洋河干流水沙变化对下游灌区的影响研究

朱思瑾 李昊哲

为贯彻落实党的十九大精神，大力推动全社会节水，国家发展改革委、水利部印发了《国家节水行动方案》（以下简称《方案》）。《方案》中提出，大力推进节水灌溉，推广喷灌、微灌、滴灌、低压管道输水灌溉等一系列技术措施［1-2］。2016 年，国家发改委会同水利部、国家林业局印发了《永定河综合治理与生态修复总体方案》，提出水资源节约与生态用水配置等一系列要求［3］。永定河流域洋河二灌区积极响应国家号召，施行节水综合改造，打造以微灌、管灌为主要灌溉方式的高效节水灌溉面积1 133.33 hm2（1.7万亩）。

根据GB/T 50485—2009《微灌工程技术规范》，微灌水质中悬浮固体物质浓度低于50 mg/L 时，淤堵可能性较低；悬浮固体物质浓度在50~100 mg/L时，淤堵可能性中等；悬浮固体物质浓度高于100 mg/L时，淤堵可能性较高［4］。为进一步明确节水综合改造后，灌区非汛期引水含沙量情况以及设置沉沙池的必要性，本文采用实测资料分析方法，以工程区范围内怀来气象站和响水堡水文站1964—2019年长系列实测降水、流量、含沙量资料为依托，分析2站年际、汛期、非汛期上述要素变化趋势，以期对洋河二灌区未来实施高效节水灌溉方式后非汛期引水含沙量是否超标以及设置沉沙池的必要性进行全面论证。

1 研究区概况

1.1 灌区基本情况

洋河二灌区位于河北省西北部、官厅水库上游的永定河流域，灌区西起张家口市下花园区，东至怀来县沙城镇，北至京张公路和京包铁路，南至洋河北岸。灌区渠首位于鸡鸣驿村西的洋河北岸，引洋河水进行农田灌溉。灌区设计灌溉面积7 333.33 hm2（11 万亩），有效灌溉面积6 666.67 hm2（10 万亩），现状实际灌溉面积5 466.67 hm2（8.2万亩）。

洋河是永定河一级支流，属海河流域，发源于内蒙古自治区兴和县东洋河，向东流经怀安、万全县，折东南经宣化、张家口市下花园区，至涿鹿、怀来交界处与桑干河交汇后称永定河，后入官厅水库。洋河河道全长253 km，流域面积为15 470 km2。洋河二灌区一干渠引水口位于怀来县与涿鹿县分水口断面下游1.8 km处，引水口断面以上流域面积为14 758 km2，分水口断面以上流域面积为14 749 km2。一干渠引水口上游12.3 km 处设有响水堡水文站。

1.2 水利工程概况

洋河流域自上至下分别建有友谊水库、洋河水库等大中型水利工程。其中东洋河友谊水库（水库总库容1.16亿m3）控制流域面积2 250 km2，主要任务为下游灌溉（包括集成渠和四清大渠2个灌溉渠道控制的灌区）。洋河干流的洋河水库位于响水堡水文站上游5.94 km 处，该水库为中型水库，控制流域面积为14 140 km2，总库容为5 750万m3，现有库容为1 800万m3。

2 水文站水沙变化特征分析

2.1 径流变化

统计响水堡水文站1964—2019 年实测径流系列，多年平均径流量2.52亿m3，径流年际变化较大且年内分布不均，汛期（6—9月）径流量占全年径流量的44.1%。由图1 和图2 可知，与1964—1980 年相比，2000年后水文站实测年径流量和汛期径流量均呈显著减少趋势。

图1 响水堡水文站年径流系列

图2 响水堡水文站汛期径流系列

由图3可知，1964—1980年怀来气象站年降水量与响水堡水文站实测年径流量变化趋势相近；1980年后年降水量有增加趋势，但同期年径流量大幅下降。由于洋河水库于1973 年下闸蓄水，1980年前后逐年径流量与同期降水量的关系发生本质变化，上游降水形成的径流被水库拦截、流域土壤持水能力大幅提升，响水堡水文站来流量仅来自于洋河水库下泄流量和水库至水文站区间的坡面流入汇，年径流量呈大幅减少的趋势。因此，未来很长一段时间内，响水堡水文站年径流量仍不会有明显的增加趋势。

图3 怀来气象站年降水量—响水堡水文站年径流量关系

2.2 含沙量变化

由表1可知，1964—2009年水文站汛期含沙量约为非汛期的10 倍，2010—2019 年间，非汛期含沙量均为0；水文站汛期输沙量占比自1964—1972年间的85.8%增长至2010—2019 年间的100%。因此，水文站汛期径流量占比呈降低趋势而输沙量占比呈增加趋势，也间接反映出水文站年输沙量的减少、非汛期径流量占比提高和水流含沙量降低的趋势。

表1 响水堡水文站不同年系列实测全年、汛期和非汛期平均含沙量、输沙量

根据水文站近20 年水沙资料分析，仅2000 年和2004年非汛期输沙量不为0，其中2000年有54 d，最大含沙量为7 kg/m3，2004年有77 d，最大含沙量为23.5 kg/m3，占非汛期总天数比例仅为2.7%。近20 年中有10 年汛期输沙量不为0，共计215 d，占汛期总天数比例仅为8.8%，且近10 年汛期水流含沙量也较低，为0.32 kg/m3。

据此可以判断，若上游洋河水库非汛期未有特大洪水入库，洋河二灌区非汛期约有97%的概率可以引到水流含沙量符合喷灌规范标准的灌溉用水；若上游洋河水库汛期未有特大洪水入库，洋河二灌区非汛期约有90%的概率可以引到水流含沙量符合喷灌规范标准的灌溉用水。此外，洋河二灌区并非全时段微灌，因此尽量避开水流含沙量大于0的日期进行引水微灌。

2.3 悬移质颗粒级配

洋河响水堡水文站位于洋河水库下游约6 km，经水库沉积，出库泥沙粒径较细。悬移质泥沙颗粒级配年际、年内各月差别不大，统计洋河响水堡水文站悬移质泥沙颗粒级配可知水文站悬移质泥沙最大粒径为0.5 mm，小于0.1 mm泥沙占比达90%以上，小于0.08 mm泥沙占比达85%以上，d50为0.032 mm。

2.4 上游水利工程建设情况

现状洋河干流已修建多座拦河坝，自2011年起洋河中游段左卫镇207国道至宣大高速公路洋河大桥段已开展了生态治理工程，共布设了28座蓄水建筑物，包括16 座橡胶坝、7 座溢流坝和5 座水力翻板坝，这些拦河蓄水建筑物的建设对于洋河水库入库沙量的大幅减少有直接作用。近年来洋河干流自洋河水库至洋河二灌区区间河段也开展了生态治理工程，修建了多座拦河溢流景观坝。拦河溢流景观坝库容均较小，为长期保持城区河道水面景观，河道管理部门会定期清理拦河坝淤积泥沙。因洋河水库入库径流大多为城镇生活与工业退水，出库水流含沙量很低，区间来沙也将被多座拦河景观坝拦截大部分，这将进一步降低洋河二灌区渠首引水含沙量。

2.5 上游支流入汇水沙情况

洋河二灌区一干渠引水口断面以上流域面积为14 758 km2，洋河水库坝址以上流域面积为14 140 km2，洋河水库—二灌区渠首区间流域面积618 km2，较大支沟只有在洋河左岸下花园区汇入的戴家营河，流域面积约155 km2。因流域面积较小，一般日降雨量不大于40 mm 时不会产生较大流量汇入洋河。当地一旦发生暴雨并形成洪水时，戴家营沟汇入洋河的水流含沙量会大于0。

3 结论及建议

3.1 结 论

现状洋河二灌区渠首非汛期引水灌溉水流较清澈，水中几乎不含有泥沙颗粒，每年非汛期引水含沙量为0 的时间约为97%，基本不影响灌区引水喷灌；每年汛期引水含沙量为0 的时间约为90%，同样基本不影响灌区引水喷灌。因此，洋河二灌区引水渠前无需设置沉沙池，可满足规范要求的微灌引水含沙量要求。

3.2 建 议

建议在引水渠渠首适当位置设置水流含沙量观测设备，当监测到水流含沙量高于0.1 kg/m3时，应及时停止引水微灌。