王海山

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710001）

1 概述

陜西省延安市南溝門水利樞紐工程（以下簡稱“南溝門水利樞紐工程”）位于陜西省延安市黃陵縣境內(nèi)的洛河支流葫蘆河下游，其壩址下距河口（葫蘆河入洛河交匯口）約3km，工程總投資18.82億元。設(shè)計(jì)攔河大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高66m，壩頂總長504.4m，總庫容2.0006億m3。是陜西省委、省政府確定的“十二五”十大重點(diǎn)水源工程之一，是以防洪、供水為主，兼顧灌溉和發(fā)電等綜合利用的大型水利工程。其主要開發(fā)任務(wù)是解決黃陵縣城、延安石油化學(xué)工業(yè)區(qū)、華能延安電廠的生產(chǎn)生活用水，發(fā)展隆太塬灌區(qū)，并向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水。該工程建設(shè)對破解陜北能源化工基地水資源瓶頸，提高葫蘆河及洛河流域整體防洪能力，保障和促進(jìn)延安地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、促進(jìn)富民強(qiáng)市具有重大意義。目前工程建設(shè)工作正在穩(wěn)步推進(jìn)。

南溝門水利樞紐工程運(yùn)行后，其主要任務(wù)之一是向其下游158km處的洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水。在運(yùn)行方式上通過水庫調(diào)節(jié)，每年在灌溉期保證至少給洛惠渠渠首補(bǔ)足1198.3萬m3的水量。由于建成后的水庫壩前水深達(dá)62m，成為水溫分層型水庫，庫區(qū)水溫隨水深垂直變化較大而導(dǎo)致水庫向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水水溫與天然河道水溫可能有很大的不同[1]。而低溫水灌溉往往會限制地溫提高，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)現(xiàn)象。因此，有必要研究南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水期間下泄水溫及其在下游河段到達(dá)洛惠渠灌區(qū)取水口的恢復(fù)程度。

2 工程建成后向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水下泄水溫

2.1 向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水過程

為了不影響下游的洛惠渠灌區(qū)用水，南溝門水利樞紐工程在調(diào)度與運(yùn)行方式上將保證每年在灌溉期間向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)足1198.3萬m3水量，補(bǔ)水時間段完全與洛惠渠灌區(qū)灌溉制度一致（洛惠渠灌溉制度見表4）。補(bǔ)水方式是通過壩后引水發(fā)電洞發(fā)電后，經(jīng)匯流池旁退水渠退回河道，流向下游的洛惠渠渠首樞紐取水口，沿程距離約158km。引水發(fā)電洞放水塔進(jìn)口底板高程823.0m，在正常蓄水位848.0m高程以下25m處取水。

2.2 水庫放水口下泄水溫變化趨勢

根據(jù)南溝門水庫垂向水溫預(yù)測結(jié)果，南溝門水利樞紐放水口下泄的水體溫度[1]與天然河道的水溫[3]有較大的區(qū)別，比較結(jié)果見表1。

由表1可知，下泄水溫總體變化趨勢為水溫夏季比天然河流低、冬季比天然河流高。具體而言，各月的變化情況特征是：

在枯水期的11月～翌年3月冬灌和春灌期間，南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水的下泄水溫要高于天然河道來水水溫。而在4月～10月期間，下泄水溫要低于天然河道來水水溫，尤以6月～8月低溫水差別最為明顯，最大溫差在7月份達(dá)11.5℃。補(bǔ)水河段沿程距離約158km，在到達(dá)下游洛惠渠灌區(qū)渠首取水口處若尚未完全恢復(fù)至天然河道水溫，則可能會對灌區(qū)農(nóng)作物生長產(chǎn)生不利影響。

3 補(bǔ)水時段放水口下泄水溫在下游河段恢復(fù)長度的分析

3.1 預(yù)測方法

目前，水庫下泄低溫水在下游河道的沿程變化的預(yù)測方法有數(shù)學(xué)模型法和經(jīng)驗(yàn)法。根據(jù)西安理工大學(xué)唐旺、周立德等人的研究，經(jīng)驗(yàn)法和數(shù)學(xué)模型法對于壩址下游河道影響長度的趨勢是一致的[2]。本次采用經(jīng)驗(yàn)法預(yù)測。

采用日本農(nóng)林省建議的公式：

式中，x——影響長度，m；

C——水的比熱，J/kg.k；

表1 南溝門水利樞紐放水口水溫與洛河河道天然水溫比較 （℃）

表2 洛河交口河斷面～狀頭斷面區(qū)間天然來水水文特性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

表3 南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水期間下泄低溫水在河道恢復(fù)長度（km）

表4 洛惠渠灌區(qū)灌溉制度表

ρ——水的密度，kg/m3；

ν——x區(qū)間水的平均流速；m/s；

D——x區(qū)間河道平均水深；m；

Δθ2——水庫放水水溫與天然河道水溫溫差，℃；

α——比例系數(shù)，可取41.86J/m2.k.s；

β——比例系數(shù)，可取2093.4-4186.8J/m2.k.s；

θ∞——平衡水溫，℃；

θ——主流水溫，℃；

θt——支流和其他水溫，℃。

洛河南溝門水利樞紐壩址～洛惠渠灌區(qū)渠首取水口約158km河段支流較大的支流有沮河、仙姑河、五里河、沙家河、白水河、縣西河6條，但其河上分別建有鄭家河水庫、拓家河水庫、福地水庫、石堡川水庫、故現(xiàn)水庫、五一水庫，這些水庫蓄水后匯入洛河干流的流量極小，該河段也沒有其他工業(yè)退水排入。因此，支流匯入的影響可以忽略。由于水庫補(bǔ)水期間下泄低溫水在4月～10月期間，其余時段，水庫下泄水溫高于河道天然來水水溫。因此，本次只預(yù)測4月～10月期間低溫水在下游河道的恢復(fù)長度。

3.2 輸入?yún)?shù)

南溝門水利樞紐位于洛河交口河附近，其壩址下距葫蘆河入洛河交匯口（即交口河斷面）約3km。洛河交口河斷面～洛惠渠渠首取水口（狀頭斷面）河段建有交口河水文站和狀頭水文站，控制了這一河段的水文情勢的變化，有長期系列觀測資料。對這一區(qū)間兩水文站實(shí)測水文數(shù)據(jù)[3]的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

3.3 預(yù)測結(jié)果

根據(jù)預(yù)測模式，結(jié)合表4的基本參數(shù)，預(yù)測南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水期間下泄低溫水在下游河道影響長度見表3。

根據(jù)表3預(yù)測結(jié)果，在9月、10月期間水庫放水進(jìn)入河道的下泄低溫水在下游河道恢復(fù)距離超過補(bǔ)水河道區(qū)間長度158km（分別為265.585km、236.638km），而其他時段水庫下泄低溫水在下游河道到達(dá)洛惠渠灌區(qū)渠首取水口之前，水溫已經(jīng)恢復(fù)到天然來水的溫度。

4 對灌區(qū)影響的綜合分析

根據(jù)上面預(yù)測結(jié)果，僅在每年9月、10月期間水庫放水進(jìn)入河道的低溫水在到達(dá)洛惠渠灌區(qū)取水口時尚未完全恢復(fù)。依據(jù)洛惠渠灌區(qū)灌溉制度[4]（見表4），全年灌溉天數(shù)202d，作物補(bǔ)水主要時段一般在枯水期的的11月～翌年3月冬灌和春灌期間，經(jīng)歷天數(shù)93d。而9月和10月一般不需要灌水，此時段灌區(qū)取水口進(jìn)水閘關(guān)閉。

上述分析表明：南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水時段下泄的低溫水在到達(dá)灌區(qū)取水口時水溫可以恢復(fù)，對灌區(qū)農(nóng)作物生長基本沒有影響。

5 結(jié)論

（1）南溝門水利樞紐工程向下游洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水期間，放水口下泄水溫在枯水期的11月～翌年3月冬灌和春灌期間高于天然河道來水水溫。而在4月～10月期間下泄水溫要低于天然河道來水水溫，尤以夏季6月～8月低溫水差別最為明顯，最大溫差在7月份達(dá)11.5℃。

（2）南溝門水利樞紐向洛惠渠灌區(qū)補(bǔ)水時段，放水口下泄低溫水在到達(dá)下游的洛惠渠灌區(qū)取水口水溫可以恢復(fù)。對灌區(qū)農(nóng)作物生長基本沒有影響。陜西水利

[1]陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西省延安市南溝門水利樞紐工程環(huán)境影響報(bào)告書（R），2009.11：123-124.

[2]唐旺、周立德等，水庫下泄低溫預(yù)測研究（D），西安理工大學(xué)碩士論文.

[3]水利部黃河水利委員會，中華人民共和國水文年鑒（第四卷黃河流域水文資料第8冊 涇洛渭區(qū) 涇河、北洛河水系）（R）,1989.5、1990.5.

[4]陜西省水文水資源勘測局，陜西省延安市南溝門水利樞紐工程水資源論證報(bào)告（R），2006.3：52-54、123-127.