硯瓦河小流域壩系蓄水用水及效益分析

馬安利

(黃河水利委員會(huì)黃河上中游管理局，陜西西安710021)

1 小流域壩系基本情況

硯瓦河小流域隸屬河南省濟(jì)源市，距離濟(jì)源市區(qū)約18.6 km，是黃河一級(jí)支流，流域面積89.39 km2。該小流域?qū)偻潦絽^(qū)，海拔190—595 m，區(qū)內(nèi)崗巒起伏、溝壑縱橫，地勢北高南低，地貌由梁、坡、溝組成，其中坡面面積較大，占流域面積的81%。流域內(nèi)有主溝1 條、較大支溝3 條、中小支溝及毛溝76 條，溝壑密度為3.1 km/km2。該小流域位于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季交替比較明顯，年平均氣溫14.3 ℃，最高氣溫43.4 ℃，最低氣溫－20℃，年均降水量696 mm，降水年內(nèi)分配不均，6—9月份降水量占全年降水量的74.0%，且多以暴雨形式出現(xiàn)，歷時(shí)短、強(qiáng)度大是造成流域水土流失的主要外部條件，同時(shí)降水的地域分布也不均勻，虎嶺一帶多年降水量較大，向南降水量遞減。流域內(nèi)主溝和較大支溝有基流，年均徑流量0.14 億m3，徑流主要來源于汛期暴雨產(chǎn)生的洪水。2005年3月至2008年8月，硯瓦河小流域壩系工程累計(jì)建成淤地壩46 座，其中骨干壩6 座、中型壩12 座、小型壩28 座。

2 監(jiān)測技術(shù)方法

硯瓦河小流域壩系監(jiān)測工作從2006年10月開始，截至2010年10月已監(jiān)測骨干壩6 座、中型淤地壩12 座、小型淤地壩28 座。

2.1 蓄水監(jiān)測

骨干壩和中型淤地壩有原始庫容曲線，故蓄水量監(jiān)測多采用庫容曲線法［1］，即根據(jù)壩前水尺上的水位值和水位—面積—庫容曲線，推算淤地壩蓄水量。小型淤地壩沒有原始庫容曲線，其蓄水量監(jiān)測采用下式估算:

式中:W 為蓄水量，m3;B 為壩址處上游平均水面寬，m;h 為壩址處上游平均水深，m;L 為壩址以上回水長度，m;K 為壩區(qū)溝道斷面形狀系數(shù)，其中V 形溝道K=0.17，U 形溝道K=0.25。

2.2 用水量監(jiān)測

(1)灌溉用水量。有條件的在取水口附近設(shè)置量水堰(槽)或渠道斷面，在灌溉用水期間進(jìn)行流量觀測，其計(jì)算公式為

式中:Wg為灌溉用水量，m3;Qg為流量，m3/s;T 為歷時(shí)，s。

對(duì)無法實(shí)測用水量的淤地壩，可在實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上采用下式計(jì)算:

式中:n 為年灌水次數(shù)，次;q 為灌水定額，m3/(次·hm2);m 為灌溉面積，hm2;其余符號(hào)意義同上。

(2)人畜用水量。人畜用水量通過調(diào)查受益區(qū)用水人、畜數(shù)量及年平均用水定額等進(jìn)行估算。

2.3 用水效益監(jiān)測

灌溉增產(chǎn)效益監(jiān)測主要采取調(diào)查的方法，可選取典型地塊作為調(diào)查點(diǎn)［2－3］。典型地塊應(yīng)選在流域內(nèi)有代表性的壩地上，主要種植作物每塊面積不小于0.5 hm2，壩地上各類農(nóng)作物應(yīng)單打單收，分別統(tǒng)計(jì)其單位面積的產(chǎn)量，考慮復(fù)種指數(shù)，按種植面積求得加權(quán)平均單產(chǎn)。根據(jù)典型地塊單產(chǎn)監(jiān)測結(jié)果和壩地各類農(nóng)作物種植面積，推算小流域壩地總產(chǎn)量。養(yǎng)殖效益監(jiān)測主要采用調(diào)查的方法。

2.4 監(jiān)測頻次

蓄水量每年汛前、汛后各監(jiān)測一次，用水量按灌溉次數(shù)監(jiān)測。

2.5 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

硯瓦河小流域壩系蓄水用水監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)為骨干壩6 個(gè)、中型淤地壩12 個(gè)、小型淤地壩28 個(gè)。

2.6 監(jiān)測設(shè)施設(shè)備

設(shè)施(備)配置包括水尺、皮尺、測繩、橡皮船、救生衣、流速儀、流速流量計(jì)、電子經(jīng)緯儀等。

3 監(jiān)測成果及分析

3.1 降 雨

監(jiān)測期(2007—2010年)連續(xù)4年降雨量都小于多年平均降水量，其中2007年降水量比平水年少12%，2010年比平水年少18%，屬平水偏干旱年;2008年降水量比平水年少31%，2009年比平水年少41%，屬大干旱年。

3.2 蓄水量

監(jiān)測期(2006—2010年)骨干壩蓄水量183.79 萬m3，中型壩蓄水量27.68 萬m3，小型壩蓄水量62.30 萬m3，即蓄水量為骨干壩＞小型壩＞中型壩，見表1。

表1 壩系工程蓄水量

3.3 用水量

壩系蓄水主要用于農(nóng)作物灌溉，采取庫區(qū)提灌、自流管道灌溉和干旱時(shí)補(bǔ)充下游河道水量供下游提水灌溉3 種形式，干旱年份灌溉用水多為壩系攔截的河道基流。監(jiān)測期(2007—2010年)骨干壩灌溉用水為41.00 萬m3、中型壩為8.24 萬m3、小型壩為19.46 萬m3，用水量是骨干壩＞小型壩＞中型壩，見表2。

表2 壩系工程用水量萬m3

3.4 用水量變化率

用水量變化率計(jì)算公式為

式中:ηs為用水量變化率，%;Wy為年用水量，包括灌溉用水量和人畜用水量，m3;Wm為年末蓄水量，m3。

表3—6 為骨干壩、中型壩、小型壩及壩系用水量變化，可以看出，相比2007、2010年，2008、2009年大干旱年骨干壩用水量變化率分別為76.56%和76.61%，中型壩和小型壩用水量變化率為50% 以上，壩系用水量變化率分別為78.40% 和74.87%，說明壩系水資源利用率增加，對(duì)抗旱保收及水面養(yǎng)殖發(fā)揮了重要作用。

表3 骨干壩用水量變化率

表4 中型壩用水量變化率

表5 小型壩用水量變化

表6 壩系用水量變化

4 蓄水用水效益分析

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，壩系建成后流域內(nèi)水面面積明顯增加，主要用于灌溉農(nóng)作物及在水面較大的骨干壩、中型壩內(nèi)發(fā)展?jié)O業(yè)養(yǎng)殖。

4.1 灌溉效益

硯瓦河小流域壩系建成后在干旱年份發(fā)揮了較好的抗旱保收增產(chǎn)作用，使部分望天收旱地變?yōu)樗疂驳兀渲蟹鹛脺稀⑼鯗稀稀⑹Y莊北溝骨干壩灌溉面積45.6 hm2;西溝、趙老莊4#、楸樹溝3 個(gè)中型壩灌溉面積13.56 hm2;楊莊1#、楊莊2#、陳胡莊1#、陳胡莊3#、后段溝等10 個(gè)小型壩灌溉面積37.1 hm2。

4.2 養(yǎng)殖效益

2010年佛堂溝、王溝、劉溝、蔣莊北溝、棗樹莊5 個(gè)骨干壩和韭菜坡中型壩水面養(yǎng)殖面積共計(jì)15.75 hm2，采取鯉、鰱、鯽魚混養(yǎng)。西溝、趙老莊2 個(gè)中型壩和2 個(gè)小型壩水面養(yǎng)殖面積共計(jì)1.40 hm2，主要養(yǎng)殖鯉魚。經(jīng)調(diào)查，小流域養(yǎng)殖業(yè)年產(chǎn)量為1 950 kg/hm2，年總產(chǎn)量達(dá)33.5 t。

5 結(jié) 語

硯瓦河小流域壩系蓄水用水監(jiān)測結(jié)果表明，壩系建設(shè)尤其是在干旱年份發(fā)揮了抗旱保收增產(chǎn)的重要作用，使部分望天收旱地變?yōu)樗疂驳兀a(chǎn)生了明顯的生態(tài)效益。壩系建成后增加了流域內(nèi)的水面面積，利用其發(fā)展?jié)O業(yè)養(yǎng)殖，增加了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入，改變了農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。壩系建設(shè)在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也帶動(dòng)了流域周邊群眾建壩的積極性，當(dāng)?shù)厝罕娪衷谠摿饔騼?nèi)自籌資金新建小型淤地壩13 座，周邊流域群眾也自籌資金新建5座中型壩、11 座小型壩。

［1］胥世斌，茍忠明．聶家河小流域壩系效益監(jiān)測及建議［J］．中國水土保持，2012(8):34－36．

［2］李曉霞．甘肅省黃土高原地區(qū)淤地壩安全運(yùn)用對(duì)策探討［J］．中國水土保持，2012(6):23－24．

［3］李曉堅(jiān)．山西省淤地壩運(yùn)行管理現(xiàn)狀分析［J］．中國水土保持，2011(6):44－45．