无资料区域跨省河流界断面控制断面生态需水量分析

张 英 ，石长伟 ，张广林

(1.陕西水利水电工程集团有限公司，陕西 西安 710086；2.陕西省江河水库管理局，陕西 西安 710018；3.陕西省河流工程技术研究中心，陕西 西安 710018)

1 流域概况

1.1 自然概况

北洛河属黄河流域，为黄河二级支流，发源于榆林市定边县白宇山南麓王盘山乡石涝沟，在大荔县东南三河口注入渭河，流域地跨陕、甘两省，共涉及19个县(区)，中游支流葫芦河上游伸入甘肃的华池、合水两县。河流全长680.3 km，平均比降1.79‰，其中上游平均比降为2.51‰，下游平均比降为1.34‰，总落差达1175 m；总流域面积26905 km2，其中陕西省境内流域面积24575 km2，占91.34%[1]，甘肃境内流域面积2330 km2，占8.66%，北洛河支流众多，流域面积在1000 km2以上的较大支流有葫芦河、沮河、周水河3条。

流域降水的地域分布差异较大，总的变化趋势为山区大于平原，自东南向西北递减，平原以北的北山抬升地形，形成黄龙山、子午岭两个关中与陕北过渡带的降水高值区，降水量大于600 mm。洛河中上游，是降水低值区，降水量在400 mm～500 mm之间。流域降水量年际变化大，年内分配不均。地表径流分布与降水基本一致，总的趋势是由东南向西北递减，山区多、平原少，属资源型缺水区。径流年内分配和降水的年内分配关系十分密切。

1.2 社经概况

北洛河流域为典型的大陆性季风气候，陕北部分为温带半干旱区；流域内大部分地区光热资源充足，是我国主要的粮食及果业基地，上游地区蕴藏着丰富的石油矿产，已探明石油地质储量5.8亿t，中游地区煤炭资源十分丰富，属陕西省主要产煤区渭北黑腰带的重要组成部分，分布着蒲白、澄合、黄陵等矿区。截至2010年底，流域内总人口297.40万人，其中农业人口197.37万人，非农业人口100.03万人；总耕地433.02万亩，其中川台及塬地293.65万亩，山坡地139.37万亩。流域内GDP519.83亿元，人均GDP1.75万元。其中第一产业增加值71.31亿元，第二产业增加值308.69亿元，第三产业增加值139.82亿元。

2 入境控制断面的选择

陕西省北洛河流域的入境河流为支流葫芦河，葫芦河发源于甘肃省华池县川家岔，流经合水县，入陕西富县、黄陵，抵咀头入洛河，河流全长235.3 km，流域面积5449 km2，平均比降2.4‰；其中，甘肃境内、陕西省境内流域面积分别为2330 km2、3119 km2，分别占葫芦河流域面积的42.8%、57.2%。

由于目前葫芦河在陕、甘界无水文站，根据最严格水资源管理制度要求，《陕西省渭河流域水文监测能力体系规划》[2]在陕、甘界张家湾镇杨家湾村规划新设入境控制杨家湾水文站，控制集水面积2330 km2，包括葫芦河甘肃省境内全部。由于该水文站控制了北洛河陕西以外的流域面积，其建设已列入规划，目前正在逐步实施；因此，选择葫芦河杨家湾水文站作为北洛河入境控制断面，能够满足日常省际水量协调与管理的要求。

3 控制断面生态需水量分析确定

3.1 分析方法

北洛河支流葫芦河流域主要地貌为山区，流域内有桥山林区，植被茂密，河水清澈，年径流量1.8亿m3，年输沙量仅为69万t，水含沙仅有3 kg/m3；流域上已建水库两座，蓄水能力500万m3，灌溉面积6000亩,规划中甘肃境内无新建水源工程；北洛河流域(葫芦河)多年平均入境水量0.532亿m3。葫芦河水质比较好，全年平均全都是Ⅲ类水质河段,是北洛河开发的重点；下游陕西境内将建设南沟门水库与引干入支重点水源工程，保证上游入境生态水量是该工程发挥正常功能的基本条件。

为保证张村驿断面的河道生态需水量，杨家湾入境断面必需保持一定的水量。因此，本次在推求杨家湾水文站生态需水量时，采用先推求张村驿站生态需水量，再采用地区经验公式与按面积比拟法进行综合分析得出杨家湾站的生态需水量值。

3.2 地区经验公式法

根据本计算区域洪水资料综合分析并参考《延安地区实用水文手册》，采用文献[3]中的公式，计算杨家湾生态流量。

90%年径流采用下式计算：

式中：Wp为径流量，m3；Kp为某频率模比系数(查附录二)；Y均多年平均径流深，mm；F为流域面积，km2。

从文献 [3]查得葫芦河流域平均径流深27 mm，Cv=0.52，Kp=0.48，计算得杨家湾控制断面90%枯水年径流量2680万m3。

生态基流量采用下式计算：

式中：Qp为某设计保证率日平均流，m3/s；F为流域面积，km2；Cp为经验系数，取值见表1。

表1 日平均流量经验式计算参数表

依据杨家湾断面集水面积，可求得杨家湾断面90%频率日均流量为0.29 m3/s,即为杨家湾生态基流量；杨家湾生态需水量为2680万m3，非汛期生态需水量为610万m3，汛期洪水及冲沙用水2070万m3。

3.3 面积比拟法

3.3.1 面积比拟法适用性分析

支流葫芦河水量较大，且水质较好，含沙量小，张村驿年均流量3.69 m3/s，径流量1.16亿m3，多年平均输沙量为121万t；张村驿断面以上区域水文气象地质地貌条件相近，均为黄土林区；下垫面条件及产汇流条件亦相似。因此，可以以张村驿水文站为参证站进行面积比拟，推求杨家湾断面生态需水量。

3.3.2 参证站张村驿站基本情况

葫芦河控制站为张村驿站，位于陕西省富县张村驿镇，距陕甘省界约70 km，1952年7月由西北黄河工程局设为水位站，1956年改为水文站，1958年1月基本断面向上迁移2.5 km为张村驿（二）站，1962年停测，1963年4月恢复观测，1964年由陕西省水文局管理。张村驿站控制集水面积4715 km2，占葫芦河总面积的86.5%[4]。

1956年～2000年资料系列，张村驿站各级频率年径流量成果[5]见表2，90%、95%枯水水平张村驿断面年径流量分别为6710万m3、5920万m3；汛期径流占年径流量的46%，径流极值变化不大。1990年以来，张村驿站径流量较多年均值减少了14.0%。

利用Tennant法[6]计算张村驿断面生态基流量为0.60 m3/s，非汛期生态需水量为1250万m3。

表2 北洛河支流葫芦河张村驿水文站天然径流量主要特征值统计表

3.3.3 面积比拟法生态需水量推求

采用面积比拟法，对张村驿水文站生态基流与生态需水量按两站集水面积进行转换从而得到杨家湾站生态需水量。黄委会设计院通过部分资料分析得出[7]：黄河中游地区虽然自然条件、水文暴雨、洪水特性有较大差异，但设计径流量与流域面积关系的变化梯度基本一致。

把有关数值代入上式可求得：杨家湾断面90%枯水水平年径流量为3320万m3；杨家湾断面生态基流量为0.30 m3/s，非汛期生态需水量为630万m3；汛期洪水及冲沙用水2690万m3。

3.4 生态需水量综合分析确定

地区经验公式与面积比拟法两种方法计算的生态基流分别为0.29 m3/s、0.30 m3/s，地区经验公式成果偏小3.33%，相差在5%以内，两者基本一致。地区经验公式与面积比拟法两种方法计算估算的杨家湾95%枯水径流量为2680万m3、3320万m3，地区经验公式成果偏小19.3%，面积比拟法成果与北洛河其它水文站频率分布较为一致；同时，从更为有利于保持生态考虑，采用面积比拟法成果为杨家湾控制断面生态需水量成果。

综上，北洛河杨家湾入境控制断面生态需水量为3320万m3，生态基流量采用0.30 m3/s，非汛期生态需水量为630万m3。

4 结语

（1）选取规划的葫芦河杨家湾水文站作为北洛河入陕控制断面是适宜的，用其生态需水量作为入陕控制生态水量，能够满足当前执行最严格水资源管理制度的需要，是可行的。

（2）杨家湾断面非汛期生态需水量采用经验公式与面积比拟法计算，综合分析得出：杨家湾入控制断面全年均生态需水量3320万m3，生态基流量采用0.30 m3/s，非汛期生态需水量为630万m3，成果具有一定精度，可供水量调度与生态治理有关部门参考。

（3）建议进一步加快北洛河陕、甘省界水量控制断面杨家湾水文站建设步伐，在积累一定系列资料后对该断面生态需水量进行更为深入的分析，以便更好地为北洛河水量管理与调度管理服务。