千山南沙河七號橋上游湖泊工程蒸發和滲漏損失計算探討

張 林

(遼寧江河水利水電工程建設監理有限公司， 遼寧 沈陽 110000)

1 流域概況

1.1 地理位置

千山區位于遼寧鞍山市東南，有南沙河，云量河，楊柳河三大河流過，南沙河源于千山風景區仙人臺，屬太子河的支流。自南流向西北，穿過鞍山市的陳家臺村，歷山村和城崗堡村，穿過沈大高速公路進入遼陽縣，通過遼陽的劉二堡鎮，至青魚灣村南下口子入太子河，南沙流域面積458 km2，全長58.06 km，鞍山境內全長38.73 km，它是流經鞍山市區的最大河流，南沙河上游有大沽山，千山，胡家廟等6個支流，與陳家臺大橋上游匯合為主流。

1.2 氣候氣象概況

千山區屬于北溫帶大陸性半濕潤季風氣候，年平均氣溫為9.4度，它的特點是雨熱同步，干冷同步，光照充足，春季少雨多風，日照時間較長，夏天炎熱多雨，東南風盛行，秋季涼爽適宜，降雨適中，南北風交替出現，冬季寒冷，降水少。該地區的多年平均降水量為739.5 mm，年內降水分布不均。6-9月的降水量占年度降水量的70%～80%，多年平均徑流深度為188.0 mm，多年平均蒸發量為1 636.1 mm，多年平均溫度為9.4℃，極端最高溫度為36.5℃，分別在6月和7月發生，極小值 溫度是-29.9℃，在一月發生，年平均日照時間為2 540.7 h，凍結土的最大深度為118 cm，多年平均風速為3.5 m/s，最大風速為21 m/s。同時風向為SSE(SW)，多年平均最大風速17 m/s。

1.3 水文特征

南沙河千山站多年實測平均徑流量為260.59萬 m3，年徑流深為188.0 mm，年徑流量在年內分布及其不均，7-9月的徑流占年徑流量的67.6%，12-2月的徑流僅占年徑流量的1%，同時，年徑流量的年際分布不均勻，年徑流量最大為1995年出現的796.2萬 m3，最小流量為1999年出現的71萬 m3。兩者之間的差異是11倍之多。南沙河上游是扇形丘陵區，洪水主要是由暴雨造成的，主要發生在七月和八月，洪水漲落急劇，根據對1995年，1996年，2001年和2002年測得的大洪水資料分析，洪水匯合持續約1～2 h，洪水過程通常持續3天，主要洪水每天集中在10 h左右，該地區主要受華北氣旋，江淮氣旋，臺風，低壓冷鋒和高空槽影響。依據對立山站多年實測泥沙數據的分析，立山站多年平均懸移質輸沙量為19.75萬 t。

2 千山風景區水資源及環境問題狀況

千山風景資源豐富，自然景觀和人文景觀尤其宜人，是國家AAAA級風景保護區，但千山風景區最大不足有兩點：(1)有山無水，景區內雖有十幾條小溪，但年徑流年季間變化較大，年內分配不均勻，且河道比降大，缺少調蓄工程，近年來，景區附近礦山的深部開采造成地下水位急劇下降，使得景區的生態環境得到很大破壞，由此造成了景區水資源的嚴重短缺；為了切實提高千山風景名勝區的水資源利用，合理利用該地區的水資源，有效生態環境，建設千山風景區水資源及生態保護工作，在千山風景區南沙河七號橋以上建設積翠湖工程符合水資源合理開發利用的需要。

3 擬建湖泊工程概況

千山風景區南沙河七號橋以上湖泊工程為地表水源工程，工程位于南沙河七號橋以上河道干流上。其中水面面積為92.28萬 m2，庫容為547.4萬 m3；其中千山支流2～6號湖水面面積為41.9萬 m2，庫容為62.9萬 m3；七號橋7～8號湖水面面積為92.3萬 m2，庫容為138.4萬 m3；7處湖總的水面面積為134.2萬 m2，總庫容為201.3萬 m3。依據工程所在南沙河七號橋以上的地表來水量、用水量情況等，分析論證該工程蓄水水量、水質的可靠性和可行性。

4 研究區人工湖蒸發損失計算

七號橋以上擬建人工湖區域，為南沙河上游山間河谷區，該區域多年平均水面蒸發量為1 636.1 mm(20 cm口徑蒸發皿)，多年平均降雨量為739.5 mm，多年平均徑流深188.0 mm。經計算七號橋以上擬建人工湖區年蒸發損失深度為381.1 mm；各人工湖年蒸發損失量之和為49.41萬 m3。各人工湖年蒸發量計算見表1。

表1 七號橋以上擬建湖蒸發損失計算表

人工湖蒸發損失采用以下公式：

△W蒸=1 000(E水-E陸)(F湖-f)

(1)

式中：E水為計算時段△t內人工湖區水面蒸發強度，以水層深度(mm)計；E陸為計算時段△t內人工湖區陸面蒸發強度，以水層深度(mm)計；F湖為計算時段△t內人工湖平均水面面積(km2)；f為建湖以前湖區原有天然河道水面及湖泊水面面積(km2)。

人工湖水面蒸發可根據建湖區附近蒸發站或氣象站蒸發資料折算成自然水面蒸發，即：

E水=αE器

(2)

式中：E陸為水面蒸發皿實測水面蒸發(mm)；α為水面蒸發皿折算系數。

陸面蒸發，在設計中常采用多年平均降雨量h0和多年平均徑流深y0之差，作為陸面蒸發的估算值。

E陸=h0-y0

人工湖蒸發損失量月分配見表2。

表2 人工湖蒸發量月分配表 104m3

5 人工湖滲漏損失計算

人工湖建設區為南沙河上游山間河谷區，根據可研報告對該區段水文地質概況闡述和相關資料對南沙河上游水文地質及水文地質條件的介紹，人工湖建成蓄水后滲漏損失有側向滲漏和在壩基和壩端向下游滲漏。

滲漏量計算公式采用達西定律公式：

Q漏=KIW

(3)

式中：Q漏為滲透流量(m3)；K為滲透系數(m/d)；I為水力坡度；W為過水斷面面積(m2)(W=含水層厚度H×過水斷面寬L)。

表3 人工湖壩體滲漏損失量計算見表

從表3中可以看出，千山5湖年滲漏損失量為153.51萬 m3、七號橋2湖年滲漏損失量為119.85萬 m3，合計年滲漏損失量273.36萬 m3。

6 結語

(1)千山支流5湖多年平均來水量為1 367.0×104m3，多年平均蒸發和滲漏損失量之和為169.49×104m3，多年平均可供的蓄水量(即來水量減蒸發和滲漏損失量)為1 197.5×104m3，遠大于5處湖泊的蓄水量62.90×104m3，從多年平均的情況來分析，來水量可以滿足5處湖泊的蓄水要求。

(2)七號橋2湖多年平均來水量為1 420.0×104m3，多年平均蒸發和滲漏損失量之和為153.28×104m3，多年平均可供的蓄水量(即來水量減蒸發和滲漏損失量)為1 266.7×104m3，多年平均來水量遠大于湖泊的蓄水量138.40×104m3，從多年平均的情況來分析，來水量可以滿足七號橋2處湖泊的蓄水要求。