前坪水庫工程對下游河道水文水資源影響

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關鍵詞：前坪水庫；水文；水資源；防洪

一、工程概況

北汝河是淮河流域沙潁河水系的主要支流，發(fā)源于河南省洛陽市嵩縣車村鄉(xiāng)，在襄城縣丁營鄉(xiāng)岔河口處入沙潁河，全長約250km，河道坡降1/200～1/300，流域面積6080km2。受氣候、季風和地形等因素的影響，降水時空分布不均，暴雨多發(fā)，且主要集中在汛期。因地面及河道坡降陡，洪水匯流迅速，峰高勢猛，曾給中下游帶來多次嚴重的洪澇災害。水文監(jiān)測資料顯示，北汝河豐水期徑流量占全年的80.4%，枯水期徑流量僅占全年的19.6%，來水年內分配不均情況較為顯著。近年，流域降雨量減少，特別是枯水期經常斷流，給流域工農業(yè)生產和群眾生活帶來了嚴重影響，水生態(tài)惡化風險也隨之增加。前坪水庫位于北汝河上游、河南省洛陽市汝陽縣縣城以西9km的前坪村，是以防洪為主，結合供水、灌溉、兼顧發(fā)電的大（2）型水庫，總庫容5.84億m3，控制流域面積1325km2。前坪水庫工程可控制北汝河山丘區(qū)洪水，將北汝河防洪標準由10年一遇提高到20年一遇，同時配合已建的防洪工程，可將沙潁河的防洪標準遠期提高到50年一遇。水庫灌區(qū)面積50.8萬畝（1畝＝1/15hm2），每年可向下游城鎮(zhèn)提供生活及工業(yè)供水約6300萬m3，水電裝機容量6000kW，多年平均發(fā)電量約1881萬kWh。2015年10月，前坪水庫全面開工建設，2020年3月，正式下閘蓄水，社會效益及經濟效益正逐步顯現(xiàn)。

二、對下游河道徑流量的影響

1.下游河道徑流量現(xiàn)狀及斷流情況前坪水庫下游16.5km處有紫羅山水文站，控制面積1800km2。紫羅山站1952—2010年實測流量系列中，洪峰流量大于3000m3/s的有5年；洪峰流量小于500m3/s的有20年。根據1999—2001年枯水月份的日平均流量資料統(tǒng)計，1999年2月26日—3月17日，日平均流量只有0.62m3/s。2000年3—5月的月均流量分別為0.54、0.30、0.009m3/s，5月4日—6月1日共計斷流29天。2001年5月27日—6月27日連續(xù)斷流32天。大陳閘水文站位于北汝河襄城東12km處，控制流域面積5550km2。根據大陳閘水文站1953—2010年水文資料統(tǒng)計，多年平均年徑流量為7.727億m3，枯水年只有1.0億～2.22億m3。1992年2.03億m3，2001年1.47億m3，1999年僅為1.0億m3。根據1999—2001年枯水月份的日平均流量資料統(tǒng)計，1999年入庫徑流斷流134天，2000年入庫徑流斷流132天，2001年入庫徑流斷流108天。根據水文年鑒統(tǒng)計，3個枯水年大陳閘以上分別引出水量為：1999年6726萬m3，2000年5736萬m3，2001年8438萬m3。

2.水庫建成后下游河道徑流量及斷流情況前坪水庫建成以后，壩址處多年平均年徑流量1.641億m3，較建庫前減少了50.6％。壩址區(qū)河道年徑流量變化：豐水年減小43.3%，平水年減小80.4%，枯水年減小71.7%，特枯水年減小53.1%。由于水庫攔蓄，壩址處河道年徑流僅為水庫下泄棄水、生態(tài)用水及水庫滲漏量，因此壩址處河道年徑流減少程度較大。前坪水庫建成以后，大陳閘斷面多年平均年徑流量6.459億m3，較建庫前減少了16.4%。大陳閘站年徑流量變化：豐水年減小18.5%，平水年減小29.1%，枯水年減小28.6%,特枯水年減小17.7%。由于區(qū)間來水比重相對較大，同時加上水庫供水區(qū)的部分回歸水，因此大陳閘斷面處河道年徑流量減少程度相對較小。據統(tǒng)計前坪水庫建成前，大陳閘1999年枯水年，由于閘上已引出水量6726萬m3，大陳閘全年斷流134天，其中2月、9月兩個月斷流。2000年枯水年，由于閘上已引出水量5736萬m3，大陳閘全年斷流132天，其中1月、2月、5月3個月斷流85天。2001年枯水年，由于閘上已引出水量8438萬m3，大陳閘全年斷流108天，其中9月11日—10月14日斷流34天。前坪水庫建成以后，大陳閘站河道徑流量將減少，但水庫為滿足河道最小生態(tài)需水量，將常年向下游河道放2.10m3/s或1.05m3/s基流，調節(jié)枯水年河道徑流量，減少下游河段斷流現(xiàn)象，增加大陳閘枯水年和特枯年的供水量，對下游河道水資源利用產生有利的影響。

3.水庫建成后下游河道洪水流量變化情況前坪水庫防洪任務主要是控制北汝河干流上游的山區(qū)洪水，削減襄城洪峰流量，減少漯河以上洼地的滯蓄洪量，將北汝河防洪標準由不足10年一遇提高到20年一遇。配合已建的昭平臺、白龜山、孤石灘、燕山水庫及計劃興建的下湯水庫和泥河洼滯洪區(qū)聯(lián)合運用，控制漯河下泄流量不超過3000m3/s，將沙潁河干流的防洪標準遠期提高到50年一遇。1.對壩址洪水的削峰作用前坪水庫對壩址的削峰作用比較大，將壩址5年一遇、10年一遇、20年一遇洪峰流量1340m3/s、2440m3/s、3720m3/s削減至1000m3/s，將50年一遇洪峰流量5580m3/s削減至1000m3/s，削峰率達25.4%、59.0%、73.1%、82.1%。2.對襄城洪水的削峰作用前坪水庫建成以后，若遭遇1957年型洪水，將襄城20年一遇洪峰流量4939m3/s削減至2761m3/s，削峰率44.1%；若遭遇1975年型洪水，將襄城20年一遇洪峰流量3545m3/s削減至2951m3/s，削峰率16.8%；若遭遇1982年型洪水，將襄城20年一遇洪峰流量3545m3/s削減至2819m3/s，削峰率20.5%；若遭遇2000年型洪水，將襄城20年一遇洪峰流量4755m3/s削減至2954m3/s，削峰率37.9%。北汝河防洪標準由10年一遇提高到20年一遇，襄城洪峰流量控制在3000m3/s，避免啟用湛河洼臨時滯洪區(qū)。3.對沙河干流的防洪作用沙河漯河以上由沙河本干、北汝河、澧河組成，目前沙河干流上興建了昭平臺、白龜山水庫，遠期在內昭平臺水庫上游擬建下湯水庫，澧河上興建了孤石灘、燕山水庫，還有泥河洼滯洪工程，興建前坪水庫以后，若發(fā)生漯河50年一遇洪水，配合以上防洪工程，可提高沙河干流的防洪能力。

三、水庫將洪水轉化為可利用水資源過程分析

前坪水庫建成后，主要是通過調蓄洪水供枯水期使用。前坪水庫入庫徑流非常不均勻，在58年的水文系列中，共計2088旬，最大入庫旬平均流量為505.44m3/s，最小入庫旬平均流量為0.05m3/s。旬平均流量105m3/s以上共有28個旬；旬平均流量40～105m3/s共92個旬；小于40m3/s旬平均流量，共計1968個旬，其中0.05～3m3/s有972個旬，占總旬數(shù)的46.6%，說明水庫入庫旬平均流量0.05～3m3/s的時間占近50%。在58年的水文系列中，共計2088旬，最大出庫旬平均流量為408.24m3/s，最小出庫旬平均流量為0.97m3/s。旬平均流量107m3/s以上，共有15個旬；旬平均流量40～107m3/s共有45個旬；小于40m3/s旬平均流量，共計2028個旬，其中1.07m3/s以下有1790個旬，占總旬數(shù)的85.7%，說明水庫下泄流量接近或小于基流1.05m3/s時間占85.7%。前坪水庫將洪水調蓄后轉化為水資源的過程可用入庫、出庫流量對比圖表示（見圖1）。圖1反映了枯水期水庫供水，大多數(shù)旬出庫流量小于入庫流量的情況。說明枯水期用水量較大，棄水量較小。

四、對下游水資源的影響

前坪水庫多年平均年降雨量為761mm，其中6—9月的降雨量占全年的62.2％。由于降雨年際變化較大，年內分配不均，反映在徑流上，年際年內差異更大。據前坪水庫壩址1952—2012年水文年共59年統(tǒng)計，多年平均年徑流量為3.321億m3。徑流量年際變化很大，實測最枯年徑流量0.753億m3，實測最豐年徑流量7.715億m3，最豐年徑流量是最枯年徑流量的10.25倍。徑流在年內的分配亦很不均勻，汛期6—9月的年徑流量為2.118億m3，占全年徑流量的64%。非汛期10月—次年5月年徑流量為1.203億m3，只占全年徑流量的36%，最大8月徑流量為0.810億m3，占全年徑流量的24.4%；最枯1月份徑流量0.053億m3，僅占全年徑流量的1.6%。北汝河地表徑流上游大于下游，山區(qū)大于平原，上游汝陽縣徑流深150mm，下游襄城縣徑流深100mm，自西向東遞減。前坪水庫壩址以上，水資源相對豐富，全年水質為Ⅱ類，水質較好，但上游已建的小型蓄水工程利用的水資源量僅占多年平均年徑流量的2.4‰。由于現(xiàn)有水利工程利用的水資源量很小，開發(fā)利用率很低，因此，北汝河上游優(yōu)質的水資源得不到有效的利用，使得下游的汝陽縣、汝州市、寶豐縣、郟縣、襄城縣等農田及城區(qū)近遠期均面臨嚴重缺水問題。北汝河是沙潁河的一條重要支流，上游無控制工程，洪澇災害頻繁，防洪標準約10年一遇。前坪水庫修建后，通過水庫的調蓄興利，可有效改變徑流的時空分布，向供水區(qū)城市生活及工業(yè)年供水量6300萬m3，同時向前坪灌區(qū)50.8萬畝耕地多年平均提供灌溉用水量10098萬m3，并可結合供水灌溉發(fā)電。建設項目多年平均取水量1.626億m3，占前坪水庫壩址多年平均來水量的49.0%，選定供水方案的水資源利用系數(shù)為0.49。

五、結語

前坪水庫工程是北汝河上游一座大型樞紐控制工程，在區(qū)域防洪和水資源優(yōu)化配置方面將發(fā)揮不可替代的重要作用。水庫建成后，對水資源的年內分配起到了較好的調節(jié)作用，汛期可攔蓄大量洪水，供給枯季灌溉和全年城市用水，并可在平水或豐水年份充分利用水庫的多年調節(jié)性能蓄水供枯水年份利用。北汝河天然徑流經水庫調節(jié)后大大增加了對下游城鎮(zhèn)供水和灌溉用水，彌補了下游水資源不足，緩解了水資源供需矛盾。水庫運行過程中對下泄水量起到很好的調節(jié)作用。水庫建成后興利除害，更有效、更合理地開發(fā)、利用北汝河流域的水資源。

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作者：韋哲 單位：河南省前坪水庫建設管理局