關(guān)于黃河下游曹店引黃閘可引黃水量的分析計(jì)算

李曉麗，常兵兵，袁 野

(山東新匯建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 東營 257091)

1 黃河利津水文站基本情況

黃河山東段自上而下共設(shè)有高村、孫口、艾山、洛口和利津5個(gè)基本水文站，擔(dān)負(fù)著山東黃河水沙測(cè)報(bào)任務(wù)，其測(cè)報(bào)標(biāo)準(zhǔn)均相應(yīng)于花園口站洪峰流量22 300 m3/s確定。

其中，利津水文站位于E118°18′，N37°31′，在洛口站下游165 km處東營市利津縣境內(nèi)，距勝利引黃閘4.9 km，距雙河引黃閘33 km，是黃河入海水沙控制站，同時(shí)為下游防洪、防凌服務(wù)，對(duì)黃河三角洲的治理與規(guī)劃具有非常重要的作用。該河段屬彎曲性河段，U形河槽，斷面寬600 m，主槽寬500 m，右灘寬100 m，漫灘水位14.20 m。該站1934年6月設(shè)站，有較長系列的觀測(cè)資料，觀測(cè)資料10個(gè)。

2 曹店引黃閘基本情況

曹店引黃閘為黃河利津水文站上游第二個(gè)引黃取水口，位于東營區(qū)龍居鄉(xiāng)曹店村附近，閘前設(shè)計(jì)水位10.24 m，閘后設(shè)計(jì)水位9.89 m，閘底板高程7.89 m，設(shè)計(jì)與加大引水流量分別為30、80 m3/s，現(xiàn)狀引水流量50 m3/s[1]，2017年隨著黃水東調(diào)工程建設(shè)，曹店引黃閘建設(shè)閘前泵站，泵站設(shè)計(jì)流量35 m3/s。

3 可引黃水量分析

3.1 資料系列的選擇

利津水文站實(shí)測(cè)徑流系列因受到流域水文、氣象變化、大中型水庫調(diào)節(jié)、流域治理以及引黃用水等因素的影響[2]，使不同年代天然徑流量與實(shí)測(cè)徑流量之間存在較大差異[3]，因此系列的選定考慮以下條件：

1) 代表系列選擇流域已有水利工程運(yùn)用相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)段，能反映現(xiàn)狀工程對(duì)徑流的影響。

2) 引黃水量相對(duì)穩(wěn)定，基本代表現(xiàn)狀用水水平。

3) 包含天然徑流豐、平、枯系列變化，資料系列長度不少于25年。

綜合考慮以上條件，選定1980-2018年實(shí)測(cè)資料，分析現(xiàn)狀條件下利津站可引黃水量，并對(duì)所選系列進(jìn)行分析。

3.1.1 系列一致性分析[4]

根據(jù)黃委會(huì)統(tǒng)計(jì)資料，黃河流域上世紀(jì)50年代平均年引用水量130.5×108m3，60年代為184.3×108m3，70年代為252.0×108m3，80年代314.7×108m3，90年代300.1×108m3；小浪底水庫運(yùn)用后，2000-2018年平均年引用水量為273.1×108m3。80年代以后，流域引用水基于穩(wěn)定，可作為現(xiàn)狀來水條件分析。

3.1.2 系列代表性分析

由于受黃河流域引黃工程和大中型水庫調(diào)節(jié)影響[2]，近70年來，黃河徑流量發(fā)生了很大的變化。利津站1950-2018年平均年來水量304.6×108m3，1950-1979年平均年來水量430.3×108m3[5]，1980-2018年平均年來水量193.7×108m3[5]，1980年以后由于上游引用水量增加，來水量明顯減少[6]。利津站1950-2018和1980-2018年兩個(gè)系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 利津水文站不同保證率來水量表 /108 m3

根據(jù)表1，1980-2018年系列均值比1950-2018年偏少110.9 m3，偏少36.4%。為保證引黃供水，采用1980-2018年來水量分析計(jì)算偏于安全，比較合理。

3.2 利津站可引水天數(shù)分析

引黃過程主要受黃河流量、含沙量、水位及冰凌等因素影響[7]，根據(jù)利津站水文資料和現(xiàn)有工程運(yùn)行情況，擬定以下引水控制條件：

1) 控制流量。黃河流量大于5 000 m3/s時(shí)，為保證大堤安全，不引水[7]；根據(jù)黃河河務(wù)局2002年5月編制的《黃河下游水量調(diào)度責(zé)任制(試行)》，為保證黃河不斷流、維護(hù)其生態(tài)功能，利津站小于50 m3/s時(shí)不引水。

2) 控制含沙量。為減輕沉沙池清淤負(fù)擔(dān)，延長使用壽命，當(dāng)黃河含沙量大于30 kg/m3時(shí)不引水。

3) 黃河調(diào)水調(diào)沙期間不引水。在以上可引水條件的基礎(chǔ)上，扣除調(diào)水調(diào)沙時(shí)段。

4) 冰凌控制。冰凌期從冰凌開始至結(jié)束分為岸冰、淌凌流冰、封凍和開河4個(gè)階段。根據(jù)引黃經(jīng)驗(yàn)，流冰期(含冰塞、冰壩、冰滑動(dòng))易對(duì)引水建筑物造成損害，不宜引水；全河封凍期按50%的時(shí)間引水，其它冰情按可引水統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)上述可引水條件，對(duì)黃河利津站1980年7月至2018年6月水文年系列實(shí)測(cè)流量、含沙量、冰情及調(diào)水調(diào)沙資料，逐日、逐月、逐年進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到利津站歷年逐月可引水天數(shù)統(tǒng)計(jì)圖，見圖1。

圖1 利津水文站歷年可引水天數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

3.3 利津站可引黃水量分析

根據(jù)利津水文站1980年7月至2018年6月水文年系列實(shí)測(cè)流量資料和歷年逐月可引水天數(shù)，統(tǒng)計(jì)利津水文站歷年可引黃水量，統(tǒng)計(jì)圖見圖2。

圖2 利津水文站歷年可引黃水量統(tǒng)計(jì)圖

3.4 不同保證率可引黃水量和可引水天數(shù)分析

采用P-Ⅲ型頻率曲線，取Cs/Cv=2.0，對(duì)現(xiàn)狀條件下利津站可引黃水量系列進(jìn)行頻率適線，見圖3。不同保證率利津站可引黃水量見表2。

圖3 利津水文站歷年可引黃水量頻率曲線圖

表2 利津站可引黃水量分析成果表

對(duì)歷年可引水天數(shù)進(jìn)行從大到小排序，計(jì)算歷年可引水天數(shù)經(jīng)驗(yàn)頻率，點(diǎn)繪各可引水天數(shù)經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)，利用“多項(xiàng)式”對(duì)經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)進(jìn)行擬合[8]，擬合曲線見圖4。根據(jù)擬合曲線求出各保證率的可引水天數(shù)，參見表2。

圖4 利津站可引水天數(shù)經(jīng)驗(yàn)頻率擬合曲線圖

3.5 保證率95%典型年可引黃水量月分配

經(jīng)分析，利津站保證率95%的可引黃水量為139 489×104m3，可引水天數(shù)為125 d。按照可引黃水量最接近原則，選取的典型年為2001年7月至2002年6月水文年；按照可引水天數(shù)最接近原則，選取的典型年為2002年7月至2003年6月水文年。從黃河2002年7月至2003年6月逐月來水天數(shù)來看，1-5月份的來水天數(shù)均為0；而黃河小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙后，黃河來水條件變好，基本不存在斷流現(xiàn)象；再根據(jù)東營市近幾年實(shí)際引黃情況，1-5月份處于春灌期間，每月均有農(nóng)業(yè)灌溉及水庫充庫引水記錄，因此2002-2003年與現(xiàn)狀實(shí)際引水情況矛盾，代表性不好。綜合考慮確定，選取2001年7月至2002年6月水文年作為95%保證率典型年。

采用同倍比放大法，求得95%保證率典型年逐月可引黃水量、可引水天數(shù)。利津站保證率95%典型年逐月可引黃水量、可引水天數(shù)見表3。

表3 利津站保證率95%逐月可引黃水量、可引水天數(shù)表

3.6 曹店引黃取水口可引黃水量分析

曹店引黃閘為黃河利津水文站上游第二個(gè)引黃取水口，區(qū)間有勝利引黃閘，主要負(fù)責(zé)東營區(qū)生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)供水。由于黃河利津水文站實(shí)測(cè)資料中不包含勝利閘和曹店閘的實(shí)際引黃水量，因此在計(jì)算曹店閘可引黃水量時(shí)，需要在利津水文站可引黃水量中加入勝利閘和曹店閘現(xiàn)狀實(shí)際引黃水量，公式如下：

W還原=W實(shí)測(cè)+W現(xiàn)狀

式中：W還原為引黃閘還原后可引黃水量；W實(shí)測(cè)為根據(jù)利津站實(shí)測(cè)資料推算的可引水量；W現(xiàn)狀為勝利閘、曹店閘現(xiàn)狀實(shí)際引黃水量。

根據(jù)上式計(jì)算，曹店閘95%保證率典型年逐月可引黃水量、可引水天數(shù)見表4。

表4 曹店閘保證率95%逐月可引黃水量、可引水天數(shù)表

4 結(jié) 語

通過以上計(jì)算可確定，曹店引黃閘在保證率95%典型年時(shí)，可引黃水總天數(shù)為136 d、可引水總量為151 853×104m3，該結(jié)果可以為曹店引黃閘供水范圍內(nèi)相關(guān)供水項(xiàng)目規(guī)模的確定提供參考依據(jù)。