滹沱河黃壁莊水庫(kù)以上流域水量平衡方法探討

孫芬花

(河北省石家莊水文水資源勘測(cè)局，河北石家莊050051)

1 流域概況

滹沱河屬于海河流域子牙河水系，發(fā)源于山西省繁峙縣五臺(tái)山北麓，流經(jīng)山西、河北兩省，全長(zhǎng)685 km，流域面積25 168 km2，流至河北省獻(xiàn)縣與滏陽(yáng)河匯合后稱子牙河。黃壁莊水庫(kù)位于河北省鹿泉市黃壁莊鎮(zhèn)黃壁莊村，總庫(kù)容12.1億m3，控制流域面積23 000 km2，占滹沱河總流域面積的95%，是一座以防洪為主兼有灌溉、發(fā)電、工業(yè)和城市生活供水等功能的滹沱河中下游重要的控制性大(Ⅰ)型水利樞紐工程。黃壁莊水庫(kù)與其上游28 km處的崗南水庫(kù)形成階梯水利樞紐，一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)崗南水庫(kù)下泄量的再調(diào)節(jié)，另一方面對(duì)區(qū)間來(lái)水進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。黃壁莊水庫(kù)測(cè)區(qū)內(nèi)的主要入庫(kù)水量由滹沱河崗南水庫(kù)的電洞、泄洪洞、溢洪道、小水電的泄量之和與冶河平山水文站實(shí)測(cè)的入庫(kù)水量、溫塘河和南甸河的入庫(kù)水量以及崗南、平山至黃壁莊水庫(kù)區(qū)間(簡(jiǎn)稱崗黃區(qū)間)的入庫(kù)水量共同組成。

2 水量平衡的概念

所謂的水量平衡是指地球上某一區(qū)域在某一時(shí)段內(nèi)，收入的水量與支出的水量之差等于該區(qū)域內(nèi)時(shí)段始末的蓄水變量。用公式表示如下:

水庫(kù)水量平衡即水庫(kù)在某一時(shí)段內(nèi)，入庫(kù)總水量與出庫(kù)總水量之差等于水庫(kù)該時(shí)段始末的蓄水變量，一般以年來(lái)計(jì)算。入庫(kù)總水量主要包括水庫(kù)入庫(kù)水量、庫(kù)面降水總量以及區(qū)間入庫(kù)水量;出庫(kù)總水量包括水庫(kù)出庫(kù)水量、庫(kù)面蒸發(fā)量以及水庫(kù)滲漏量。公式如下:

理論上講，某段時(shí)間內(nèi)水庫(kù)的入庫(kù)總水量與出庫(kù)總水量之差應(yīng)該等于水庫(kù)該時(shí)段始末的蓄水變量，也即水量是平衡的，但實(shí)際并非如此。由于受人類活動(dòng)的影響，多數(shù)水文站測(cè)驗(yàn)斷面以上的用水量(含引出或引進(jìn)水量)所占比重越來(lái)越大，僅靠水文站測(cè)驗(yàn)斷面的實(shí)測(cè)水量，已不能滿足水量平衡分析計(jì)算的需要。

3 崗黃區(qū)間水量平衡分析

按照歷年水文資料整編時(shí)水量平衡分析計(jì)算方法(以2009年為例)，對(duì)黃壁莊水庫(kù)進(jìn)行逐月水量平衡分析。其入庫(kù)總水量是崗南水庫(kù)的電洞、泄洪洞、溢洪道、小水電的泄量與冶河平山水文站實(shí)測(cè)的入庫(kù)水量之和。崗黃區(qū)間入庫(kù)水量采用冶河平山水文站實(shí)測(cè)月徑流量乘以崗黃區(qū)間面積與平山水文站集水面積的比值來(lái)計(jì)算。通過(guò)分析計(jì)算可知，2009年黃壁莊水庫(kù)水量平衡不符值為0.539 8億m3，明顯不平衡(計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1)。

幾十年來(lái)，由于不斷加劇的人類活動(dòng)強(qiáng)烈改變著流域下墊面的水文特性，使流域產(chǎn)流過(guò)程受到影響。多年以來(lái)，冶河平山水文站斷面以上修建了許多引提水工程，比如冶河灌區(qū)的幾個(gè)渠道(南躍渠、大同渠、興民渠、源泉渠)每年的灌溉季節(jié)從冶河引走大量的水，2009年引水一億立方米以上(調(diào)查值);其上游的威州一帶分布著泉水群，2009年出涌水量約1.7億m3(無(wú)實(shí)測(cè)資料，根據(jù)無(wú)雨季節(jié)上下游水文站實(shí)測(cè)過(guò)水量推算值);還有其它的一些水利工程和工礦企業(yè)引排水。這就使平山水文站實(shí)測(cè)的流量資料逐漸失去完整性，實(shí)測(cè)年徑流量不能代表天然年徑流量，用其推算的崗黃區(qū)間入庫(kù)水量也就不太合理?？紤]以上因素，采用平山水文站的上游水文站，即微水水文站至地都水文站的區(qū)間產(chǎn)流推算崗黃區(qū)間產(chǎn)流，經(jīng)過(guò)平衡計(jì)算可知2009年黃壁莊水庫(kù)水量平衡不符值為0.367 3億m3，較前一種方法水量平衡不符值減少了0.172 5億m3。因?yàn)槲⑺恋囟紖^(qū)間靠近深山區(qū)，水利工程和工礦企業(yè)少了許多，受人類活動(dòng)影響小，流域下墊面的水文特性改變小，區(qū)域產(chǎn)流量比較接近天然徑流量。

表1 黃壁莊水庫(kù)水量平衡計(jì)算表108 m3

由以上兩種方法分析可知，第二種水量平衡計(jì)算方法比第一種方法合理一些，但這兩種計(jì)算方法都沒(méi)有考慮水文站未控的出入庫(kù)水量。比如崗南水庫(kù)出流斷面以下北躍渠和大川渠引出的水量，并沒(méi)有流入黃壁莊水庫(kù)，平衡計(jì)算中應(yīng)扣除;溫塘河與南甸河的入庫(kù)水量也沒(méi)有計(jì)算在內(nèi)(由于受現(xiàn)有資料限制，本次水庫(kù)水量平衡分析計(jì)算，沒(méi)有計(jì)算在內(nèi))。在第二種計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，將調(diào)查水量(水文站未控水量)計(jì)算在內(nèi)后，2009年黃壁莊水庫(kù)水量平衡不符值為0.203 6億m3，較前兩種計(jì)算方法更合理些。三種方法水量平衡不符值比較表見(jiàn)表2，由此可知，第三種計(jì)算方法水量平衡不符值最小。

表2 黃壁莊水庫(kù)水量平衡不符值比較表 108 m3

4 影響水量平衡的因素

(1)區(qū)間產(chǎn)流量計(jì)算方法問(wèn)題。由于冶河平山水文站以上人類活動(dòng)的加劇以及河道兩岸引提水工程的影響，使區(qū)域水文下墊面發(fā)生變化，對(duì)洪水產(chǎn)生很大影響，從而使平山水文站實(shí)測(cè)的流量資料失去了完整性，再用平山實(shí)測(cè)徑流量來(lái)推算崗黃區(qū)間產(chǎn)流量不太合理。

(2)調(diào)查水量的精度問(wèn)題。由于渠道的引水量以及中小型水庫(kù)的蓄水變量等都是調(diào)查值，精度難以保證，給水庫(kù)水量平衡分析計(jì)算帶來(lái)一定誤差。

(3)水庫(kù)滲漏量計(jì)算方法問(wèn)題。歷年水庫(kù)水量平衡計(jì)算中，月滲漏量按月末庫(kù)容的千分之五來(lái)計(jì)算。多年以來(lái)，由于水庫(kù)不斷除險(xiǎn)加固，滲漏量可能減少，再用此法計(jì)算滲漏量不太合理。

(4)水庫(kù)泥沙淤積問(wèn)題。黃壁莊水庫(kù)庫(kù)容曲線是1992年實(shí)測(cè)的，由于人類活動(dòng)的影響，使水文下墊面發(fā)生變化，水土流失加劇。每年主汛期上游河道的洪水夾帶著泥沙一并入庫(kù)，水庫(kù)經(jīng)過(guò)十幾年的泥沙淤積，庫(kù)容發(fā)生改變，庫(kù)容曲線發(fā)生變化，由其查出的水庫(kù)蓄水量欠準(zhǔn)，影響水庫(kù)水量平衡。

(5)河道兩岸農(nóng)業(yè)提水灌溉問(wèn)題。河道兩岸農(nóng)業(yè)提水灌溉用水量，只有估計(jì)量，欠準(zhǔn)確，影響水庫(kù)水量平衡。

5 結(jié)論及建議

(1)將區(qū)間產(chǎn)流和調(diào)查水量等因素綜合考慮的第三種水量平衡計(jì)算方法最合理，水量平衡不符值最小，更趨于平衡。

(2)部分水量要素的測(cè)驗(yàn)結(jié)果或統(tǒng)計(jì)結(jié)果不符合實(shí)際情況，水量要素的測(cè)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確影響了水量平衡。如采用實(shí)測(cè)或巡測(cè)的方法來(lái)計(jì)算水庫(kù)滲漏量，提高水文調(diào)查資料的精度等等，水量平衡會(huì)更加準(zhǔn)確合理。

(3)水量平衡分析過(guò)程中水量要素不夠全面，缺某項(xiàng)水量要素的測(cè)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)影響了水量平衡。要加強(qiáng)水量調(diào)查工作，對(duì)崗黃區(qū)間水文站未控的溫塘河與南甸河、引提水工程、中小型水庫(kù)進(jìn)行實(shí)地勘察，采用輔助站觀測(cè)和面上調(diào)查兩種方法，對(duì)水庫(kù)以上工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水量、引入引出水量、小河道的入庫(kù)水量以及中小型水庫(kù)的蓄水變量進(jìn)行全面調(diào)查或?qū)嶋H巡測(cè)，控制測(cè)區(qū)內(nèi)所有的進(jìn)出水量。

［1］孫芬花.滹沱河崗南水庫(kù)以上流域水量平衡問(wèn)題探討.水文泥沙研究新進(jìn)展——中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)水文泥沙專業(yè)委員會(huì)第九屆學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集［C］.2012.

［2］李文運(yùn)，等.水量平衡分析方法及應(yīng)用［J］.水資源保護(hù).2011(6).

［3］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB50179－93，河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范［G］.中國(guó)水利水電出版社，1993.

［4］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).SL196－97，水文調(diào)查規(guī)范［S］.中國(guó)水利水電出版社，1997.