洋河干流水沙變化對下游灌區的影響研究

朱思瑾 李昊哲

為貫徹落實黨的十九大精神，大力推動全社會節水，國家發展改革委、水利部印發了《國家節水行動方案》（以下簡稱《方案》）?！斗桨浮分刑岢?，大力推進節水灌溉，推廣噴灌、微灌、滴灌、低壓管道輸水灌溉等一系列技術措施［1-2］。2016 年，國家發改委會同水利部、國家林業局印發了《永定河綜合治理與生態修復總體方案》，提出水資源節約與生態用水配置等一系列要求［3］。永定河流域洋河二灌區積極響應國家號召，施行節水綜合改造，打造以微灌、管灌為主要灌溉方式的高效節水灌溉面積1 133.33 hm2（1.7萬畝）。

根據GB/T 50485—2009《微灌工程技術規范》，微灌水質中懸浮固體物質濃度低于50 mg/L 時，淤堵可能性較低；懸浮固體物質濃度在50~100 mg/L時，淤堵可能性中等；懸浮固體物質濃度高于100 mg/L時，淤堵可能性較高［4］。為進一步明確節水綜合改造后，灌區非汛期引水含沙量情況以及設置沉沙池的必要性，本文采用實測資料分析方法，以工程區范圍內懷來氣象站和響水堡水文站1964—2019年長系列實測降水、流量、含沙量資料為依托，分析2站年際、汛期、非汛期上述要素變化趨勢，以期對洋河二灌區未來實施高效節水灌溉方式后非汛期引水含沙量是否超標以及設置沉沙池的必要性進行全面論證。

1 研究區概況

1.1 灌區基本情況

洋河二灌區位于河北省西北部、官廳水庫上游的永定河流域，灌區西起張家口市下花園區，東至懷來縣沙城鎮，北至京張公路和京包鐵路，南至洋河北岸。灌區渠首位于雞鳴驛村西的洋河北岸，引洋河水進行農田灌溉。灌區設計灌溉面積7 333.33 hm2（11 萬畝），有效灌溉面積6 666.67 hm2（10 萬畝），現狀實際灌溉面積5 466.67 hm2（8.2萬畝）。

洋河是永定河一級支流，屬海河流域，發源于內蒙古自治區興和縣東洋河，向東流經懷安、萬全縣，折東南經宣化、張家口市下花園區，至涿鹿、懷來交界處與桑干河交匯后稱永定河，后入官廳水庫。洋河河道全長253 km，流域面積為15 470 km2。洋河二灌區一干渠引水口位于懷來縣與涿鹿縣分水口斷面下游1.8 km處，引水口斷面以上流域面積為14 758 km2，分水口斷面以上流域面積為14 749 km2。一干渠引水口上游12.3 km 處設有響水堡水文站。

1.2 水利工程概況

洋河流域自上至下分別建有友誼水庫、洋河水庫等大中型水利工程。其中東洋河友誼水庫（水庫總庫容1.16億m3）控制流域面積2 250 km2，主要任務為下游灌溉（包括集成渠和四清大渠2個灌溉渠道控制的灌區）。洋河干流的洋河水庫位于響水堡水文站上游5.94 km 處，該水庫為中型水庫，控制流域面積為14 140 km2，總庫容為5 750萬m3，現有庫容為1 800萬m3。

2 水文站水沙變化特征分析

2.1 徑流變化

統計響水堡水文站1964—2019 年實測徑流系列，多年平均徑流量2.52億m3，徑流年際變化較大且年內分布不均，汛期（6—9月）徑流量占全年徑流量的44.1%。由圖1 和圖2 可知，與1964—1980 年相比，2000年后水文站實測年徑流量和汛期徑流量均呈顯著減少趨勢。

圖1 響水堡水文站年徑流系列

圖2 響水堡水文站汛期徑流系列

由圖3可知，1964—1980年懷來氣象站年降水量與響水堡水文站實測年徑流量變化趨勢相近；1980年后年降水量有增加趨勢，但同期年徑流量大幅下降。由于洋河水庫于1973 年下閘蓄水，1980年前后逐年徑流量與同期降水量的關系發生本質變化，上游降水形成的徑流被水庫攔截、流域土壤持水能力大幅提升，響水堡水文站來流量僅來自于洋河水庫下泄流量和水庫至水文站區間的坡面流入匯，年徑流量呈大幅減少的趨勢。因此，未來很長一段時間內，響水堡水文站年徑流量仍不會有明顯的增加趨勢。

圖3 懷來氣象站年降水量—響水堡水文站年徑流量關系

2.2 含沙量變化

由表1可知，1964—2009年水文站汛期含沙量約為非汛期的10 倍，2010—2019 年間，非汛期含沙量均為0；水文站汛期輸沙量占比自1964—1972年間的85.8%增長至2010—2019 年間的100%。因此，水文站汛期徑流量占比呈降低趨勢而輸沙量占比呈增加趨勢，也間接反映出水文站年輸沙量的減少、非汛期徑流量占比提高和水流含沙量降低的趨勢。

表1 響水堡水文站不同年系列實測全年、汛期和非汛期平均含沙量、輸沙量

根據水文站近20 年水沙資料分析，僅2000 年和2004年非汛期輸沙量不為0，其中2000年有54 d，最大含沙量為7 kg/m3，2004年有77 d，最大含沙量為23.5 kg/m3，占非汛期總天數比例僅為2.7%。近20 年中有10 年汛期輸沙量不為0，共計215 d，占汛期總天數比例僅為8.8%，且近10 年汛期水流含沙量也較低，為0.32 kg/m3。

據此可以判斷，若上游洋河水庫非汛期未有特大洪水入庫，洋河二灌區非汛期約有97%的概率可以引到水流含沙量符合噴灌規范標準的灌溉用水；若上游洋河水庫汛期未有特大洪水入庫，洋河二灌區非汛期約有90%的概率可以引到水流含沙量符合噴灌規范標準的灌溉用水。此外，洋河二灌區并非全時段微灌，因此盡量避開水流含沙量大于0的日期進行引水微灌。

2.3 懸移質顆粒級配

洋河響水堡水文站位于洋河水庫下游約6 km，經水庫沉積，出庫泥沙粒徑較細。懸移質泥沙顆粒級配年際、年內各月差別不大，統計洋河響水堡水文站懸移質泥沙顆粒級配可知水文站懸移質泥沙最大粒徑為0.5 mm，小于0.1 mm泥沙占比達90%以上，小于0.08 mm泥沙占比達85%以上，d50為0.032 mm。

2.4 上游水利工程建設情況

現狀洋河干流已修建多座攔河壩，自2011年起洋河中游段左衛鎮207國道至宣大高速公路洋河大橋段已開展了生態治理工程，共布設了28座蓄水建筑物，包括16 座橡膠壩、7 座溢流壩和5 座水力翻板壩，這些攔河蓄水建筑物的建設對于洋河水庫入庫沙量的大幅減少有直接作用。近年來洋河干流自洋河水庫至洋河二灌區區間河段也開展了生態治理工程，修建了多座攔河溢流景觀壩。攔河溢流景觀壩庫容均較小，為長期保持城區河道水面景觀，河道管理部門會定期清理攔河壩淤積泥沙。因洋河水庫入庫徑流大多為城鎮生活與工業退水，出庫水流含沙量很低，區間來沙也將被多座攔河景觀壩攔截大部分，這將進一步降低洋河二灌區渠首引水含沙量。

2.5 上游支流入匯水沙情況

洋河二灌區一干渠引水口斷面以上流域面積為14 758 km2，洋河水庫壩址以上流域面積為14 140 km2，洋河水庫—二灌區渠首區間流域面積618 km2，較大支溝只有在洋河左岸下花園區匯入的戴家營河，流域面積約155 km2。因流域面積較小，一般日降雨量不大于40 mm 時不會產生較大流量匯入洋河。當地一旦發生暴雨并形成洪水時，戴家營溝匯入洋河的水流含沙量會大于0。

3 結論及建議

3.1 結 論

現狀洋河二灌區渠首非汛期引水灌溉水流較清澈，水中幾乎不含有泥沙顆粒，每年非汛期引水含沙量為0 的時間約為97%，基本不影響灌區引水噴灌；每年汛期引水含沙量為0 的時間約為90%，同樣基本不影響灌區引水噴灌。因此，洋河二灌區引水渠前無需設置沉沙池，可滿足規范要求的微灌引水含沙量要求。

3.2 建 議

建議在引水渠渠首適當位置設置水流含沙量觀測設備，當監測到水流含沙量高于0.1 kg/m3時，應及時停止引水微灌。