何 璠，古 军

（西安市引湑济黑调水工程管理中心，陕西 西安 710018）

1 引湑济黑调水工程相关情况

西安市引湑济黑调水工程位于西安市周至县厚畛子镇老县城村，距离西安市200 余公里。工程通过6252 m 的输水隧洞，将秦岭南麓湑水河之水调入黑河上游，自流流入黑河金盆水库。引湑济黑水源地自取水口以上流域面积125.88 km2，年设计调水量为4248万m3，引水断面处多年平均径流量6153 万m3，多年平均降雨量为867 mm，20 a 一遇洪峰流量为460 m3/s,50 a 一遇洪峰流量为640 m3/s。

引湑济黑调水工程主要包括引水枢纽、输水隧洞、出水口。引水枢纽包括引水低坝，冲沙闸及进水闸三部分。低坝采用浆砌石重力溢流坝，坝长28 m，冲沙闸位于溢流坝左端，冲沙闸轴线与坝轴线相垂直；进水口高程1628.03 m，后接陡坡及消力池，陡坡和消力池位于引水隧洞进口段。引水隧洞进口高程1627.866 m，出口高程1620.013 m，洞长6252 m，隧洞出水口接压力前池，压力前池右岸建有溢流式退水陡坡，退水入黑河河道。

低坝为WES 曲线堰，坝宽28 m。冲沙闸为铸铁闸门，其规格型号为PGZ4 m×3.5 m，进水闸型号为PGZ3.5 m×2 m 平面铸铁闸门。输水隧洞为6252 m 无压流隧洞，隧洞为城门洞形，尺寸为2.9 m（宽）×3.1 m（高），坡降均匀[1]。

2 工程区域下游水文站概况

引湑济黑调水工程坝址以上流域无水文站，坝址以下有升仙村水文站，该站集水面积为2143 km2，与湑水河上游坝址以上流域面积125.88 km2相差较大,且秦岭山区降雨量随地形的起伏变化极为显著，湑水河源头的高程超过3000 m，而取水口处高程不足1620 m，流域内黄柏塬雨量站的高程为1250 m,流域海拔高度上降水量有一定的差别。在工程设计阶段，设计单位利用参证面积比拟法，对坝址断面的径流量进行了推求。利用实测坝址处各设施的过水水位，并通过水位流量关系来计算流量，推求坝址处年径流量，将为工程合理调水提供依据。

3 水位流量关系曲线的确定

各种水文测得的原始数据，都需要按行业规范进行整编，成果供有关部门应用。对于秦岭腹地，由于河道含沙量较小，断面冲淤变化较小，因此，断面较稳定，水位流量关系主要受洪水涨落影响，工程上为了简化，常将水位流量关系曲线作为单一线对待。在普通的方格纸上，纵坐标是水位，横坐标是流量，点绘的水位流量关系点据，通过点群中心绘一条曲线，使75%以上的中高水点据与关系曲线线的偏离不超过5%。75%的低水点或浮标测流点据偏离不超过8%，并且通过“三种”检验，即说明水位流量关系为单一曲线，可以通过该曲线推求流量。

3.1 冲沙闸下泄生态基流计算

冲沙闸的作用是在进水口前拉槽，保证进水闸正常取水和保障生态流量。当上游来水小于10 m3/s 时，冲沙闸将开启0.024 m 的高度保证向下游下泄最小0.25 m3/s 的生态流量。

利用冲沙闸过流公式：

式中：μ 为流量系数，采用μ=0.60-0.18 e/h 计算；b 为孔口宽度，为4 m；e 为闸门开度，取0.024 m，H 为闸前水头。

计算出闸前水位与过闸流量，并绘制出水位流量关系曲线见图1。

图1 冲沙闸前水头与流量关系

3.2 输水隧洞调水量的计算

湑水河水通过进水闸，经过消能，进入6252 m 输水隧洞，当隧道通过设计流量时，为无压隧洞。在选定控制断面后，相同坡度的长直段均按照均匀流计算。按照明渠均匀流理论公式：

式中：A为过水断面面积；C为谢才系数，其中水力半径R与隧洞过水断面形状有关，该隧道过水断面为矩形，R=，（b为隧道内水面宽度，取2.9 m，h为隧洞内水面高度）。n为糙率，考虑引湑济黑工程隧道因为地板冲刷等因素,n=0.012～0.015；i为隧道水力坡度，取1.26‰。

当n取0.014 时,简化i1/2·A。根据计算绘制输水隧洞水位流量关系图，见图2。

图2 输水隧洞水位流量关系图

3.3 引水低坝河道下游生态下泄量的计算

引湑济黑调水工程采用无调节低坝引水，低坝为实用堰，堰剖面采用WES 型曲线，采用WES 曲线堰流公式可计算河道下泄水量。

式中：Q为流量，m3/s；δS为淹没系数，若堰流为自由出流时，取1.0；ε 为侧收缩系数，堰流无侧收缩时，取1.0；m为流量系数，采用H0/Hd与P/Hd比值查表计算得到；B为堰宽；H0为有效水头。

根据计算绘制坝上水头与过坝流量关系曲线,见图3。

图3 坝上水头与过坝流量关系图

4 坝址断面处年径流量计算

4.1 日均流量计算

当流量变化平稳时，可用日平均水位在水位流量关系线上推求日平均流量；当一日内流量变化较大时，则用逐时水位推求得逐时流量，再按照算术平均法求得日平均流量。据此计算逐月平均流量和年平均流量。

4.2 年径流量计算

式中：n取1，…，365；Qn冲沙闸为冲沙闸日均下泄流量，m3/s；Qn调水量为隧洞日均输水流量，m3/s；Qn低坝为低坝日均下泄水流量，m3/s，W坝址断面处为工程坝址断面处年径流量，万m3。

计算结果见表1。

表1 西安市引湑济黑调水工程坝址断面径流量表

4.3 合理性检查

单站检查可用历年水位流量关系对照检查；综合性检查以水量平衡为基础，对上、下游或干、支流上的测站与本坝址处断面流量进行对照分析，以提高推求流量成果的可靠性［2]。

利用湑水河升仙村水文站1950年～2004年水文资料进行对比分析。升仙村站控制流域面积2143 km2，年均径流量10.47 亿m3，CV=0.48，CS=2.5CV［1]。坝址断面以上流域面积125.88 km2，利用面积比拟法推求坝址断面流域年径流量，参考《水利工程实用水文水利计算》有关方法,计算的坝址断面以上径流量为6153 万m3，而利用水力学关系曲线计算的2011年～2019年坝址断面年径流量平均值为6724 万m3，在坝址断面年径流量频率曲线上，频率为35%，检验结果为合理。

4.4 近几年调水统计

按照以上的方法，2011年～2019年期间，通过实测过水设施水位，按照水位与流量关系曲线计算得到冲沙闸过水量（生态基流）、输水隧洞调水量及过坝下泄流量，结果见表2。

表2 西安市引湑济黑调水工程2011年～2019年调水与下泄水量、径流量成果表

5 结论

通过以上分析计算得，9年引湑济黑调水工程坝址处平均年径流量为6724 万m3，多年平均调水量为4235 万m3，占取水断面多年平均径流量的63%，生态基流占年调水量的15%。符合《水资源供需分析技术规范》中北方河流河道最小生态环境需水量一般按多年平均径流量10%～20%。说明工程每年取水量在合理范围。