南溝門水利樞紐工程下泄低溫水對下游洛惠渠灌區影響初探

王海山

（陜西省水利電力勘測設計研究院 陜西 西安 710001）

1 概述

陜西省延安市南溝門水利樞紐工程（以下簡稱“南溝門水利樞紐工程”）位于陜西省延安市黃陵縣境內的洛河支流葫蘆河下游，其壩址下距河口（葫蘆河入洛河交匯口）約3km，工程總投資18.82億元。設計攔河大壩為均質土壩，最大壩高66m，壩頂總長504.4m，總庫容2.0006億m3。是陜西省委、省政府確定的“十二五”十大重點水源工程之一，是以防洪、供水為主，兼顧灌溉和發電等綜合利用的大型水利工程。其主要開發任務是解決黃陵縣城、延安石油化學工業區、華能延安電廠的生產生活用水，發展隆太塬灌區，并向洛惠渠灌區補水。該工程建設對破解陜北能源化工基地水資源瓶頸，提高葫蘆河及洛河流域整體防洪能力，保障和促進延安地區經濟社會發展、促進富民強市具有重大意義。目前工程建設工作正在穩步推進。

南溝門水利樞紐工程運行后，其主要任務之一是向其下游158km處的洛惠渠灌區補水。在運行方式上通過水庫調節，每年在灌溉期保證至少給洛惠渠渠首補足1198.3萬m3的水量。由于建成后的水庫壩前水深達62m，成為水溫分層型水庫，庫區水溫隨水深垂直變化較大而導致水庫向洛惠渠灌區補水水溫與天然河道水溫可能有很大的不同[1]。而低溫水灌溉往往會限制地溫提高，導致農作物減產現象。因此，有必要研究南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區補水期間下泄水溫及其在下游河段到達洛惠渠灌區取水口的恢復程度。

2 工程建成后向洛惠渠灌區補水下泄水溫

2.1 向洛惠渠灌區補水過程

為了不影響下游的洛惠渠灌區用水，南溝門水利樞紐工程在調度與運行方式上將保證每年在灌溉期間向洛惠渠灌區補足1198.3萬m3水量，補水時間段完全與洛惠渠灌區灌溉制度一致（洛惠渠灌溉制度見表4）。補水方式是通過壩后引水發電洞發電后，經匯流池旁退水渠退回河道，流向下游的洛惠渠渠首樞紐取水口，沿程距離約158km。引水發電洞放水塔進口底板高程823.0m，在正常蓄水位848.0m高程以下25m處取水。

2.2 水庫放水口下泄水溫變化趨勢

根據南溝門水庫垂向水溫預測結果，南溝門水利樞紐放水口下泄的水體溫度[1]與天然河道的水溫[3]有較大的區別，比較結果見表1。

由表1可知，下泄水溫總體變化趨勢為水溫夏季比天然河流低、冬季比天然河流高。具體而言，各月的變化情況特征是：

在枯水期的11月～翌年3月冬灌和春灌期間，南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區補水的下泄水溫要高于天然河道來水水溫。而在4月～10月期間，下泄水溫要低于天然河道來水水溫，尤以6月～8月低溫水差別最為明顯，最大溫差在7月份達11.5℃。補水河段沿程距離約158km，在到達下游洛惠渠灌區渠首取水口處若尚未完全恢復至天然河道水溫，則可能會對灌區農作物生長產生不利影響。

3 補水時段放水口下泄水溫在下游河段恢復長度的分析

3.1 預測方法

目前，水庫下泄低溫水在下游河道的沿程變化的預測方法有數學模型法和經驗法。根據西安理工大學唐旺、周立德等人的研究，經驗法和數學模型法對于壩址下游河道影響長度的趨勢是一致的[2]。本次采用經驗法預測。

采用日本農林省建議的公式：

式中，x——影響長度，m；

C——水的比熱，J/kg.k；

表1 南溝門水利樞紐放水口水溫與洛河河道天然水溫比較 （℃）

表2 洛河交口河斷面～狀頭斷面區間天然來水水文特性指標統計表

表3 南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區補水期間下泄低溫水在河道恢復長度（km）

表4 洛惠渠灌區灌溉制度表

ρ——水的密度，kg/m3；

ν——x區間水的平均流速；m/s；

D——x區間河道平均水深；m；

Δθ2——水庫放水水溫與天然河道水溫溫差，℃；

α——比例系數，可取41.86J/m2.k.s；

β——比例系數，可取2093.4-4186.8J/m2.k.s；

θ∞——平衡水溫，℃；

θ——主流水溫，℃；

θt——支流和其他水溫，℃。

洛河南溝門水利樞紐壩址～洛惠渠灌區渠首取水口約158km河段支流較大的支流有沮河、仙姑河、五里河、沙家河、白水河、縣西河6條，但其河上分別建有鄭家河水庫、拓家河水庫、福地水庫、石堡川水庫、故現水庫、五一水庫，這些水庫蓄水后匯入洛河干流的流量極小，該河段也沒有其他工業退水排入。因此，支流匯入的影響可以忽略。由于水庫補水期間下泄低溫水在4月～10月期間，其余時段，水庫下泄水溫高于河道天然來水水溫。因此，本次只預測4月～10月期間低溫水在下游河道的恢復長度。

3.2 輸入參數

南溝門水利樞紐位于洛河交口河附近，其壩址下距葫蘆河入洛河交匯口（即交口河斷面）約3km。洛河交口河斷面～洛惠渠渠首取水口（狀頭斷面）河段建有交口河水文站和狀頭水文站，控制了這一河段的水文情勢的變化，有長期系列觀測資料。對這一區間兩水文站實測水文數據[3]的統計結果見表2。

3.3 預測結果

根據預測模式，結合表4的基本參數，預測南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區補水期間下泄低溫水在下游河道影響長度見表3。

根據表3預測結果，在9月、10月期間水庫放水進入河道的下泄低溫水在下游河道恢復距離超過補水河道區間長度158km（分別為265.585km、236.638km），而其他時段水庫下泄低溫水在下游河道到達洛惠渠灌區渠首取水口之前，水溫已經恢復到天然來水的溫度。

4 對灌區影響的綜合分析

根據上面預測結果，僅在每年9月、10月期間水庫放水進入河道的低溫水在到達洛惠渠灌區取水口時尚未完全恢復。依據洛惠渠灌區灌溉制度[4]（見表4），全年灌溉天數202d，作物補水主要時段一般在枯水期的的11月～翌年3月冬灌和春灌期間，經歷天數93d。而9月和10月一般不需要灌水，此時段灌區取水口進水閘關閉。

上述分析表明：南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區補水時段下泄的低溫水在到達灌區取水口時水溫可以恢復，對灌區農作物生長基本沒有影響。

5 結論

（1）南溝門水利樞紐工程向下游洛惠渠灌區補水期間，放水口下泄水溫在枯水期的11月～翌年3月冬灌和春灌期間高于天然河道來水水溫。而在4月～10月期間下泄水溫要低于天然河道來水水溫，尤以夏季6月～8月低溫水差別最為明顯，最大溫差在7月份達11.5℃。

（2）南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區補水時段，放水口下泄低溫水在到達下游的洛惠渠灌區取水口水溫可以恢復。對灌區農作物生長基本沒有影響。陜西水利

[1]陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西省延安市南溝門水利樞紐工程環境影響報告書（R），2009.11：123-124.

[2]唐旺、周立德等，水庫下泄低溫預測研究（D），西安理工大學碩士論文.

[3]水利部黃河水利委員會，中華人民共和國水文年鑒（第四卷黃河流域水文資料第8冊 涇洛渭區 涇河、北洛河水系）（R）,1989.5、1990.5.

[4]陜西省水文水資源勘測局，陜西省延安市南溝門水利樞紐工程水資源論證報告（R），2006.3：52-54、123-127.