46 万m3，用水量是骨干坝＞小型坝＞中型坝，见表2。

表2 坝系工程用水量万m3

3.4 用水量变化率

用水量变化率计算公式为

式中:ηs为用水量变化率，%;Wy为年用水量，包括灌溉用水量和人畜用水量，m3;Wm为年末蓄水量，m3。

表3—6 为骨干坝、中型坝、小型坝及坝系用水量变化，可以看出，相比2007、2010年，2008、2009年大干旱年骨干坝用水量变化率分别为76.56%和76.61%，中型坝和小型坝用水量变化率为50% 以上，坝系用水量变化率分别为78.40% 和74.87%，说明坝系水资源利用率增加，对抗旱保收及水面养殖发挥了重要作用。

表3 骨干坝用水量变化率

表4 中型坝用水量变化率

表5 小型坝用水量变化

表6 坝系用水量变化

4 蓄水用水效益分析

监测数据表明，坝系建成后流域内水面面积明显增加，主要用于灌溉农作物及在水面较大的骨干坝、中型坝内发展渔业养殖。

4.1 灌溉效益

砚瓦河小流域坝系建成后在干旱年份发挥了较好的抗旱保收增产作用，使部分望天收旱地变为水浇地，其中佛堂沟、王沟、刘沟、蒋庄北沟骨干坝灌溉面积45.6 hm2;西沟、赵老庄4#、楸树沟3 个中型坝灌溉面积13.56 hm2;杨庄1#、杨庄2#、陈胡庄1#、陈胡庄3#、后段沟等10 个小型坝灌溉面积37.1 hm2。

4.2 养殖效益

2010年佛堂沟、王沟、刘沟、蒋庄北沟、枣树庄5 个骨干坝和韭菜坡中型坝水面养殖面积共计15.75 hm2，采取鲤、鲢、鲫鱼混养。西沟、赵老庄2 个中型坝和2 个小型坝水面养殖面积共计1.40 hm2，主要养殖鲤鱼。经调查，小流域养殖业年产量为1 950 kg/hm2，年总产量达33.5 t。

5 结 语

砚瓦河小流域坝系蓄水用水监测结果表明，坝系建设尤其是在干旱年份发挥了抗旱保收增产的重要作用，使部分望天收旱地变为水浇地，产生了明显的生态效益。坝系建成后增加了流域内的水面面积，利用其发展渔业养殖，增加了当地农民收入，改变了农村产业结构。坝系建设在产生经济效益的同时也带动了流域周边群众建坝的积极性，当地群众又在该流域内自筹资金新建小型淤地坝13 座，周边流域群众也自筹资金新建5座中型坝、11 座小型坝。

［1］胥世斌，苟忠明．聂家河小流域坝系效益监测及建议［J］．中国水土保持，2012(8):34－36．

［2］李晓霞．甘肃省黄土高原地区淤地坝安全运用对策探讨［J］．中国水土保持，2012(6):23－24．

［3］李晓坚．山西省淤地坝运行管理现状分析［J］．中国水土保持，2011(6):44－45．