巨阿迷,武永辉,舒元伟

(汉中水文水资源勘测中心,陕西 汉中 723000)

1 河流及站网概况

1.1 测站基本情况

洋县水文站是汉江干流控制站,位于陕西省洋县城关镇汉江公路大桥头,地理坐标:东经107°32′,北纬33°13′。集水面积14 484 km2,至河口距离1 316 km。该站在1953年6月由原陕西省水文总站设立于洋县贯溪铺,控制流域面积14 974 km2,1967年3月上迁9 km至朱家村,并改名为洋县(朱家村)水文站,控制流域面积14 192 km2,1996 年1月又下迁2.8 km至洋县县城附近的公路大桥,并改名为洋县水文站,控制流域面积14 484 km2。与洋县(朱家村)水文站控制面积相差2.02%。本站基本水尺断面设立在洋县县城汉江公路大桥下游10 m处,测流断面位于公路大桥上。

洋县位于陕西省西南部、汉中盆地东缘;北依秦岭,南靠巴山,东接佛坪、石泉县,南邻西乡县,西毗城固县,北界留坝县、太白县。总面积3 206 km2,东西宽约56 km,南北长约76 km,县内总人口44.5万人,辖15个镇、3个街道办、271个行政村、16个社区。洋县县城位于汉江河漫滩一级阶地,海拔高程在450 m左右,县城城区范围东到天宁寺河,西到五里园,南止张赵、杨湾、南坝,北止土门,建设总用地8.6 km2,居住人口6.9万人。

1.2 洋县水文站多年平均径流量

洋县水文站实测多年平均降雨量793.7 mm,多年平均蒸发量826.05 mm,多年平均流量171 m3/s,多年平均径流量53.90×108m3。建站以来实测最大流量11 780 m3/s(1981年8月22日),实测最小流量2.80 m3/s(1986年2月26日)。洋县站多年月平均径流量的年内分配见表1。

表1 洋县水文站多年平均径流量及年内分配统计表 108m3

从表1中可知,洋县水文站径流量年内分配不均,1-4月、11、12月共6个月,径流量占全年径流量的19.3%;5-10月共6个月,径流量占全年径流量的80.7%。汉江属于雨源性河流,河道来水量主要降雨形成,洪水过程由暴雨产生。

2 旱警流量确定的原则

(1) 依据用水类型及方式,选择城乡供水、企业生产、农业灌溉及环境生态等用水需求作为主要分析因子,结合河道特点,确定流量作为主要旱警指标。

(2)旱警流量采用城乡供水、企业生产、农业灌溉、环境生态等分析因子的用水总量进行换算确定。

3 河道实测来水量和现状用水量调查

按照水利部的总体部署,旱警流量确定工作由省水利厅统一安排协调,水文部门具体负责实施,市县水利局和有关工程管理单位参与并协助工作调查。在汉中市和洋县水利局的积极参与协助下,对洋县水文站旱警水位(流量)的进行修订,在原来1970-2012年历时42 a资料的基础上,资料系列延长至2021年,总历时52 a。并在陕西省水文中心的统一指挥协调下,为本次方案的修订和编制奠定了基础。

3.1 水文站实测径流过程

洋县水文站1953年6月建站,实测资料系列较长,根据省水文中心《2022年陕西省江河水库旱警水位(流量)确定工作方案》对资料系列的要求,采用1970-2021年系列长度52年。其中包括实测最大年径流量142×108m3,出现在1981年;实测最小年径流量18.3×108m3,出现在1997年;多年平均径流量53.90×108m3。

3.2 分类用水现状调查

洋县水文站下游至小峡口9.5 km为汉江平川段,农业主要以水稻为主。再向下游汉江进入山区,期间人口稀少,没有工矿企业在汉江取水,也农业灌溉用水量基本没有。

(1)水文站以下河段水利工程

洋县水文站断面以下有“引汉济渭”在建黄金峡引水枢纽工程。

(2)洋县水文站断面以下汉江平川段取水量:

居民城镇生活生产用水:不直接从汉江河道取水。

工业生产用水:不直接从汉江河道取水。

农业灌溉用水:沿汉江两岸建有20座中小型抽水站,用于农田灌溉用水,灌溉面积约1.9万亩,根据多年《汉中市水资源公报》,洋县农田灌溉用水量为723(m3/亩),年用水量约13.74×106m3。

3.3 径流量资料“三性”分析

3.3.1 可靠性分析

洋县水文站属国家基本水文站,水文资料一直由专业技术人员按照相关规范规定观测,观测资料真实,整编方法正确。河道水位观测、断面测量、泥沙和流量测验及推求计算方法符合《河道流量测验规范》、《水文资料整编规范》,因此选用实测资料可靠。

3.3.2 一致性分析

汉江径流量均由降雨形成,洋县水文站断面上游有石门水库(属大(Ⅰ)型水库),绘制洋县站历年径流量累计过程线见图3,根据图3可以看出,累计曲线没有突出点群,斜率基本一致,说明石门水库及人类活动对洋县站历年径流量影响不大,因此该站实测年径流系列一致性相对较好。

3.3.3 代表性分析

对洋县站1970-2021年52年径流资料系列,绘制洋县水文站1970-2021年径流量差积曲线和历年均值过程曲线进行代表性分析。

由历年径流量过程曲线可以看出,52 a资料系列中年径流量丰、枯交替出现,变幅较大,且出现了丰水段和枯水段,整个系列丰、平、枯变化周期明显,其中在均值以上的年份有22 a,接近均值的年份有4年,小于均值的年份有26 a。丰、平、枯水年分布较对称。

由差积曲线可以看出,年径流量差积曲线可以反映径流量的丰枯变化,曲线连续下降为枯水段,连续上升为丰水段,出现锯齿则为平水段。因此,洋县水文站1970-2021年共52 a径流系列中包含了2个完整周期。

由年径流量累积均值过程线可以看出,年径流量累积均值逐渐趋于稳定。

通过上述分析,洋县水文站径流资料包含了多个丰、枯水时段,同时其累积统计参数已趋于稳定,由此说明洋县水文站52 a径流系列资料具有较好的代表性。

3.4 设计年径流分析计算

3.4.1 径流系列的确定

采用洋县水文站年1970-2021年年径流量资料系列进行设计年径流计算。

3.4.2 设计年径流的计算

根据洋县水文站的1970-2021年逐年年径流量资料,计算经验频率,并利用P-Ⅲ型曲线试线法计算得各个参数为:W均值=53.90×108m3,Cv=0.46,Cs/Cv=2.5,计算的75%设计频率年径流量为35.68×108m3、95%设计频率的径流量22.62×108m3,详见洋县水文站设计频率分析统计表2。

3.4.3 径流年内分配

代表年选取:以75%设计频率年径流量为35.68×108m3为依据,选1972年径流量为35.90×108m3、1986年径流量为36.1×108m3、1991年径流量为34.61×108m3;以95%设计频率的径流量22.62×108m3为依据,选1995年径流量为23.63×108m3、2002年径流量为25.3×108m3,2016年径流量为20.51×108m3,将接近设计频率年径流量的三年径流量为基础,选取以设计代表年相近最小径流量的最不利组合的分配,为设计年内分配依据。选取75%设计频率代表年为1991年,95%设计频率代表年为1995年,各月来水量成果见表3、表4。

表3 洋县站P=75%设计枯水年年内分配计算表

表4 洋县站P=95%设计枯水年年内分配计算表

4 需水量分析

4.1 下游区间河段调查用水量分析

洋县水文站断面下游河段有“引汉济渭”黄金峡水利枢纽的取水工程,其工业、农业、生活用水均不直接从汉江河道里取,只有微型提水工程用于农业灌溉。

4.2 需水量预测

(1)黄金峡水利枢纽工程坝址以上控制流域面积17 070 km2,多年平均径流量63.5亿 m3,多年平均流量为201.4 m3/s,坝高63 m,总库容2.21亿 m3,设计年引水量为10亿 m3,平均取水量为31.7 m3/s。

(2)农业用水沿汉江两岸建有20座中小型抽水站,用于农田灌溉用水,灌溉面积约1.9万亩,根据农田用水量723 m3/亩,多年用水量约13.7×106m3。洋县沿汉江两岸农田灌溉用水量统计表见表5。

由表5中得6月份灌溉用水量最大平均每天抽水1.83 m3/s。

4.3 河道生态流量

河道生态需水量:采用实测系列水文资料能反映出断面上游现状开发利用情况下的用水水平,所以次来确定河道生态需水量(即河道生态流量)。河道生态流量有3种方法确定。

(1)选取断面多年平均流量的10%～20%作为生态需水量。

(2)取P=90%枯水典型年连续最枯7天的平均流量。

(3)取逐年最小月平均流量的90%保证率流量。

我们根据以上三种计算方法选取3种以上,取值原则适当靠近计算值的中小值(即偏下限)。

方法1:选取断面多年平均流量10%～20%作为生态需水量。

汉江洋县站控制断面多年平均流量(1970-2022年)为171 m3/s,按10%计算生态流量为17.1 m3/s。

方法2:取P=90%枯水典型年连续最枯7天的平均流量作为生态需水量。以此分析90%枯水典型年径流量26.71×108m3为依据,将选与设计频率年径流量接近的三个年份径流量为基础,选取与其径流量差值最小的1999年作为枯水典型年,连续最枯7天的平均流量16.3 m3/s为生态需水量。

方法3:取逐年最小月平均流量的90%保证率流量,1970-2021年洋县逐年最小月平均流量的90%保证率流量为17.57 m3/s为生态需水量。

将上述三种方法计算成果进行统计分析,分析见表6。

表6 洋县水文站生态流量综合分析确定表 m3/s

从表6可知,典型年连续最枯7天的日平均流量偏小,多年平均流量10%和保证率90%年最小月平均流量较为一致,生态流量综合确定为17.5 m3/s。

5 旱警流量确定

5.1 旱警流量确定原则

旱警流量指标是指在维持河流生态系统运转基本流量的基础上,综合考虑断面下游区间生产、生活用水要求而确定的断面下泄流量。该指标作为正常年份的断面流量控制要求,遇特枯年份,按照水量调度指标管理,并及时启动应急预案。

在确定旱警流量控制断面时,根据断面所在流域面积情况,断面所在流域地市经济社会发展状况及断面所在流域水资源开发利用情况,主要考虑断面下游的用水需求;同时既考虑断面现状的用水需求,又考虑断面未来的用水需求。

5.2 旱警流量的确定

本次确定旱警水位(流量)计算方法主要包括典型干旱年法和水量叠加法。

5.2.1 典型干旱年法

典型干旱年法是以干旱期间江(河)段各月月均流量的最大值作为旱警流量。

经资料分析,95%设计频率典型干旱年为1995年,分析历史旱情资料,1995年是春夏连续干旱,各月月均流量成果见表7。

表7 洋县站1995年各月月均流量成果统计表 m3/s

从表7可知,依据汉中农业灌溉特点,一般4-8月是农业灌溉期,用水量最大时期为6月,4-6月河道月均流量的最大值为56.1 m3/s,因此典型干旱年法确定的旱警流量为56.1 m3/s。

5.2.2 水量叠加法

将江(河)段对应的生态流量和取水流量进行叠加,作为该江(河)段的旱警流量。

按照上述预测分析,洋县站断面下游河段有在建“引汉济渭”的黄金峡水利枢纽工程,本次考虑黄金峡水利工程设计年取水量为10亿 m3,平均取水量为31.7 m3/s。洋县站断面河道生态流量确定为17.5 m3/s;洋县下游河道泵站6月份农业灌溉最大用水量为1.83 m3/s。对其用水量进行叠加为51.03 m3/s,因此水量叠加法确定的旱警流量为51.03 m3/s。

经上述分析,(1)典型干旱年法确定的旱警流量为56.1 m3/s。(2)水量叠加法确定的旱警流量为51.03 m3/s。两种方法的平均流量为53.6 m3/s,经综合各方因素分析并考虑一定的安全量,最终确定洋县水文站旱警流量为55.0 m3/s。

5.3 合理性分析

5.3.1 干旱预警区间分析

汉中地区主要种植农作物为油菜和水稻,4-9月为水稻灌溉供水期;4-6月为水稻关键用水期,因此干旱预警区间设为4-6月份较为合理。

5.3.2 重现期分析

统计1970-2021年52年中最小月平均流量值小于等于旱警流量统计表,见表8。经分析52 a中根据用水量需求,4-6月份小于旱警流量,4、6月出现频次最多,占统计年的28.8%,约3.4 a一遇。基本符合汉中地区的气候特征及工农业生产实际。

表8 1970-2021年52年中最小月平均流量值小于等于旱警流量统计表

5.3.3 与历史旱情进行比较

根据《洋县志》1928-1985年旱灾统计表中,57 a间洋县旱情出现18次,频次为31.6%,重现期约3 a一遇。从1970-2021年52 a间汉江洋县水文站4-6月有15 a月平均流量低于旱警流量,约3.4 a一遇,与《洋县志》1982-1985年旱灾统计重现期约3 a一遇基本一致。因此,本次复核汉江洋县水文站旱警流量确定为55.0 m3/s。综合评定为基本合理。

6 结语

本文在调查洋县水文站流域现状的基础上,结合洋县水文站实际情况,选取2种计算方法,采用典型干旱年法、水量叠加法确定洋县水文站旱警流量。结果表明,两种计算方法所得的结果虽然不尽一致,但都有理有据,最终综合分析确定洋县水文站旱警流量为55.0 m3/s,综合评定基本合理。