(河北省衡水水文水資源勘測局，河北 衡水 053000)

上世紀90年代后期，河北省遭遇連續(xù)干旱，中南部滄州、衡水、邢臺地區(qū)水資源嚴重不足，為此給人們帶來了極大的生活困擾，造成了一系列的社會問題，而隨著當?shù)亟?jīng)濟、工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，用水量日益劇增，供需矛盾突出。為緩解該地區(qū)嚴重缺水狀況，通過國務院有關(guān)部門批準，實施了引黃入冀工程，從山東省黃河干流位山閘取水到河北境內(nèi)。為合理配水調(diào)度和公平、公正的水費稽征，輸水路線沿途建立了嚴密的水文監(jiān)測站網(wǎng)，并在有代表性的主要輸水河段建立了專門研究輸水損失的試驗斷面。從1997年到2015年，河北省入境口劉口站共引水量69.008 5億 m3，有效緩解了受水區(qū)水資源緊缺狀況，收到了良好的社會效益和環(huán)境效益。引黃輸水是一項長期決策，研究輸水損失系數(shù)，為輸水損失的計算建立模型，從而減小損失，使引黃工程更加發(fā)揮效益，取長補短，更加有效的利用引黃水量是本文探討的重要的課題[1]。

1 受水區(qū)概況

1.1 輸水河段概況

引黃入冀工程是引黃專用輸水工程，自黃河下游左岸聊城市境內(nèi)的位山閘，經(jīng)西輸沙渠至西沉沙池，將含沙量很大的黃河水沉沙后進入總干渠，接三干渠、小運河到臨清市立交穿衛(wèi)樞紐劉口閘進入河北省境內(nèi)，進臨西縣沿新開渠、東干渠、清臨渠到張二莊閘進入清涼江，沿途北上通過衡水市油故樞紐，滄州市八里莊樞紐，分為兩路，一路經(jīng)繪彩于閘入清南連渠進南運河，另一路繼續(xù)下行至喬官屯閘進入南排河。沿途邢臺市可在境內(nèi)一些分水口門引水灌溉或存儲，衡水市在清涼江各分水口門引水入衡水湖及沿途各縣，滄州市從連村節(jié)制閘接水，至八里莊閘分兩路向滄州市各縣和大浪淀水庫供水。引黃工程流經(jīng)河北省14縣(市)，1994年正式投入使用。引黃入冀輸水河段從山東黃河干流位山閘到河北省境內(nèi)總長335.7 km，輸水能力65～80 m3/s[2]。

1.2 自然地理及水文氣象

引黃入冀輸水區(qū)位于河北省中南部平原區(qū)，該區(qū)地勢平坦，地勢自西南向東北緩慢傾斜，土壤以沙壤土為主，并兼帶有粘土。屬于暖溫帶大陸性半濕潤半干旱季風氣候區(qū)，四季分明，冷暖干濕差異較大。區(qū)域內(nèi)多年平均降水量為500～600 mm，年內(nèi)分配不均，雨量主要集中在6～9月份。

2 單位河長損失率模型

根據(jù)輸水實際情況，計算輸水損失需要用輸水河段單位河長損失率來計算。假定在閉合的輸水河段中，水量衰減均勻，河長平均分為L段，沿程各斷面分別為W0、W1、W2……WL-1、WL，輸水河道公里損失率為q，且q沿程相等，單位河長輸水量成等比級數(shù)遞減，公比為(1-q)，見圖1，即：

圖1引黃河道水量沿途損失示意圖

(1)

W1=W0(1-q)

W2=W0(1-q)2

W3=W0(1-q)3

……

WL=W0(1-q)L

(2)

式中：q為單位河長損失率，WL為下游輸水量，W0為上游輸水量，L為河長。

3 實驗河段單位河長損失率的計算

3.1 斷面布設(shè)的選擇

引黃輸水損失研究河段控制站油故、三朗均以一類精度水文站的標準設(shè)立。油故站測驗斷面在閘下300 m，三朗站在公路橋下200 m，上、下斷面相距29.2 km。油故到三朗河段處，不僅水文地質(zhì)具有一定的代表性，而且區(qū)間河段也沒有分水與匯水的支流，主干流上沒有任何攔水建筑物，控制斷面基本避開大的水流波動和異常紊動影響，因此是引黃水量轉(zhuǎn)化和計算單位河長損失率的理想河段。

3.2 降水量、蒸發(fā)量的計算

引黃輸水期間大多數(shù)年份正值冬季，降水量較小且在區(qū)域內(nèi)分布均勻。本研究直接采用實驗河段附近棗強、大營、鄭口雨量觀測站整編成果的同期降水資料，采用三個站同期降水的平均值計算。降水補給量采用公式：

(3)

水面蒸發(fā)量直接采用氣候條件與實驗河段相近，且蒸發(fā)觀測操作規(guī)范，觀測數(shù)據(jù)精度較高的下博水文站的E-601水面蒸發(fā)同期觀測資料。蒸發(fā)損失量采用公式：

(4)

3.3 統(tǒng)計計算試驗上下斷面的輸水量和槽蓄量

統(tǒng)計油故水文站和三朗水文站實測的引黃輸水資料，計算出兩斷面各自輸水量和引黃結(jié)束后斷面之間的蓄存的槽蓄量。輸水結(jié)束后，河槽蓄水量從三朗站上游附近朱往驛節(jié)制閘的水位～槽蓄曲線查出。

3.4 河道輸水損失率計算

采用1997～2015年上游油故站和下游三朗站的引黃輸水水文監(jiān)測資料計算單位河長損失率，根據(jù)模型公式，連同降水量、蒸發(fā)量和槽蓄量，計算出實驗河段的歷次引黃輸水單位河長損失率。計算結(jié)果見表1。

表1 實驗河段輸水損失率計算表 萬m3

由表1可以看出，單位河長損失率與上游輸水量大小有密切關(guān)系，上游輸水量越大，單位河長損失率越小，兩者呈反比關(guān)系。根據(jù)單位河長損失率與上游輸水量建立q～W上關(guān)系曲線，進行適線分析，確定關(guān)系曲線圖，見圖2。

通過分析確定相關(guān)公式：

q=35.401W上-0.3526

(5)

上述公式的建立，基本反映了中東部平原河道單位河長損失率與上游斷面輸水量的關(guān)系?？梢钥闯鰡挝缓娱L損失率與上游斷面輸水量成反比關(guān)系，此次分析所用的斷面水文資料精度較高，計算方法合理，其成果有較好的代表性，為今后的引黃輸水奠定了很好的基礎(chǔ)。

圖2 實驗斷面損失率與上游輸水量關(guān)系圖

3.5 上下斷面輸水量間的線性關(guān)系

為了指導流量測驗，加強輸水管理，探求引黃輸水上下游輸水量間的關(guān)系，我們用歷年的水文實測資料，點繪了各上下斷面間的輸水量關(guān)系圖，發(fā)現(xiàn)有較好的線性相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.9以上。油故～三朗輸水量關(guān)系圖見圖2。

圖3 油故～三朗輸水量關(guān)系圖

由圖3可以看出，上下游輸水量其關(guān)系為斜率a，截距為b的一條直線有了各河段的輸水量間的關(guān)系線，在今后的引黃輸水工作中，下游的輸水量可以參考上游輸水量來驗證其輸水量的精度，發(fā)現(xiàn)問題及時找出原因，加強水文調(diào)查，保證引黃輸水調(diào)度、分水的準確性。

當然單位河長損失率的影響因素不僅僅只是輸水量的大小，輸水河道水面的寬窄、濕周的大小、氣溫、風速、河床地質(zhì)、前期河道蓄水狀況、河道水位的高低、河床兩岸地下水埋深等因素都會影響到損失率，所以輸水損失率隨不同的季節(jié)、不同的輸水狀況、不同的引水量級會有所不同[3]。

4 引黃輸水損失率的實際應用

在引黃工程跨流域調(diào)水過程中，由于受水區(qū)域關(guān)系到不同的省市，而且受水區(qū)域取水口較多，要在每個取水口設(shè)立監(jiān)測斷面成本較高，因此在水量計量中，只在受水行政區(qū)域內(nèi)進出口設(shè)立控制斷面，用其實測水量計算各受水區(qū)域的繳費水量，將收到事半功倍的效果。

假定在一段輸水河道中，共有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、…、N個受水區(qū)域，各受水區(qū)域的入出境控制斷面分別為0-0、1-1、2-2、…、n-n，相應實測累計過水量分別為W0、W1、W2、…Wn。各控制斷面的毛水量分別為M1、M2、M3、…Mn表示，各受水區(qū)域繳費水量分別為VⅠ、VⅡ、VⅢ…Vn表示。

根據(jù)河段輸水損失率，可計算出各斷面折算到總引水口的毛引水量為：

M1=W1/(1-q)L1

M2=W2/(1-q)L2

M3=W3/(1-q)L3

Mi=Wi/(1-q)Li

……

Mn=Wn/(1-q)Ln

當各段損失率不同時，即不同的河段長△L1、△L2、△Li、△Ln相應損失率為q1、q2、qi、qn，則第i斷面毛水量計算公示為

輸水路線站網(wǎng)設(shè)置：入省界控制站為劉口站；邢臺受水區(qū)的入境站為劉口站、出境口為張二莊站；衡水受水區(qū)的入境口站為張二莊站，出境口站為連村站；受水區(qū)末段為滄州區(qū)，入境控制站為連村站。

受水區(qū)邢臺、衡水、滄州的繳費水量按下式計算：

邢臺段繳費水量：

V邢=入境劉口站實測引水量W0-張二莊毛水量M張

衡水段繳費水量：

V衡=張二莊毛水量M張-連村毛水量M連

滄州段繳費水量

V滄=連村毛水量M連

輸水河段損失率參照損失率的計算方法參考損失率的原理和實驗河段的計算成果并結(jié)合上下游實際情況確定。這種計算方法，既降低了水文監(jiān)測投入，又節(jié)省了人力、物力、財力，減輕了工作量。又可以使水帳算的清楚，水量平衡計算合理，有利于輸水的管理，使引黃工程合理有效的進行[4]。

5 結(jié)語

本文運用數(shù)學等比數(shù)列方法推倒出適合于引黃工程水量計算的輸水損失率公式，分析試驗河段輸水損失率的時空變化規(guī)律，分析同一地區(qū)不同時段的數(shù)據(jù)，得出輸水損失與上游來水量有直接關(guān)系，兩者成反比關(guān)系，對今后引黃工程減少損失水量提供了有效的依據(jù)。根據(jù)引黃河道單位河長損失率的原理及計算結(jié)果，結(jié)合各河段輸水量損失率的大小，分析了受水區(qū)域繳費水量的計算原理，并進行了細致的計算，這在引黃入冀中得到了廣泛的應用。

[1]李秀瑩.引黃水量損失淺議[J].河北水利科技.1999(1)：37-38.

[2]河北省水利廳建管處.河北省水文水資源勘測局.引黃輸水效益分析與水平衡測試研究[R].2000.

[3]河北省水利廳建管處.河北省水文水資源勘測局.引黃輸水河段水文特性及水均衡研究[R].2005.

[4]河北省水利水電第二勘測設(shè)計院.河北省引黃工程規(guī)劃[R].河北省水利水電第二勘測設(shè)計院.2009.