汭河灌区节水改造工程中的可供水量分析

黄凯歌

(崇信县水利工程建设站，甘肃 崇信 744200)

1 概况

汭河是泾河上中游右岸的一级支流，发源于六盘山、陇山分水岭的东麓，源地最高海拔2670 m，上游由策底河、北汭河、南汭河及南川河汇流而成。汭河灌区位于崇信县中部，灌区大部分为河谷两岸川地。区域土壤肥沃，是当地主要的农业生产基地和企业较发达地区，在崇信县的经济发展中占有重要地位。汭河灌区现存的骨干工程建设为锦屏镇的农业发展奠定了基础。但是，由于后续资金投入不足，灌溉配套工程不完善，加上现有工程老化失修，影响了工程效益的发挥。此外当前渠系存在灌溉水利用系数低、灌溉管理粗放，导致水资源浪费很大，严重违背了当前高效利用水资源的宗旨，有必要对汭河灌区进行节水工程改造[1]。在进行节水改造工程建设之前，摸清当前汭河灌区的可供水量[2-4]，为后续的工程设计提供参考依据。

2 来水量分析

2.1 径流特性

铜城水库位于甘肃省崇信县境内的汭河中上游的干流上，坝址以上河道长59.9 km，控制流域面积1146 km2，具有引水灌溉、河水拦蓄和为崇信电厂供电等作用。控制流域上的径流主要来源于大气降水，其中以雨水补给为主，雪水补给为辅。全年可分为4—6月春汛期，由上游冰雪融水和降水补给；7—10月上旬为夏秋洪水期，以大面积降水补给为主；11—12月为平水期，以地下水补给及河槽储蓄量为主；次年1月—3月为冬季枯水期，以地下水补给为主，水量小而稳定。径流年内分配7—10月占全年径流量的比例大约为65.0%，12月—次年3月占全年径流量的11.5%，2月份最小，仅占2.8%。

2.2 径流还原

安口站和袁家庵站位于汭河干流上，自上而下设有安口、袁家庵水文站，上游南北汭河交汇口设有华亭水文站，观测项目为流量、泥沙、降水。安口站和袁家庵站水文站上游有农业灌溉用水、工业用水、城镇生活用水、水库蓄水以及管道引水工程等。因此其实测径流过程不能完全反应流域的天然径流特点，需要进行用水量还原计算。还原计算采用分项调查法[5]，计算时段内天然年径流的计算公式(1)如下：

W天然=W实测+W农灌+W工业+

W城镇+W库蓄+W引水

(1)

式中：W天然为还原后的天然径流量，m3/s；W实测为水文站实测径流量，m3/s；W农灌为农业灌溉耗损量，m3/s；W工业为工业用水耗损量，m3/s；W城镇为城镇生活用水耗损量，m3/s；W库蓄为大中型水库蓄水变量，增加为正，减少为负，m3/s；W引水跨流域(或跨区间)引水量，引出为正，引入为负，m3/s。

甘肃省水文水资源局2013年编制的《平凉市水资源调查评价》对水文站控制断面以上的农业用水、工业用水、城镇生活用水、水库蓄水变量等几部分的水量进行了翔实的调查和统计，实测径流量采用安口站和袁家庵站的水文数据，即可获得汭河流域的天然径流量。图1为安口水文站1975—2017年和袁家庵水文站1954—2017年同期天然年径流量相关关系图。

图1 安口水文站和袁家庵水文站天然年径流量相关关系

安口水文站与袁家庵水文站之间无大的支流汇入，控制流域面积相差31%，根据图1所示的1975—2017年安口水文站与袁家庵水文站同期年径流量建立相关关系，见式(2)：

W安=0.9418W袁-0.285

(2)

两者的相关系数为0.9118，相关性较好。按照此相关关系，对安口水文站1975年之前的资料进行插补延长，得到安口水文站1954—2017年长系列天然年径流系列。

2.3 径流代表性分析

选择安口水文站作为代表站进行分析，绘制安口水文站年平均流量过程线图，作年平均流量逆时序累积均值、差积曲线图，分别如图2和图3所示。可以看出，年平均流量均值随系列的增长逐渐趋于稳定，平均流量系列丰、平、枯交替出现。总的来看，安口水文站1954—2017年天然径流过程中包含了丰、平、枯水年组，此外图中包含了较长的枯水段，对供水较为不利。从丰、平、枯水年组成情况看，安口水文站1954—2017年记录的天然径流过程系列具有良好的代表性，可用于后续的灌溉用水量估计。

图2 安口水文站天然年径流量过程及累积曲线

图3 安口水文站天然年平均流量差积曲线

2.4 径流计算

2.4.1 安口站设计天然径流

根据安口站1954—2017年天然径流系列，进行频率分析计算，用数学期望公式计算经验频率，以P-Ⅲ型曲线为线型，适线法确定统计参数，绘制了安口站频率曲线，计算得安口站天然多年平均流量为4.60 m3/s，多年平均径流量为14 539万m3，变差系数Cv为0.55，Cs/Cv为2.5。不同频率设计年径流量如表1所示，可以看出在5%频率下的天然径流量最大，达到了30 000万m3。袁家庵站天然多年平均流量为5.39 m3/s，多年平均径流量为16 988万m3。

2.4.2 设计径流成果的合理性分析

查《平凉市径流深等值线图》，铜城水库流域重心处径流深约为100～150 mm左右，本次计算天然径流深128 mm与等值线图基本接近，说明本次计算的径流成果是基本合理的。

2.4.3 径流年内分配

代表年的选择原则按典型年的年径流量接近设计频率的径流量为原则，并考虑需水期较枯的年份，选取安口站1978年为P=50%的代表年，按典型年逐月径流量比例计算铜城水库、区间P=50%保证率的径流年内分配过程，如表2所示。

表1 安口站和袁家庵站天然设计径流成果 万m3

表2 P=50%保证率的逐月径流过程

从表2可以看出，铜城水库全年的径流量为12 913万m3，夏季7—9月的径流量占了全年总径流量的50%，而冬季枯水期仅占10%左右，表明一年内的径流量丰、平、枯三者交替出现，计算结果较合理。

3 可供水量分析

计算可供水量时，汭河灌区灌溉保证率选取50%。

3.1 铜城水库实际来水量分析

铜城水库上游华亭县境内有王峡口水库，位于汭河支流北汭河上，其坝址控制流域面积117 km2，兴利库容60万m3，多年平均径流量为1866.28万m3，供水任务为向华亭发电厂、华明电厂提供工业供水和黎明川灌区提供灌溉供水。铜城水库上游策底河建有石堡子水库，坝址以上控制流域面积486 km2，总库容710万m3，多年平均径流量为6235.87万m3，供水任务为向华亭县砚峡乡提供工业生活供水。

铜城水库坝址断面处的年径流量为坝址断面处的天然径流量扣减上游水库供水量，再计入水库及工农业用水的回归水量，为铜城水库坝址处的实际年来水量。

铜城水库P=50%保证率的天然径流量为12913万m3，上游总供用水量为2208万m3，回归水量为331万m3。铜城水库P=50%保证率下的实际来水量为11 037万m3。

3.2 铜城水库径流调节计算

铜城水库下泄生态基流按坝址处多年平均流量的10%，即年下泄生态基流1470.6万m3。根据2009年黄河水利委员会《关于崇信电厂一期在铜城水库取水的相关审批意见》，在不考虑新建水库工程情况下，铜城水库仅为崇信电厂一期工程供水，并兼顾下游灌溉供水。电厂一期工程需水量330.9万m3。铜城水库目前实际灌溉面积0.2万hm2，年灌溉用水量为500.1万m3。

调节计算采用典型年法，即采用同频率的设计来水过程与需水过程进行对比分析计算，调节计算时段为月，计算原则如下：

(1)铜城水库运用方式：6—10月敞泄排沙，其他时段最高可蓄至正常蓄水位1234.1 m，兴利库容为308万m3。

(2)以上述分析的来水量作为平衡分析基础数据，计算时段以月为单位。

(3)合理反映工程区内水资源供需平衡的实际情况。

根据上述原则进行铜城水库的调节计算，考虑水库的年预留生态基流1470.6万m3，崇信电厂需水量330.9万m3，灌区灌溉用水量为647.0万m3，损失水量43.1万m3，获得铜城水库年下泄水量为8280.0万m3。表3为P=50%铜城水库径流调节计算表。

表3 P=50%铜城水库径流调节计算 万m3

4 结 语

灌区续建配套与节水改造是强化水利行业管理，实行水利产业化发展的迫切需求。由于当前汭河灌区现存渠系老化严重，急需对灌区进行工程建设。本文计算了汭河灌区的当前的可供水量，为后续节水改造工程设计提供基础性的指导，有利于后续灌溉制度的设计和渠道工程规模建设。有利于解决水资源供需矛盾，提高灌溉保证率，降低农业成本。