淺談遼西干旱地區河槽雨洪資源化利用方案

鐘 倩

(撫順市水利勘測設計研究院有限公司，遼寧 撫順 113006)

建平縣位于遼寧省西部，行政區總面積4892km2，多年平均降水量447.4mm，年際變化較大，年內分配亦極不均勻，春季(3-5月)降水量占全年降水量的14.5%；夏季(6-8月)降水量占69.2%；秋季(9-11月)降水量占14.9%；冬季(12月-翌年2月)降水量僅占1.4%。汛期(6-9月)降水量占全年降水量的78.7%，其中7、8月份降水量占全年降水量的51.0%；非汛期(10月-翌年5月)降水量僅占全年的21.3%。

1 工程概況

1.1 工程選址

通過在建平縣境內進行大量的水文地質調查與分析后，工程位置確定在第二牤牛河與深井河匯合口下游530m處，該段河道左岸為山體和漿砌石擋墻，右岸為正在建設的第二牤牛河護岸工程。

該壩址有以下優勢：壩址位于第二牤牛河與深井河匯合口下游，壩址以上集水面積較大，來水有保障；地形平坦適合工程布置，修建低水頭擋水建筑物回水面積大；無需征占地；可結合生態工程，改善河道生態環境；能夠與遼西第一村——小平房村的新村濱水項目規劃高度契合；附近用水項目較多，工程建成后即可產生一定的經濟效益。

1.2 項目區用水現狀及存在問題

項目區現有大口井8眼，其中耕地灌溉水源井6眼，日均出水量在50～150m3/眼；小平房村果園灌溉井1眼，日出水量約300m3；另1眼為建平縣市政水源井，設計供水能力為0.45萬 t/d，日出水量約為500m3。

城市用水方面：建平縣2010年以后，維持城市生產生活用水基本靠跨行政區調水和應急水源，限時分區供水已成常態。

工業方面：工業園區用水主要靠打井抽取地下水，水源單一，個別企業受水量影響無法達產，一些招商的企業，受水資源限制，無法“落戶”，供水不足，已成為制約園區發展的最關鍵原因之一。

農業方面：項目區地形附近有耕地300hm2，果園333.33hm2，但灌溉水源井僅有7眼，隨著天然徑流的減少，地地下水位下降，灌溉水量不足，灌溉保證率過低，井內有多少水，用戶用多少水，大多數耕地都是“雨養農業、靠天吃飯”，已建設的灌溉系統亦無法發揮全部效益。

水資源極為緊缺，水量不足已成為制約城市發展、經濟增長的主要因素之一。

1.3 工程地質

項目區主要經歷了鞍山構造變形，其次為華力西、印支、燕山及喜山期構造變形。鞍山期的構造形跡表現為三期，第一期表現為片麻理的形成，第二期表現為片麻理褶皺，片麻理方向為北東東——東西，第二期褶皺軸方向為北西方向；華力西、印支期的構造變動在區域上最為強烈，礦區公見有二疊～ 三疊花崗雜巖體侵入；燕山期以脆性斷裂活動為特征，斷裂構造表現為北東、北西向脆性斷裂。

地下水類型主要為第四系松散堆積孔隙潛水，地下水埋深0.20～10.40m，地下水水位363.20～367.25m，賦存于粗砂、圓礫、含粉質黏土圓礫層中；其次為強風化片麻巖風化裂隙水，含水層巖性為強風化片麻巖[1-3]。

2 水 文

2.1 流域概況

第二牤牛河為大凌河一級支流，發源于建平縣富山鄉牛河梁村，流經遼寧建平縣、喀左縣、朝陽縣，于遼寧省朝陽縣烏蘭河碩村匯入大凌河。第二牤牛河全長50km，流域面積為1092km2，河流平均比降為5.05‰。流域上游設有水文站一座，為葉柏壽水文站，控制流域面積192km2，占第二牤牛河全流域的17.58%。

本工程位于葉柏壽水文站下游7.0km處，壩址以上流域面積為683km2，占全流域的62.55%。

2.2 徑流

根據葉柏壽站還原后的1959-2017年徑流系列進行保證率計算，線型采用皮爾遜Ⅲ 型，Cv 值經計算后對比分析選定，Cs按2.5Cv采用，工程地點徑流量計算由葉柏壽站實測徑流量按面積比的一次方推求，按照葉柏壽以上流域重心與工程地點以上流域重心的多年平均徑流深進行修正。年徑流量頻率曲線見圖1，工程地點天然年徑流量保證率計算成果見表1。

表1 工程地點天然年徑流量保證率計算成果表

圖1 葉柏壽站 1959～2017系列天然年徑流量頻率曲線圖

2.3 設計洪水

工程地點設計洪水采用水文比擬法，使用葉柏壽站設計洪峰流量按面積比的2/3次方推求，并參考葉柏壽、工程斷面兩地流域特性進行修正。設計洪水成果，見表2。

表2 水文比擬法計算工程地點設計洪水成果表 m3/s

2.4 雨洪資源

雨洪資源量的分析與降雨、徑流、基流、雨洪間隔均有一定的關聯。降雨是產生徑流的最主要原因，徑流可分為基流和雨洪資源。本項目在進行雨洪資源量的分析時，首先分析降雨情況，再進行基流計算，最后計算出雨洪資源量[4-5]。

2.4.1 工程地點雨洪資源量計算

雨洪資源量計算采用平滑最小值法，通過劃分固定的計算時段為一個單元，各單元之間互不關聯，分析各單元中最小值即為基流，其上部可定義為雨洪量。本工程根據實際情況，采用每10d作為一個單元，即每個月劃分為3個單元，統計其最小值，對徑流量進行分割，基流以上部分為雨洪資源。

本工程供水對象為城市用水，耕地、果園灌溉，及小平房村未來旅游規劃需水，設計供水保證率按75%，對應典型年為1996年，統計葉柏壽水文站典型年5-10月逐日流量。計算得，工程地點P=75%雨洪資源量為225.89萬m3。

圖2 葉柏壽站1996年5-11月雨洪資源量分析圖

2.4.2 工程蓄水分析

本工程地表與地下蓄水總量量為39.35萬m3，將39.35萬m3按面積比的一次方比至葉柏壽處，得到計算結果為11.06 萬m3。統計葉柏壽站1959-2017年59a洪水成果，統計得到每年一次洪水洪量≥11.06萬m3的多年平均次數約6.22次。按葉柏壽水文站統計結果，工程多年平均能夠蓄滿5次。

3 工程設計

工程主要建設內容包括截滲工程、攔蓄工程和生態工程。

3.1 截滲工程

截滲工程旨在閉合的儲水空間，減少地下水滲漏流失。本次截滲工程包括橫向截滲與縱向截滲。橫向截滲是在攔蓄建筑物基礎與基巖間，鋪設土工膜；縱向截滲是在河道右擋墻基礎下與基巖間鋪設土工膜。

3.2 攔蓄工程

攔蓄工程選擇低水頭擋水建筑物，其作用是攔蓄雨洪資源，調節地表徑流，回補地下水。同時，水面還可形成一定的景觀效果。

橡膠壩主體結構由邊墩、中墩、底板、消力池、海漫組成，底板與集水廊道合建，集水廊道分上下兩層，截面凈尺寸均為3.0m×6.0m(高×寬)，迎水側留有進水門洞2.0m×1.0m(高×寬)，背水側距廊道頂部0.2m設單排排水管，間距3.0m，直徑0.1m，用于調節地下水水位。上層廊道主要收集地表水和淺層地下水，用于農業灌溉，下層廊道，主要收集較深層地下水，集水保證率高、且水源經過深度凈化水質較好，為下游市政水源井供水。

圖3 橡膠壩橫剖面圖

圖4 橡膠壩上游縱剖面

3.3 生態工程

水質凈化工程主要為人工濕地建設，濕地區域以水面蓄水為主，形成過水表面徑流，在適宜水深區域種植浮水植物、沉水植物和挺水植物。不同植物種群配置對人工濕地凈化能力的影響不同，不同的植物類型對不同的污染物質具有一定的針對性。對氮和磷去除效果較好的濕地植物，如菖蒲、蘆葦等。對重金屬有較好的去除作用的植物是寬葉香蒲，且對 Pb、Zn、Cd 等重金屬有較好的去除作用。

4 工程效益

4.1 經濟效益

耕地灌溉：按照建平縣灌溉試驗站統計的數據，玉米膜下滴灌5次/年，畝產可達1104kg，不覆膜滴灌6次/年，產量可達1500g，不采取灌溉措施，即雨養農業情況下，平均產量在9000～12000kg/hm2，可見，耕地灌溉對作物產量的影響是較大的。本工程建成后，每年為耕地灌溉供水45.0萬m3，改善300hm2耕地灌溉問題，產量增加4500kg/hm2，玉米影子價格按2.1元/kg，預計可增加283.5萬元。

果園灌溉：根據小平房村果園管理員介紹，果樹在正常年和枯水每公頃產果相差約1800kg/hm2。小平房村已形成南果梨種植、采摘、深加工的產業鏈，本工程建成后，可保證園區333.332果園的灌溉任務，預計可增加300萬元。

工業方面：本工程建成后每年可為工業園區供水120.5萬m3計，一定程度上能緩解園區的供水壓力，對園區的產能增加，創造條件。

小平房村旅游規劃用水，由于項目尚未實施，本次暫不對旅游規劃用水評價。工程建成后，直接受益人口6721人，經濟效益是十分明顯的。

4.2 社會效益

項目區所在小平房村先后獲得了全國創建文明村鎮工作“先進村鎮”、“全國生態文化村”、“省五個好”村黨組織標兵等榮譽稱號，是遼西第一示范村。本工程的建設能夠改善周邊生態環境，提升周邊居民的生活環境，同時與小平房村、天秀山景區相互映襯，形成集休閑、娛樂、觀光多功能為一體的旅游景區，具有顯著的社會效益。

4.3 生態效益

本項目的建設充分考慮現有自然資源和自然條件，利用雨洪資源，修建攔河建筑物，形成一定規模的水體，可為生物棲息提供場所，靠近攔河建筑物處水深相對較深，適合魚類等生活，靠近蓄水區末端的淺水區適合蝦蟹類生物生長，凈化作用的水生植物又為其他生物提供生存空間，本項目的建設為生物多樣性提供可能的條件。

5 結 語

本工程具有蓄水效益高、投資少、環境負效應小等明顯優勢，它在水資源人工調蓄、地表水與地下水聯合調度、生態環境問題的控制與修復、水資源戰略儲備以及應急供水中可發揮重要作用。

工程建成后可新增供水343.7萬m3，對提高農業灌溉保證率、縮短灌溉周期，緩解地下水開采壓力等都有著積極的促進作用。工程的設計理念對干旱地區水資源開發利用也有著一定的借鑒意義。