关于黄河下游曹店引黄闸可引黄水量的分析计算

李晓丽，常兵兵，袁 野

(山东新汇建设集团有限公司，山东 东营 257091)

1 黄河利津水文站基本情况

黄河山东段自上而下共设有高村、孙口、艾山、洛口和利津5个基本水文站，担负着山东黄河水沙测报任务，其测报标准均相应于花园口站洪峰流量22 300 m3/s确定。

其中，利津水文站位于E118°18′，N37°31′，在洛口站下游165 km处东营市利津县境内，距胜利引黄闸4.9 km，距双河引黄闸33 km，是黄河入海水沙控制站，同时为下游防洪、防凌服务，对黄河三角洲的治理与规划具有非常重要的作用。该河段属弯曲性河段，U形河槽，断面宽600 m，主槽宽500 m，右滩宽100 m，漫滩水位14.20 m。该站1934年6月设站，有较长系列的观测资料，观测资料10个。

2 曹店引黄闸基本情况

曹店引黄闸为黄河利津水文站上游第二个引黄取水口，位于东营区龙居乡曹店村附近，闸前设计水位10.24 m，闸后设计水位9.89 m，闸底板高程7.89 m，设计与加大引水流量分别为30、80 m3/s，现状引水流量50 m3/s[1]，2017年随着黄水东调工程建设，曹店引黄闸建设闸前泵站，泵站设计流量35 m3/s。

3 可引黄水量分析

3.1 资料系列的选择

利津水文站实测径流系列因受到流域水文、气象变化、大中型水库调节、流域治理以及引黄用水等因素的影响[2]，使不同年代天然径流量与实测径流量之间存在较大差异[3]，因此系列的选定考虑以下条件：

1) 代表系列选择流域已有水利工程运用相对稳定的时段，能反映现状工程对径流的影响。

2) 引黄水量相对稳定，基本代表现状用水水平。

3) 包含天然径流丰、平、枯系列变化，资料系列长度不少于25年。

综合考虑以上条件，选定1980-2018年实测资料，分析现状条件下利津站可引黄水量，并对所选系列进行分析。

3.1.1 系列一致性分析[4]

根据黄委会统计资料，黄河流域上世纪50年代平均年引用水量130.5×108m3，60年代为184.3×108m3，70年代为252.0×108m3，80年代314.7×108m3，90年代300.1×108m3；小浪底水库运用后，2000-2018年平均年引用水量为273.1×108m3。80年代以后，流域引用水基于稳定，可作为现状来水条件分析。

3.1.2 系列代表性分析

由于受黄河流域引黄工程和大中型水库调节影响[2]，近70年来，黄河径流量发生了很大的变化。利津站1950-2018年平均年来水量304.6×108m3，1950-1979年平均年来水量430.3×108m3[5]，1980-2018年平均年来水量193.7×108m3[5]，1980年以后由于上游引用水量增加，来水量明显减少[6]。利津站1950-2018和1980-2018年两个系列的统计参数见表1。

表1 利津水文站不同保证率来水量表 /108 m3

根据表1，1980-2018年系列均值比1950-2018年偏少110.9 m3，偏少36.4%。为保证引黄供水，采用1980-2018年来水量分析计算偏于安全，比较合理。

3.2 利津站可引水天数分析

引黄过程主要受黄河流量、含沙量、水位及冰凌等因素影响[7]，根据利津站水文资料和现有工程运行情况，拟定以下引水控制条件：

1) 控制流量。黄河流量大于5 000 m3/s时，为保证大堤安全，不引水[7]；根据黄河河务局2002年5月编制的《黄河下游水量调度责任制(试行)》，为保证黄河不断流、维护其生态功能，利津站小于50 m3/s时不引水。

2) 控制含沙量。为减轻沉沙池清淤负担，延长使用寿命，当黄河含沙量大于30 kg/m3时不引水。

3) 黄河调水调沙期间不引水。在以上可引水条件的基础上，扣除调水调沙时段。

4) 冰凌控制。冰凌期从冰凌开始至结束分为岸冰、淌凌流冰、封冻和开河4个阶段。根据引黄经验，流冰期(含冰塞、冰坝、冰滑动)易对引水建筑物造成损害，不宜引水；全河封冻期按50%的时间引水，其它冰情按可引水统计。

根据上述可引水条件，对黄河利津站1980年7月至2018年6月水文年系列实测流量、含沙量、冰情及调水调沙资料，逐日、逐月、逐年进行统计分析，得到利津站历年逐月可引水天数统计图，见图1。

图1 利津水文站历年可引水天数统计图

3.3 利津站可引黄水量分析

根据利津水文站1980年7月至2018年6月水文年系列实测流量资料和历年逐月可引水天数，统计利津水文站历年可引黄水量，统计图见图2。

图2 利津水文站历年可引黄水量统计图

3.4 不同保证率可引黄水量和可引水天数分析

采用P-Ⅲ型频率曲线，取Cs/Cv=2.0，对现状条件下利津站可引黄水量系列进行频率适线，见图3。不同保证率利津站可引黄水量见表2。

图3 利津水文站历年可引黄水量频率曲线图

表2 利津站可引黄水量分析成果表

对历年可引水天数进行从大到小排序，计算历年可引水天数经验频率，点绘各可引水天数经验频率点据，利用“多项式”对经验频率点据进行拟合[8]，拟合曲线见图4。根据拟合曲线求出各保证率的可引水天数，参见表2。

图4 利津站可引水天数经验频率拟合曲线图

3.5 保证率95%典型年可引黄水量月分配

经分析，利津站保证率95%的可引黄水量为139 489×104m3，可引水天数为125 d。按照可引黄水量最接近原则，选取的典型年为2001年7月至2002年6月水文年；按照可引水天数最接近原则，选取的典型年为2002年7月至2003年6月水文年。从黄河2002年7月至2003年6月逐月来水天数来看，1-5月份的来水天数均为0；而黄河小浪底水库调水调沙后，黄河来水条件变好，基本不存在断流现象；再根据东营市近几年实际引黄情况，1-5月份处于春灌期间，每月均有农业灌溉及水库充库引水记录，因此2002-2003年与现状实际引水情况矛盾，代表性不好。综合考虑确定，选取2001年7月至2002年6月水文年作为95%保证率典型年。

采用同倍比放大法，求得95%保证率典型年逐月可引黄水量、可引水天数。利津站保证率95%典型年逐月可引黄水量、可引水天数见表3。

表3 利津站保证率95%逐月可引黄水量、可引水天数表

3.6 曹店引黄取水口可引黄水量分析

曹店引黄闸为黄河利津水文站上游第二个引黄取水口，区间有胜利引黄闸，主要负责东营区生活、工业、农业供水。由于黄河利津水文站实测资料中不包含胜利闸和曹店闸的实际引黄水量，因此在计算曹店闸可引黄水量时，需要在利津水文站可引黄水量中加入胜利闸和曹店闸现状实际引黄水量，公式如下：

W还原=W实测+W现状

式中：W还原为引黄闸还原后可引黄水量；W实测为根据利津站实测资料推算的可引水量；W现状为胜利闸、曹店闸现状实际引黄水量。

根据上式计算，曹店闸95%保证率典型年逐月可引黄水量、可引水天数见表4。

表4 曹店闸保证率95%逐月可引黄水量、可引水天数表

4 结 语

通过以上计算可确定，曹店引黄闸在保证率95%典型年时，可引黄水总天数为136 d、可引水总量为151 853×104m3，该结果可以为曹店引黄闸供水范围内相关供水项目规模的确定提供参考依据。