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黄河中游骨干坝蓄水比例及蒸损量研究

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中国农村水利水电·2015年第7期23文章编号:1007-2284(2015)07-0023-04黄河中游骨干坝蓄水比例及蒸损量研究胡娟萍,张丽,赵茹,陈学凯(华北水利水电大学,郑州450011)摘要:近年来,受到气候的极端变化和各种人类活动的影响,黄河中游径流量减少的趋势越来越明显。在以往的水资源评价中,只考虑了干流上部分水库对径流减少的影响,而忽略了蓄水骨干坝的影响。通过水土保持部门调研、GoogleEarth查询以及实地勘测等途径,较为准确的确定了骨干坝的分布及蓄水比例,并根据水量平衡得出蓄水骨干坝的蒸发损失。研究表明:黄河中游头道拐至潼关之间,骨干坝共计4798座,包括蓄水骨干坝895座,蓄水比例达到3。此研究初次考虑了蓄水骨干坝对径流减少的影响,可为以后研究径流减少提供18.65%;骨干坝蒸损量为0.19亿m理论依据。关键词:骨干坝;蓄水骨干坝;蓄水比例;GoogleEarth;蒸损量中图分类号:S157;TV882.1文献标识码:AResearchontheImpoundmentProportionandtheEvaporationLossofWateroftheKeyDamintheMiddleReachesoftheYellowRiverHUJuan-ping,ZHANGLi,ZHAORu,CHENXue-kai(NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower,Zhengzhou450011,China)Abstract:Inrecentyears,thetrendofrunoffreductioninthemiddlereachesoftheYellowRiverrunoffreductionismoreandmoreobviousduetothecombinedeffectsofextremeclimatechangeandhumanactivities.Inthepastitonlyconsideredthesmallreservoironriverrunoffreductioneffectintheevaluationofwaterresources,butignoredtheinfluenceofstoragekeydams.Itdetermineskeydamdistributionandimpoundmentproportionaccurately,anditcalculatestheevaporationlossofthestoragekeydamsaccordingtothewaterbalancethroughthewaterandsoilconservationdepartmentinvestigation,GoogleEarthquery,fieldsurvey,andsoon.ThestudyindicatesthatbetweenthemiddlereachesoftheYellowRiverToudaoguaitoTongguaninterval,keydamsaccountatotal3of4798,includingthestoragekeydam895,thewaterratioof18.65%;KeyDamevaporationlossisabout0.019billionm.Thestudyfirstlyconsidersthestoragekeydamhavinganimpactonrunoffreduction,providingatheoreticalbasisforfutureresearchrunoffreduction.Keywords:keydam;storagekeydam;impoundmentproportion;GoogleEarth;evaporationloss[1]。径流量减少黄河中游径流量最近几年减少趋势显著减少的原因刻不容缓。径流减少的可能影响因素有:气候变而对需水量要求又不断增加,因此研究分析黄河中游河川径流化、修建水利工程、地下水超采,改变植被覆盖、工农业用水和[2]。黄河中游是骨干坝比较集中的区域,大约有生活用水等收稿日期:2014-11-105800余座。然而现有研究成果,如21世纪对黄河天然径流量基金项目:“十二五”国家科技支撑计划课题“黄河中游河川径流锐的调查评价[3]中只考虑了干支流上部分水库对径流减少的影减驱动力及人为调控效应研究”(2012BAB02B04)。响分析,而对水土保持工程的骨干坝[4]未进行考虑。为研究蓄作者简介:胡娟萍(1990-),女,硕士研究生,主要研究水资源利用方水骨干坝对黄河径流减少的影响,需对径流锐减最剧烈的头道向。E-mai:nnhujuanping@163.com。拐至潼关之间的骨干坝进行调查研究,包括骨干坝的数量、分通讯作者:张丽(1964-),女,教授,博士,主要从事水利工程、水资布状况、蓄水情况、蓄水比例和蒸发损失。源利用等方面教学及研究。E-mai:Zhangli@ncwu.edu.cn。 24黄河中游骨干坝蓄水比例及蒸损量研究胡娟萍张丽赵茹等干坝的蓄水情况进行研究。本文采取调研、GoogleEarth软件1研究区概况查询和实地调查勘测三种方法对骨干坝的蓄水状况进行研究[13]。黄河中游头道拐至潼关之间(简称头潼间),位于110°16′分析~111°04′E,34°35′~40°16′N之间,属于大陆性季风气候,受由于研究区黄河中游头潼间骨干坝数量庞大,分布在不同[5]。因而水利工程蓄水运用季风影响,中游地区蒸发强度较大的省区,为准确的获取蓄水状况的资料,必须进行水土保持部必将增加蒸发损失。且此段流域主要为黄土高原,水土流失严门的调研,通过调查统计,初步得到研究区间4798座骨干坝蓄[6],故此段水利水保工重,也是黄河泥沙及洪水的主要来源区水情况。数据是否属实,由GoogleEarth软件进行核对。[7]。程对减沙、防洪具有重要意义GoogleEarth是一款系统搜索软件,由美国发明推出的,包含[14]。本文就是利用此软件对调查统计的蓄水骨基于黄河1919-1975年水文序列,花园口天然径流量560全球地理信息亿m3。到2003-2010年,花园口径流量只有469亿m3,减少干坝的数量进行核对。现以延河为例进行说明。通过水土部了91亿m3[8]。径流量减少的趋势越来越明显,其主要影响因门调研,统计延河流域211座骨干坝中蓄水骨干坝有67座。素是气候变化和人类活动两方面。近年来,全球温度升高导致将67座骨干坝标注出来,在GoogleEarth平台上进行查询,查水循环速率加快,因而对降水产生了一定的影响。降水是黄河到62座,占所查比例的92.54%。并且对未蓄水的骨干坝也进流域水资源的主要补给方式,1986年以来降水较前期明显减行了查询,调研结果与GoogleEarth查询结果吻合。图1、图2少。另外,人类活动也一定程度上改变了自然环境。20世纪为利用GoogleEarth软件中提供的历史影像功能得到的延河70年代以来,在研究区域内修建了大规模的水土保持工程,在流域康河骨干坝2006年、2013年的图片。可以清楚地看到康一定程度上改变流域下垫面条件。同时,随着工农业的快速发河骨干坝处于蓄水状态。展,在一定程度上改变了土地的利用方式和植被覆盖,进而改[9-11]。文章采集气象站1956-2012变了水文要素和水文特征年水文、气象等观测资料,以2006-2012年(相当于2009水平年)为现状年,分析研究黄河中游头潼间全部骨干坝的状况。2骨干坝分布及蓄水状况研究2.1骨干坝分布为降低自然灾害,提高水利工程的防洪能力,在治理水土流失的基础上建立骨干坝。骨干坝可以起到保护下游淤地坝,稳固河床,起到荒沟变成农田的作用,对生态和环境都有很大的改善。骨干坝的平均控制面积为3~5km2,部分可达到8图12006年10月26日康河骨干坝2,平均库容为50~500万m3[12]。kmFig.1PictureofKanghekeydaminOctober26,2006黄河中游头潼间的骨干坝,始建于19世纪50年代,数目庞大,至今已达到4798座。研究区共涉及5省:甘肃、宁夏、内蒙古、山西和陕西,其各省骨干坝的数量见表1。由表1可知,5省中宁夏的骨干坝数量最少,占骨干坝总数的4.6%,且控制面积也最小,仅1300km2;陕西省的骨干坝数量最多,占骨干坝总数的50%以上,控制面积也最大,约12600km2。表1黄河中游5省(区)骨干坝统计Tab.1FiveprovinceskeydamstatisticsinthemiddlereachesoftheYellowRiver数量控制平均单总库容/已淤积库容/省区总数比例/面积/坝控制万m3万m3图22013年4月3日康河骨干坝%km2面积/km2Fig.2PictureofKanghekeydaminApril3,2013甘肃4208.81895.404.5129103.507476.80为进一步确定蓄水骨干坝数据的准确性,我们还进行了实宁夏2204.61300.105.9121439.202693.80际考察测量。随机对调查表明蓄水的4座骨干坝走访调查勘内蒙古61912.92963.404.7973531.7012956.90测。表2是四座蓄水骨干坝的参数,图3,图4为康河骨干坝、山西105722.05443.405.1587904.7022425.70绣山大坝的实际考察照片。陕西248251.712603.805.08286973.30175339.20综上可知,在水土保持部门调研和GoogleEarth中查询的合计479810024206.105.05498952.40220892.40均为蓄水骨干坝,可认为是蓄水的骨干坝;水土保持部门统计2.2骨干坝蓄水状况研究认为骨干坝是蓄水的,在GoogleEarth上查不到,则认为是调骨干坝的蓄水情况直接影响蒸发损失的计算,因此需对骨查中失误。通过分析,水土保持部门调研结果与GoogleEarth 黄河中游骨干坝蓄水比例及蒸损量研究胡娟萍张丽赵茹等25表2四座蓄水骨干坝的参数和蓄水数据表3各支流蓄水骨干坝统计Tab.2TheparametersandimpoundmentdataTab.3Thetributarywaterkeydamstatisticsofthefourimpoundmentkeydams右岸左岸控制已淤积建成水面二级蓄水比二级蓄水比总库容/坝顶长/坝高/总数蓄水数总数蓄水数坝名面积/库容/时间/高程/万m3mm支流例/%支流例/%km2万m3年份m皇甫川2278035.24浑河1573220.38石峁子3.261.31.810027.5200615.9清水川4124.88杨家川3812.63火石界5.4190.627.75528200410.7孤山川5423.70偏关河3512.86康河6.1162.4307525.5200412石马川1300县川河16121.24绣山31305.6120.118031200521.53窟野河3074614.98朱家川8211.22秃尾河9344.30岚漪河29310.34佳芦河11543.48蔚汾河1400乌龙河5300清凉寺沟500无定河1125776.84湫水河5523.64清涧河20694.37三川河7956.33延河2116229.38屈产河25312.00云岩河3266.67昕水河186136.99仕望河600汾河1601710.63图3康河坝实地调研图片北洛河2248638.39小计10268078.26Fig.3PictureofKanghekeydamfieldresearch泾河43722651.72渭河25118674.10小计336678623.35直接入黄406297.14合计479889518.65[15]。可后变成水面蒸发,因而有额外水量损失,称作蒸发损失按下式计算:W蒸=(h水-h陆)(F珚库-f)(1)式中:h水和h陆分别为时段库区水面蒸发深度和陆面蒸发深图4绣山大坝实地调研图片度,m;F珚库和f分别为时段平均水库水面面积和原河道水面面Fig.4Pictureofxiushankeydamfieldresearch积,m2。查询结果误差不大,可按GoogleEarth查询结果为准。因此,因骨干坝修建前一般为山区小沟壑,处于无水状态,则原得到蓄水骨干坝共895座,分别为甘肃243座,宁夏167座,内河道水面面积f可不参与运算,则上式可简化为:蒙古146座,山西68座以及陕西271座。其中各支流蓄水情W蒸=F珚库×h水-F珚库×h陆(2)况见表3,可以看出:在右岸方面,骨干坝数量最多是无定河3.2骨干坝蒸损量计算1125座,其中蓄水骨干坝有77座,占总蓄水比例的6.84%,蓄3.2.1水面蒸发深度的确定水骨干坝数量最多的是泾河226座,其占总蓄水比例的利用1980-2000年黄河流域典型站点的实测水面蒸发量51.72%,而蓄水比例最高的是渭河,为74.10%,从空间方面,数据,采用克里格插值方式,在Mapinfo软件平台上,制作水面蓄水骨干坝的比例从北向南整体上有逐步增加趋势。在左岸蒸发深度等值线图。根据蓄水骨干坝的经纬度坐标,在图中查方面,从骨干坝数量和蓄水比例综合分析来看,均低于右岸,北出相对应的水面蒸发深度值。例如延河流域上的4座蓄水骨部浑河蓄水比例相对较高,达20.38%,昕水河具有数量最多的干坝,通过在水面蒸发深度等值线上查询,可得:石峁子水面蒸骨干坝,为186座,但蓄水骨干坝仅13座,蓄水比例为6.99%,发深度为920mm;火石界水面蒸发深度为990mm;康河水面蓄水骨干坝最多的是浑河32座,其次是汾河17座。蒸发深度为990mm;绣山水面蒸发深度为910mm。3.2.2陆面蒸发量的确定3蓄水骨干坝蒸损量分析[16],见下式:陆面蒸发量采用水量平衡法3.1蒸损量计算公式E=P-R(3)在蓄水工程未修建之前,蒸发主要包括原河流水面蒸发和式中:E为陆面蒸发量,mm;P和R分别为降水量和径流量,陆面蒸发两部分。陆面蒸发在蓄水工程修建完成并蓄水运用mm,可在降雨量和径流深等值线图查出。例如延河流域的4 26黄河中游骨干坝蓄水比例及蒸损量研究胡娟萍张丽赵茹等座蓄水骨干坝,通过多年黄河流域1956-2000年多年平均降(3)从结果分析来看,骨干坝对黄河中游径流锐减有一定雨量和径流深等值线图,可得:石峁子降水量为450mm,径流影响。因此要充分发挥黄河中游骨干坝的调节作用。根据骨量为25mm;火石界降水量为420mm,径流量为30mm;康河干坝的运行方式,淤满前采用缓洪、拦泥运行方式,部分骨干坝降水量为420mm,径流量为30mm;绣山降水量为480mm,径前期可作为小水库使用,蓄积、利用地表径流,提高水资源的利流量为25mm。用率,用于解决水资源缺乏地区的农民生活和农业生产用水。3.2.3多年平均骨干坝水面面积由于水资源开发和配置涉及到多省多地区,因此需要对河流流蓄水骨干坝水面面积的确定是计算蒸发损失的关键环节,域进行统一化管理。且骨干坝减沙效应明显,今后可进一步规蓄水骨干坝的水面面积通过下面途径获取:①利用Google划,更好的发挥骨干坝的水土保持作用,减少进入黄河的泥沙,Earth提取蓄水水面面积,绘制骨干坝轮廓,并结合Mapnifo软为维持黄河健康生命发挥作用。□[17]。②现场测量水位,查水件读出水面面积,且精度满足要求参考文献:位~面积曲线。③水土保持相关部门提供骨干坝的多年平均蓄水面积(主要山西省)。[1]李二辉,穆兴民,赵广举.1919-2010年黄河上中游区径流量变通过以上途径,可获得蓄水骨干坝的水面面积。根据有关化分析[J].水科学进展,2014,(2):155-163.资料,水库水面面积与当地降雨量关系比较大,姚望玲等[2]王怀柏,赵淑饶,张家军,等.1950-2010年黄河径流情势变化特[18,19]点[J].人民黄河,2011,(12):16-18.人认为,通过卫星遥感资料监测到的湖泊水面面积与降雨[3]张学成,潘启民.黄河流域水资源调查评价[M].郑州:黄河水利量基本成正相关关系,因此,将当地降雨量作为权重,将某年出版社,2006.(月)的水面面积,经公式变换为年均水面面积。即可按下式[4]薛顺康,蒋钢.黄土高原治沟骨干工程建设实践[J].中国水利.转换:2003,(17):25-27.P平Px=(4)[5]张建云,王国庆,贺瑞敏,等.黄河中游水文变化趋势及其对气候A平Ax变化的响应[J].水科学进展,2009,(2):153-158.式中:A2;P平为水库年均水库水面面积,m平为水库所在地区年[6]穆兴民,巴桑赤烈.黄河河口镇至龙门区间来水来沙变化及其对均降雨量,mm;A为已知的某年水面面积,m2;P为已知水面xx水利水保措施的响应[J].泥沙研究,2007,(2):36-41.面积对应年的平均降雨量,mm。[7]冉大川.黄河中游水土保持措施减沙量宏观分析[J].人民黄河,根据上式,可得出石峁子平均水面面积为8748.46m2;火2006,(11):39-41.石界平均水面面积为26432.97m2;康河平均水面面积为[8]郭菲.黄河中游骨干坝分布及其蒸发量研究[D].郑州:华北水2;绣山平均水面面积为74282.97m2。24427.35m利水电大学,2013.3.2.4骨干坝蒸损量计算结果[9]HUShan-shan,LIUChang-ming,ZHENGHong-xing,etal.根据对蓄水骨干坝的数量和蓄水时段(通常在7月末至次Assessingtheimpactsofclimatevariabilityandhumanactivities年6月前)[15]的掌握,计算出延河4座蓄水骨干坝的蒸损量分onstreamflowinthewatersourceareaofBaiyangdianLake[J].别为:石峁子0.433万m3,火石界1.586万m3,康河1.4656万JournalofGeographicalSciences,2012,(5):895-905.[10]刘二佳,张晓萍,张建军,等.1956-2005年窟野河径流变化及3,绣山3.380万m3。根据此方法可得延河流域62座蓄水骨m人类活动对径流的影响分析[J].自然资源学报,2013,(7):1干坝的蒸损总量为66.73万m3。159-1168.由表3可知各支流蓄水骨干坝的分布状况,蓄水骨干坝共[11]袁喆,杨志勇,董国强.近47年来降水变化和人类活动对滦河流895座。按上述延河流域蓄水骨干坝蒸损量的计算方法,即先域年径流量的影响[J].南水北调与水利科技,2012,(4):66-69.在水面蒸发深度等值线上确定水面蒸发深度;在根据水量平衡[12]张丽,赵茹,郭菲,等.黄河某支流骨干坝蓄水情况研究法,利用公式(3)确定陆面蒸发深度;然后把GoogleEarth提取[J].中国农村水利水电,2014,(379):90-93.的水面面积或调查测量获得的水面面积,通过公式(4)转化为[13]张丽,赵茹,郭菲,等.汾河流域骨干坝蓄水比例研究[J].年均水面面积,最终将数据代入蒸损量计算公式(2)得出蓄水气象与环境科学,2014,(1):98-102.骨干坝的蒸发损失。通过计算可得895座蓄水骨干坝总蒸损[14]唐东跃,熊助国,王金丽.GoogleEarth及其应用展望[J].地理量为1922.22万m3,约0.19亿m3。空间信息,2008,(4):110-113.[15]张丽,孙建奇,田勇,等.黄河花园口以上蓄水工程新增蒸发4结论损失分析[J].人民黄河,2014,(7):95-96.[16]张可义.沧州市蒸发量特性分析[J].水利科技与经济,2011,(1)研究区间共4798座骨干坝,陕西省骨干坝总数最多,(5):68-69.为2482座;宁夏骨干坝总数最少,为220座。通过调研、[17]王超,秦向南,张丽,等.基于GoogleEarth及Mapinfo数GoogleEarth软件查询以及实地勘察,来确定骨干坝的蓄水情据转换获取蓄水工程水面面积的方法[J].安徽农业科学,况,可知,蓄水骨干坝共895座,分别甘肃243座,宁夏167座,2013,41(27):11222-11223.内蒙古146座,山西68座和陕西271座。研究区骨干坝蓄水[18]姚望玲,柳戊弼,黄治勇.应用遥感资料监测水体面积变化及其比例为18.65%。与降水量的关系[J].湖北气象,2006,(1):20-23.(2)黄河中游头道拐至潼关之间,蓄水骨干坝的蒸发损失[19]卢娜.柴达木盆地湖泊面积变化及影响因素分析[J].干旱区约0.19亿m3,占花园口径流减少量91亿m3的0.21%。资源与环境,2014,(8):83-87.