浅谈辽西干旱地区河槽雨洪资源化利用方案

钟 倩

(抚顺市水利勘测设计研究院有限公司，辽宁 抚顺 113006)

建平县位于辽宁省西部，行政区总面积4892km2，多年平均降水量447.4mm，年际变化较大，年内分配亦极不均匀，春季(3-5月)降水量占全年降水量的14.5%；夏季(6-8月)降水量占69.2%；秋季(9-11月)降水量占14.9%；冬季(12月-翌年2月)降水量仅占1.4%。汛期(6-9月)降水量占全年降水量的78.7%，其中7、8月份降水量占全年降水量的51.0%；非汛期(10月-翌年5月)降水量仅占全年的21.3%。

1 工程概况

1.1 工程选址

通过在建平县境内进行大量的水文地质调查与分析后，工程位置确定在第二牤牛河与深井河汇合口下游530m处，该段河道左岸为山体和浆砌石挡墙，右岸为正在建设的第二牤牛河护岸工程。

该坝址有以下优势：坝址位于第二牤牛河与深井河汇合口下游，坝址以上集水面积较大，来水有保障；地形平坦适合工程布置，修建低水头挡水建筑物回水面积大；无需征占地；可结合生态工程，改善河道生态环境；能够与辽西第一村——小平房村的新村滨水项目规划高度契合；附近用水项目较多，工程建成后即可产生一定的经济效益。

1.2 项目区用水现状及存在问题

项目区现有大口井8眼，其中耕地灌溉水源井6眼，日均出水量在50～150m3/眼；小平房村果园灌溉井1眼，日出水量约300m3；另1眼为建平县市政水源井，设计供水能力为0.45万 t/d，日出水量约为500m3。

城市用水方面：建平县2010年以后，维持城市生产生活用水基本靠跨行政区调水和应急水源，限时分区供水已成常态。

工业方面：工业园区用水主要靠打井抽取地下水，水源单一，个别企业受水量影响无法达产，一些招商的企业，受水资源限制，无法“落户”，供水不足，已成为制约园区发展的最关键原因之一。

农业方面：项目区地形附近有耕地300hm2，果园333.33hm2，但灌溉水源井仅有7眼，随着天然径流的减少，地地下水位下降，灌溉水量不足，灌溉保证率过低，井内有多少水，用户用多少水，大多数耕地都是“雨养农业、靠天吃饭”，已建设的灌溉系统亦无法发挥全部效益。

水资源极为紧缺，水量不足已成为制约城市发展、经济增长的主要因素之一。

1.3 工程地质

项目区主要经历了鞍山构造变形，其次为华力西、印支、燕山及喜山期构造变形。鞍山期的构造形迹表现为三期，第一期表现为片麻理的形成，第二期表现为片麻理褶皱，片麻理方向为北东东——东西，第二期褶皱轴方向为北西方向；华力西、印支期的构造变动在区域上最为强烈，矿区公见有二叠～ 三叠花岗杂岩体侵入；燕山期以脆性断裂活动为特征，断裂构造表现为北东、北西向脆性断裂。

地下水类型主要为第四系松散堆积孔隙潜水，地下水埋深0.20～10.40m，地下水水位363.20～367.25m，赋存于粗砂、圆砾、含粉质黏土圆砾层中；其次为强风化片麻岩风化裂隙水，含水层岩性为强风化片麻岩[1-3]。

2 水 文

2.1 流域概况

第二牤牛河为大凌河一级支流，发源于建平县富山乡牛河梁村，流经辽宁建平县、喀左县、朝阳县，于辽宁省朝阳县乌兰河硕村汇入大凌河。第二牤牛河全长50km，流域面积为1092km2，河流平均比降为5.05‰。流域上游设有水文站一座，为叶柏寿水文站，控制流域面积192km2，占第二牤牛河全流域的17.58%。

本工程位于叶柏寿水文站下游7.0km处，坝址以上流域面积为683km2，占全流域的62.55%。

2.2 径流

根据叶柏寿站还原后的1959-2017年径流系列进行保证率计算，线型采用皮尔逊Ⅲ 型，Cv 值经计算后对比分析选定，Cs按2.5Cv采用，工程地点径流量计算由叶柏寿站实测径流量按面积比的一次方推求，按照叶柏寿以上流域重心与工程地点以上流域重心的多年平均径流深进行修正。年径流量频率曲线见图1，工程地点天然年径流量保证率计算成果见表1。

表1 工程地点天然年径流量保证率计算成果表

图1 叶柏寿站 1959～2017系列天然年径流量频率曲线图

2.3 设计洪水

工程地点设计洪水采用水文比拟法，使用叶柏寿站设计洪峰流量按面积比的2/3次方推求，并参考叶柏寿、工程断面两地流域特性进行修正。设计洪水成果，见表2。

表2 水文比拟法计算工程地点设计洪水成果表 m3/s

2.4 雨洪资源

雨洪资源量的分析与降雨、径流、基流、雨洪间隔均有一定的关联。降雨是产生径流的最主要原因，径流可分为基流和雨洪资源。本项目在进行雨洪资源量的分析时，首先分析降雨情况，再进行基流计算，最后计算出雨洪资源量[4-5]。

2.4.1 工程地点雨洪资源量计算

雨洪资源量计算采用平滑最小值法，通过划分固定的计算时段为一个单元，各单元之间互不关联，分析各单元中最小值即为基流，其上部可定义为雨洪量。本工程根据实际情况，采用每10d作为一个单元，即每个月划分为3个单元，统计其最小值，对径流量进行分割，基流以上部分为雨洪资源。

本工程供水对象为城市用水，耕地、果园灌溉，及小平房村未来旅游规划需水，设计供水保证率按75%，对应典型年为1996年，统计叶柏寿水文站典型年5-10月逐日流量。计算得，工程地点P=75%雨洪资源量为225.89万m3。

图2 叶柏寿站1996年5-11月雨洪资源量分析图

2.4.2 工程蓄水分析

本工程地表与地下蓄水总量量为39.35万m3，将39.35万m3按面积比的一次方比至叶柏寿处，得到计算结果为11.06 万m3。统计叶柏寿站1959-2017年59a洪水成果，统计得到每年一次洪水洪量≥11.06万m3的多年平均次数约6.22次。按叶柏寿水文站统计结果，工程多年平均能够蓄满5次。

3 工程设计

工程主要建设内容包括截渗工程、拦蓄工程和生态工程。

3.1 截渗工程

截渗工程旨在闭合的储水空间，减少地下水渗漏流失。本次截渗工程包括横向截渗与纵向截渗。横向截渗是在拦蓄建筑物基础与基岩间，铺设土工膜；纵向截渗是在河道右挡墙基础下与基岩间铺设土工膜。

3.2 拦蓄工程

拦蓄工程选择低水头挡水建筑物，其作用是拦蓄雨洪资源，调节地表径流，回补地下水。同时，水面还可形成一定的景观效果。

橡胶坝主体结构由边墩、中墩、底板、消力池、海漫组成，底板与集水廊道合建，集水廊道分上下两层，截面净尺寸均为3.0m×6.0m(高×宽)，迎水侧留有进水门洞2.0m×1.0m(高×宽)，背水侧距廊道顶部0.2m设单排排水管，间距3.0m，直径0.1m，用于调节地下水水位。上层廊道主要收集地表水和浅层地下水，用于农业灌溉，下层廊道，主要收集较深层地下水，集水保证率高、且水源经过深度净化水质较好，为下游市政水源井供水。

图3 橡胶坝横剖面图

图4 橡胶坝上游纵剖面

3.3 生态工程

水质净化工程主要为人工湿地建设，湿地区域以水面蓄水为主，形成过水表面径流，在适宜水深区域种植浮水植物、沉水植物和挺水植物。不同植物种群配置对人工湿地净化能力的影响不同，不同的植物类型对不同的污染物质具有一定的针对性。对氮和磷去除效果较好的湿地植物，如菖蒲、芦苇等。对重金属有较好的去除作用的植物是宽叶香蒲，且对 Pb、Zn、Cd 等重金属有较好的去除作用。

4 工程效益

4.1 经济效益

耕地灌溉：按照建平县灌溉试验站统计的数据，玉米膜下滴灌5次/年，亩产可达1104kg，不覆膜滴灌6次/年，产量可达1500g，不采取灌溉措施，即雨养农业情况下，平均产量在9000～12000kg/hm2，可见，耕地灌溉对作物产量的影响是较大的。本工程建成后，每年为耕地灌溉供水45.0万m3，改善300hm2耕地灌溉问题，产量增加4500kg/hm2，玉米影子价格按2.1元/kg，预计可增加283.5万元。

果园灌溉：根据小平房村果园管理员介绍，果树在正常年和枯水每公顷产果相差约1800kg/hm2。小平房村已形成南果梨种植、采摘、深加工的产业链，本工程建成后，可保证园区333.332果园的灌溉任务，预计可增加300万元。

工业方面：本工程建成后每年可为工业园区供水120.5万m3计，一定程度上能缓解园区的供水压力，对园区的产能增加，创造条件。

小平房村旅游规划用水，由于项目尚未实施，本次暂不对旅游规划用水评价。工程建成后，直接受益人口6721人，经济效益是十分明显的。

4.2 社会效益

项目区所在小平房村先后获得了全国创建文明村镇工作“先进村镇”、“全国生态文化村”、“省五个好”村党组织标兵等荣誉称号，是辽西第一示范村。本工程的建设能够改善周边生态环境，提升周边居民的生活环境，同时与小平房村、天秀山景区相互映衬，形成集休闲、娱乐、观光多功能为一体的旅游景区，具有显著的社会效益。

4.3 生态效益

本项目的建设充分考虑现有自然资源和自然条件，利用雨洪资源，修建拦河建筑物，形成一定规模的水体，可为生物栖息提供场所，靠近拦河建筑物处水深相对较深，适合鱼类等生活，靠近蓄水区末端的浅水区适合虾蟹类生物生长，净化作用的水生植物又为其他生物提供生存空间，本项目的建设为生物多样性提供可能的条件。

5 结 语

本工程具有蓄水效益高、投资少、环境负效应小等明显优势，它在水资源人工调蓄、地表水与地下水联合调度、生态环境问题的控制与修复、水资源战略储备以及应急供水中可发挥重要作用。

工程建成后可新增供水343.7万m3，对提高农业灌溉保证率、缩短灌溉周期，缓解地下水开采压力等都有着积极的促进作用。工程的设计理念对干旱地区水资源开发利用也有着一定的借鉴意义。