前坪水库工程对下游河道水文水资源影响分析

　　前坪水库工程是北汝河上游一座大型枢纽控制工程。为研究工程建成后对下游水文水资源的影响,从河道水文情势进行分析,并对水库建成后下游河道洪水流量变化情况进行研究,认为前坪水库建成后,改善了流域水资源时程的分配,使洪水资源化,增加了枯水期北汝河河道下泄水量,解决了下游河段断流的问题,对下游河道安全度汛、水资源利用等将产生积极影响。

　　一、工程概况

　　北汝河是淮河流域沙颍河水系的主要支流，发源于河南省洛阳市嵩县车村乡，在襄城县丁营乡岔河口处入沙颍河，全长约250km，河道坡降1/200～1/300，流域面积6080km2。受气候、季风和地形等因素的影响，降水时空分布不均，暴雨多发，且主要集中在汛期。因地面及河道坡降陡，洪水汇流迅速，峰高势猛，曾给中下游带来多次严重的洪涝灾害。水文监测资料显示，北汝河丰水期径流量占全年的80.4%，枯水期径流量仅占全年的19.6%，来水年内分配不均情况较为显著。近年，流域降雨量减少，特别是枯水期经常断流，给流域工农业生产和群众生活带来了严重影响，水生态恶化风险也随之增加。前坪水库位于北汝河上游、河南省洛阳市汝阳县县城以西9km的前坪村，是以防洪为主，结合供水、灌溉、兼顾发电的大(2)型水库，总库容5.84亿m3，控制流域面积1325km2。前坪水库工程可控制北汝河山丘区洪水，将北汝河防洪标准由10年一遇提高到20年一遇，同时配合已建的防洪工程，可将沙颍河的防洪标准远期提高到50年一遇。水库灌区面积50.8万亩(1亩=1/15hm2)，每年可向下游城镇提供生活及工业供水约6300万m3，水电装机容量6000kW，多年平均发电量约1881万kWh。2015年10月，前坪水库全面开工建设，2020年3月，正式下闸蓄水，社会效益及经济效益正逐步显现。

　　二、对下游河道径流量的影响

　　1.下游河道径流量现状及断流情况前坪水库下游16.5km处有紫罗山水文站，控制面积1800km2。紫罗山站1952—2010年实测流量系列中，洪峰流量大于3000m3/s的有5年;洪峰流量小于500m3/s的有20年。根据1999—2001年枯水月份的日平均流量资料统计，1999年2月26日—3月17日，日平均流量只有0.62m3/s。2000年3—5月的月均流量分别为0.54、0.30、0.009m3/s，5月4日—6月1日共计断流29天。2001年5月27日—6月27日连续断流32天。大陈闸水文站位于北汝河襄城东12km处，控制流域面积5550km2。根据大陈闸水文站1953—2010年水文资料统计，多年平均年径流量为7.727亿m3，枯水年只有1.0亿～2.22亿m3。1992年2.03亿m3，2001年1.47亿m3，1999年仅为1.0亿m3。根据1999—2001年枯水月份的日平均流量资料统计，1999年入库径流断流134天，2000年入库径流断流132天，2001年入库径流断流108天。根据水文年鉴统计，3个枯水年大陈闸以上分别引出水量为：1999年6726万m3，2000年5736万m3，2001年8438万m3。

　　2.水库建成后下游河道径流量及断流情况前坪水库建成以后，坝址处多年平均年径流量1.641亿m3，较建库前减少了50.6%。坝址区河道年径流量变化：丰水年减小43.3%，平水年减小80.4%，枯水年减小71.7%，特枯水年减小53.1%。由于水库拦蓄，坝址处河道年径流仅为水库下泄弃水、生态用水及水库渗漏量，因此坝址处河道年径流减少程度较大。前坪水库建成以后，大陈闸断面多年平均年径流量6.459亿m3，较建库前减少了16.4%。大陈闸站年径流量变化：丰水年减小18.5%，平水年减小29.1%，枯水年减小28.6%,特枯水年减小17.7%。由于区间来水比重相对较大，同时加上水库供水区的部分回归水，因此大陈闸断面处河道年径流量减少程度相对较小。据统计前坪水库建成前，大陈闸1999年枯水年，由于闸上已引出水量6726万m3，大陈闸全年断流134天，其中2月、9月两个月断流。2000年枯水年，由于闸上已引出水量5736万m3，大陈闸全年断流132天，其中1月、2月、5月3个月断流85天。2001年枯水年，由于闸上已引出水量8438万m3，大陈闸全年断流108天，其中9月11日—10月14日断流34天。前坪水库建成以后，大陈闸站河道径流量将减少，但水库为满足河道最小生态需水量，将常年向下游河道放2.10m3/s或1.05m3/s基流，调节枯水年河道径流量，减少下游河段断流现象，增加大陈闸枯水年和特枯年的供水量，对下游河道水资源利用产生有利的影响。

　　3.水库建成后下游河道洪水流量变化情况前坪水库防洪任务主要是控制北汝河干流上游的山区洪水，削减襄城洪峰流量，减少漯河以上洼地的滞蓄洪量，将北汝河防洪标准由不足10年一遇提高到20年一遇。配合已建的昭平台、白龟山、孤石滩、燕山水库及计划兴建的下汤水库和泥河洼滞洪区联合运用，控制漯河下泄流量不超过3000m3/s，将沙颍河干流的防洪标准远期提高到50年一遇。1.对坝址洪水的削峰作用前坪水库对坝址的削峰作用比较大，将坝址5年一遇、10年一遇、20年一遇洪峰流量1340m3/s、2440m3/s、3720m3/s削减至1000m3/s，将50年一遇洪峰流量5580m3/s削减至1000m3/s，削峰率达25.4%、59.0%、73.1%、82.1%。2.对襄城洪水的削峰作用前坪水库建成以后，若遭遇1957年型洪水，将襄城20年一遇洪峰流量4939m3/s削减至2761m3/s，削峰率44.1%;若遭遇1975年型洪水，将襄城20年一遇洪峰流量3545m3/s削减至2951m3/s，削峰率16.8%;若遭遇1982年型洪水，将襄城20年一遇洪峰流量3545m3/s削减至2819m3/s，削峰率20.5%;若遭遇2000年型洪水，将襄城20年一遇洪峰流量4755m3/s削减至2954m3/s，削峰率37.9%。北汝河防洪标准由10年一遇提高到20年一遇，襄城洪峰流量控制在3000m3/s，避免启用湛河洼临时滞洪区。3.对沙河干流的防洪作用沙河漯河以上由沙河本干、北汝河、澧河组成，目前沙河干流上兴建了昭平台、白龟山水库，远期在内昭平台水库上游拟建下汤水库，澧河上兴建了孤石滩、燕山水库，还有泥河洼滞洪工程，兴建前坪水库以后，若发生漯河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、水库将洪水转化为可利用水资源过程分析

　　前坪水库建成后，主要是通过调蓄洪水供枯水期使用。前坪水库入库径流非常不均匀，在58年的水文系列中，共计2088旬，最大入库旬平均流量为505.44m3/s，最小入库旬平均流量为0.05m3/s。旬平均流量105m3/s以上共有28个旬;旬平均流量40～105m3/s共92个旬;小于40m3/s旬平均流量，共计1968个旬，其中0.05～3m3/s有972个旬，占总旬数的46.6%，说明水库入库旬平均流量0.05～3m3/s的时间占近50%。在58年的水文系列中，共计2088旬，最大出库旬平均流量为408.24m3/s，最小出库旬平均流量为0.97m3/s。旬平均流量107m3/s以上，共有15个旬;旬平均流量40～107m3/s共有45个旬;小于40m3/s旬平均流量，共计2028个旬，其中1.07m3/s以下有1790个旬，占总旬数的85.7%，说明水库下泄流量接近或小于基流1.05m3/s时间占85.7%。前坪水库将洪水调蓄后转化为水资源的过程可用入库、出库流量对比图表示(见图1)。图1反映了枯水期水库供水，大多数旬出库流量小于入库流量的情况。说明枯水期用水量较大，弃水量较小。

　　四、对下游水资源的影响

　　前坪水库多年平均年降雨量为761mm，其中6—9月的降雨量占全年的62.2%。由于降雨年际变化较大，年内分配不均，反映在径流上，年际年内差异更大。据前坪水库坝址1952—2012年水文年共59年统计，多年平均年径流量为3.321亿m3。径流量年际变化很大，实测最枯年径流量0.753亿m3，实测最丰年径流量7.715亿m3，最丰年径流量是最枯年径流量的10.25倍。径流在年内的分配亦很不均匀，汛期6—9月的年径流量为2.118亿m3，占全年径流量的64%。非汛期10月—次年5月年径流量为1.203亿m3，只占全年径流量的36%，最大8月径流量为0.810亿m3，占全年径流量的24.4%;最枯1月份径流量0.053亿m3，仅占全年径流量的1.6%。北汝河地表径流上游大于下游，山区大于平原，上游汝阳县径流深150mm，下游襄城县径流深100mm，自西向东递减。前坪水库坝址以上，水资源相对丰富，全年水质为Ⅱ类，水质较好，但上游已建的小型蓄水工程利用的水资源量仅占多年平均年径流量的2.4‰。由于现有水利工程利用的水资源量很小，开发利用率很低，因此，北汝河上游优质的水资源得不到有效的利用，使得下游的汝阳县、汝州市、宝丰县、郏县、襄城县等农田及城区近远期均面临严重缺水问题。北汝河是沙颍河的一条重要支流，上游无控制工程，洪涝灾害频繁，防洪标准约10年一遇。前坪水库修建后，通过水库的调蓄兴利，可有效改变径流的时空分布，向供水区城市生活及工业年供水量6300万m3，同时向前坪灌区50.8万亩耕地多年平均提供灌溉用水量10098万m3，并可结合供水灌溉发电。建设项目多年平均取水量1.626亿m3，占前坪水库坝址多年平均来水量的49.0%，选定供水方案的水资源利用系数为0.49。

　　五、结语

　　前坪水库工程是北汝河上游一座大型枢纽控制工程，在区域防洪和水资源优化配置方面将发挥不可替代的重要作用。水库建成后，对水资源的年内分配起到了较好的调节作用，汛期可拦蓄大量洪水，供给枯季灌溉和全年城市用水，并可在平水或丰水年份充分利用水库的多年调节性能蓄水供枯水年份利用。北汝河天然径流经水库调节后大大增加了对下游城镇供水和灌溉用水，弥补了下游水资源不足，缓解了水资源供需矛盾。水库运行过程中对下泄水量起到很好的调节作用。水库建成后兴利除害，更有效、更合理地开发、利用北汝河流域的水资源。

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　　《前坪水库工程对下游河道水文水资源影响分析》来源：《中国水利》，作者：韦哲