汾河流域中游核心区干流蓄水工程水量平衡分析

崔瑞红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

汾河流域中游核心区干流蓄水工程水量平衡分析

崔瑞红

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

汾河中游核心区干流蓄水工程是汾河生态修复工程的一部分，工程在中游核心区干流上共布设蓄水闸坝15座，由于蒸发和渗漏两方面的原因，必将使蓄水池水面水位下降。为确保蓄水池正常运行，必须经常向蓄水池补充水量，通过水量平衡分析，论证了工程建设的可行性。

干流蓄水工程；水量平衡分析；汾河流域

1 工程概况

汾河发源于宁武县东寨镇管涔山脉楼子山下水母洞，与周围的龙眼泉、象顶石支流汇流成河，干流自北向南纵贯太原、临汾两大盆地，至运城新绛县境急转西行，于万荣县荣河镇庙前村附近汇入黄河。汾河按其自然特征，分为上游、中游、下游三段，太原市尖草坪区兰村以上为上游河段，兰村至洪洞石滩为中游河段，石滩至入黄口为下游河段。

汾河流域生态修复中游核心区堤内蓄水工程主要任务为通过在河道内设置蓄水闸坝，抬高河道水位，拦蓄洪水，为堤外蓄水湿地提供水源，同时河道内形成蓄水水面，增补地下水，改善周边生态环境，再现大河风光。在中游核心区干流上共布设蓄水闸坝15座，总长度3 876 m，总蓄水面积16.17 km2，总蓄水量1737万m3。在河堤上修建穿堤建筑物、连通堤、内外湿地，共修建进水闸23座，退水闸14座。

2 可供水量分析

可用于补充核心区水面、湿地的水量主要有汾河当地地表径流、废污水处理回用和万家寨引黄南干线汾河生态补水三部分。

2.1 当地地表径流

工程位于汾河太原以下段汾河二坝至三坝之间。上游来水直接采用汾河二坝实测径流，实测径流各频率年内分配见表1。通过表1可知：工程当地地表径流（汾河二坝实测径流）P=25%时为2.76亿m3，P=50%时为1.27亿m3，P=75%时为0.68亿m3。

2.2 万家寨引黄工程南干线引水

万家寨引黄南干线工程设计规模6.4亿m3，现状规模3.2亿m3。根据《关于印发汾河流域生态环境治理修复与保护工程方案的通知》，批准年使用万家寨引黄水1亿～1.5亿m3进行汾河生态补水。《汾河流域生态修复规划》中，万家寨引黄南干工程向河道内生态补水配置水量为1.46亿m3。

表1 汾河二坝站实测径流各典型年份年内分配表

2.3 处理污水回用

规划水平年2020年全流域污水排放量5.78亿m3，回归水量3.65亿m3，其中中游区处理污水回用量1.34亿m3；2030年污水排放量6.36亿m3，回归水量3.90亿m3，其中中游处理污水回用量1.49亿m3。

总之，生态补水与回用污水比较稳定，地表径流随时间变化较大。

3 水面湿地补充水量分析计算

工程规划堤内蓄水区共布置新建蓄水闸坝15座，蓄水面积16.17 km2，蓄水量1 737万m3。由于蒸发和渗漏两方面的原因，必将使水面水位下降。为保证蓄水池正常运行，应经常向蓄水池补充水量，补充水量包括蒸发损失补水和渗漏损失补水两部分。

3.1 渗漏补水量

地下水入渗量根据地质勘测资料和现有工程实际渗漏量估算。

据2015年山西省对汾河干流中下游八段湿地蓄水区的地质勘察资料，汾河干流太原盆地和临汾盆地河道地层岩性主要由第四系全新统洪冲积低液限粉（黏）土与级配不良砂互层组成，层中局部夹含细粒土砂、粉土质砂透镜体。依据勘察资料，低液限粉土渗透系数0.03～0.12 m/d，为弱—中等透水层；级配不良砂渗透系数0.30～4.09 m/d，为中—强透水层。虽然各个湿地蓄水区的地层岩性比较相似，但地层结构不同，形成了不同的入渗条件。

根据不同的入渗条件，对各个湿地蓄水区建成后入渗量进行大概估算，估算入渗量可提供参考。估算时在不考虑湿地蓄水区库水饱和性入渗情况下，将湿地蓄水区堤岸作为均质坝体考虑，池水通过坝基向四周入渗，针对坝基地层结构选用了以下几种计算公式进行估算。

文水县杨乐堡、朱家堡及临汾市尧都区邰村湿地蓄水区上部为厚层低液限粉土或级配不良砂层，透水层属单层均质透水层，有限深、平底、层流，湿地蓄水区渗透流量选用《供水水文地质手册》公式计算：

介休市北辛武湿地蓄水区为厚层低液限粉（黏）土层，夹级配不良砂透镜体，为单层均质透水层，无限深，坝底为平面，湿地蓄水区渗透流量选用《水利水电工程地质手册》坝基渗流公式计算：

清徐县韩武和运城市稷山县段湿地蓄水区表层均为薄层低液限粉土层，中部为厚层级配不良砂层，下部为低液限黏土相对隔水层，透水层属于双层结构（M1

式中：Q——堤基渗透流量，m3/d；

B——计算损失量的堤区长度，m；

K——渗透系数，m/d；

H——正常蓄水位时堤内外的水位差，m；

k1，k2——坝基下不同透水层的渗透系数，m/d；

L——堤基宽度，m；

t，h——上层及下层的厚度，m。

估算成果表明，由于地层岩性结构的不同，各个湿地蓄水区的入渗量与面积没有明显的比例关系，所估算的湿地蓄水区单位面积入渗量在35.2～468.6 m3之间，单位面积平均入渗量为118.8万m3。

根据资料，世泰湖位于文水县刘胡兰镇王家堡村，汾河西岸，占地面积73.33 hm2，其中水域面积53.33 hm2，水产养殖池塘6.67 hm2，初步形成一个集蓄水灌溉、水产养殖、湿地保护、生态恢复，休闲农业、旅游度假为一体的省级水利风景区。目前该湖总蓄水量达150万m3，每年用汾河水补充蓄水80万m3，入渗补充地下水56万m3。按水域和鱼塘面积60 hm2计算，单位面积补充地下水量为92.5万m3，介于理论计算值范围内。

本次设计地下水入渗量采用位于工程区范围内已建成的世泰湖实际入渗强度单位面积补充地下水量92.5万m3计算，堤内蓄水区渗漏量1 495.7万m3，堤外湿地渗漏量2 518.78万m3。

3.2 蒸发补水量

蒸发损失采用平遥站的附加蒸发深，全年附加蒸发为676.1 mm。堤内水面年蒸发补水量为蒸发补水深乘以水面面积，补水量为1 094万m3。

4 水量平衡成果分析

综上所述，上游水源除径流外，尚有1.46亿m3的万家寨引黄生态补水量，以及2020年规划水平年1.34亿m3的处理污水回用量。典型年P=75%，P=50%和P=25%的水量平衡分析见表2至表4。

从表2至表4水量平衡结果分析可知，堤内月最大需补水量为341.3万m3，南干线生态补水加处理污水月回用量为2 378万m3，可满足堤内需水量。堤外月最大需补水量为574.7万m3，南干线生态补水加处理污水月回用量除补堤内需水外，尚余2037万m3。因此，未来堤外湿地建成后，南干线加污水处理回用可满足堤内外需补水量。

5 结论

可靠的补水水源和水量，可保证蓄水池的正常运行。汾河中游核心区干流蓄水工程共修建15座闸坝，补水水源有当地地表径流、引黄水、中水三部分，通过水量平衡分析，本工程可利用水量满足蒸发和渗漏补水要求，从水平衡角度确定了工程建设的可行性。

表2 平遥站附加蒸发深 单位：mm

表3 P=25%典型年水量平衡表 单位：万m3，km2

表4 P=50%典型年水量平衡表 单位：万m3，km2

表5 P=75%典型年水量平衡表 单位：万m3，km2

P333.1

C

1004-7042（2017）01-0030-03

崔瑞红（1982-），女，2007年毕业于河海大学水文学及水资源专业，工程师。

2016-11-08；

2016-12-19