南沟门水利枢纽工程下泄低温水对下游洛惠渠灌区影响初探

王海山

（陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西 西安 710001）

1 概述

陕西省延安市南沟门水利枢纽工程（以下简称“南沟门水利枢纽工程”）位于陕西省延安市黄陵县境内的洛河支流葫芦河下游，其坝址下距河口（葫芦河入洛河交汇口）约3km，工程总投资18.82亿元。设计拦河大坝为均质土坝，最大坝高66m，坝顶总长504.4m，总库容2.0006亿m3。是陕西省委、省政府确定的“十二五”十大重点水源工程之一，是以防洪、供水为主，兼顾灌溉和发电等综合利用的大型水利工程。其主要开发任务是解决黄陵县城、延安石油化学工业区、华能延安电厂的生产生活用水，发展隆太塬灌区，并向洛惠渠灌区补水。该工程建设对破解陕北能源化工基地水资源瓶颈，提高葫芦河及洛河流域整体防洪能力，保障和促进延安地区经济社会发展、促进富民强市具有重大意义。目前工程建设工作正在稳步推进。

南沟门水利枢纽工程运行后，其主要任务之一是向其下游158km处的洛惠渠灌区补水。在运行方式上通过水库调节，每年在灌溉期保证至少给洛惠渠渠首补足1198.3万m3的水量。由于建成后的水库坝前水深达62m，成为水温分层型水库，库区水温随水深垂直变化较大而导致水库向洛惠渠灌区补水水温与天然河道水温可能有很大的不同[1]。而低温水灌溉往往会限制地温提高，导致农作物减产现象。因此，有必要研究南沟门水利枢纽向洛惠渠灌区补水期间下泄水温及其在下游河段到达洛惠渠灌区取水口的恢复程度。

2 工程建成后向洛惠渠灌区补水下泄水温

2.1 向洛惠渠灌区补水过程

为了不影响下游的洛惠渠灌区用水，南沟门水利枢纽工程在调度与运行方式上将保证每年在灌溉期间向洛惠渠灌区补足1198.3万m3水量，补水时间段完全与洛惠渠灌区灌溉制度一致（洛惠渠灌溉制度见表4）。补水方式是通过坝后引水发电洞发电后，经汇流池旁退水渠退回河道，流向下游的洛惠渠渠首枢纽取水口，沿程距离约158km。引水发电洞放水塔进口底板高程823.0m，在正常蓄水位848.0m高程以下25m处取水。

2.2 水库放水口下泄水温变化趋势

根据南沟门水库垂向水温预测结果，南沟门水利枢纽放水口下泄的水体温度[1]与天然河道的水温[3]有较大的区别，比较结果见表1。

由表1可知，下泄水温总体变化趋势为水温夏季比天然河流低、冬季比天然河流高。具体而言，各月的变化情况特征是：

在枯水期的11月～翌年3月冬灌和春灌期间，南沟门水利枢纽向洛惠渠灌区补水的下泄水温要高于天然河道来水水温。而在4月～10月期间，下泄水温要低于天然河道来水水温，尤以6月～8月低温水差别最为明显，最大温差在7月份达11.5℃。补水河段沿程距离约158km，在到达下游洛惠渠灌区渠首取水口处若尚未完全恢复至天然河道水温，则可能会对灌区农作物生长产生不利影响。

3 补水时段放水口下泄水温在下游河段恢复长度的分析

3.1 预测方法

目前，水库下泄低温水在下游河道的沿程变化的预测方法有数学模型法和经验法。根据西安理工大学唐旺、周立德等人的研究，经验法和数学模型法对于坝址下游河道影响长度的趋势是一致的[2]。本次采用经验法预测。

采用日本农林省建议的公式：

式中，x——影响长度，m；

C——水的比热，J/kg.k；

表1 南沟门水利枢纽放水口水温与洛河河道天然水温比较 （℃）

表2 洛河交口河断面～状头断面区间天然来水水文特性指标统计表

表3 南沟门水利枢纽向洛惠渠灌区补水期间下泄低温水在河道恢复长度（km）

表4 洛惠渠灌区灌溉制度表

ρ——水的密度，kg/m3；

ν——x区间水的平均流速；m/s；

D——x区间河道平均水深；m；

Δθ2——水库放水水温与天然河道水温温差，℃；

α——比例系数，可取41.86J/m2.k.s；

β——比例系数，可取2093.4-4186.8J/m2.k.s；

θ∞——平衡水温，℃；

θ——主流水温，℃；

θt——支流和其他水温，℃。

洛河南沟门水利枢纽坝址～洛惠渠灌区渠首取水口约158km河段支流较大的支流有沮河、仙姑河、五里河、沙家河、白水河、县西河6条，但其河上分别建有郑家河水库、拓家河水库、福地水库、石堡川水库、故现水库、五一水库，这些水库蓄水后汇入洛河干流的流量极小，该河段也没有其他工业退水排入。因此，支流汇入的影响可以忽略。由于水库补水期间下泄低温水在4月～10月期间，其余时段，水库下泄水温高于河道天然来水水温。因此，本次只预测4月～10月期间低温水在下游河道的恢复长度。

3.2 输入参数

南沟门水利枢纽位于洛河交口河附近，其坝址下距葫芦河入洛河交汇口（即交口河断面）约3km。洛河交口河断面～洛惠渠渠首取水口（状头断面）河段建有交口河水文站和状头水文站，控制了这一河段的水文情势的变化，有长期系列观测资料。对这一区间两水文站实测水文数据[3]的统计结果见表2。

3.3 预测结果

根据预测模式，结合表4的基本参数，预测南沟门水利枢纽向洛惠渠灌区补水期间下泄低温水在下游河道影响长度见表3。

根据表3预测结果，在9月、10月期间水库放水进入河道的下泄低温水在下游河道恢复距离超过补水河道区间长度158km（分别为265.585km、236.638km），而其他时段水库下泄低温水在下游河道到达洛惠渠灌区渠首取水口之前，水温已经恢复到天然来水的温度。

4 对灌区影响的综合分析

根据上面预测结果，仅在每年9月、10月期间水库放水进入河道的低温水在到达洛惠渠灌区取水口时尚未完全恢复。依据洛惠渠灌区灌溉制度[4]（见表4），全年灌溉天数202d，作物补水主要时段一般在枯水期的的11月～翌年3月冬灌和春灌期间，经历天数93d。而9月和10月一般不需要灌水，此时段灌区取水口进水闸关闭。

上述分析表明：南沟门水利枢纽向洛惠渠灌区补水时段下泄的低温水在到达灌区取水口时水温可以恢复，对灌区农作物生长基本没有影响。

5 结论

（1）南沟门水利枢纽工程向下游洛惠渠灌区补水期间，放水口下泄水温在枯水期的11月～翌年3月冬灌和春灌期间高于天然河道来水水温。而在4月～10月期间下泄水温要低于天然河道来水水温，尤以夏季6月～8月低温水差别最为明显，最大温差在7月份达11.5℃。

（2）南沟门水利枢纽向洛惠渠灌区补水时段，放水口下泄低温水在到达下游的洛惠渠灌区取水口水温可以恢复。对灌区农作物生长基本没有影响。陕西水利

[1]陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西省延安市南沟门水利枢纽工程环境影响报告书（R），2009.11：123-124.

[2]唐旺、周立德等，水库下泄低温预测研究（D），西安理工大学硕士论文.

[3]水利部黄河水利委员会，中华人民共和国水文年鉴（第四卷黄河流域水文资料第8册 泾洛渭区 泾河、北洛河水系）（R）,1989.5、1990.5.

[4]陕西省水文水资源勘测局，陕西省延安市南沟门水利枢纽工程水资源论证报告（R），2006.3：52-54、123-127.