河道下泄量及其控制因素
为了满足减水河段的生态环境需水,水电站运行过程中需要下泄一定的生态流量。河道中常年流动的保护河流生态系统中生物及其栖息地所必需的最小水量的阈值称之为河道的最小生态需水量，与最小生态需水量对应的水电站需下泄的最小流量称之为最小下泄流量。国家好像有个强制性规定，河道流量的20%作为最小下泄流量。
随着石家庄平原区主要河流滹沱河上游岗南、黄壁庄水库的建成，出山口地表径流被大量拦蓄，年径流量急剧减少。其中20世纪70年代初滹沱河曾有4年河道干涸，20世纪80年代除1988年泄洪外，其余年份河道无过水，20世纪90年代有6年河道干涸。在近30年来，即使河道有水，也仅在汛期1个月左右的时间内，其他时间仍是干河。据1960～2002年统计，溢洪道弃水总量为147.78×108m3，平均年弃水量为3.52×108m3。总放水量（包括农业灌溉用水）530.14×108m3，平均年放水量为12.3×108m3/a，各时段平均放水量分别为：20世纪60年代为22×108m3/a；20世纪70年代为14.6×108m3/a；20世纪80年代为6.3×108m3/a；20世纪90年代为8.6×108m3/a（张兆吉，2009）。受上游黄壁庄水库下泄水量减少的影响，近50年来滹沱河下游北中山水文站的径流量也不断减小。北中山站的平均径流量为4.55×108m3/a，其中，20世纪60年代平均为13.6×108m3/a，70年代平均为2.8×108m3/a，1980年以来几乎测不到径流量，如图4.12所示。
图4.12 近50年来北中山水文站实测径流量
Fig.4.12 Actual flow rate in hydrologic station for recent 50 years
作为地下水补给的源汇项，河道径流量的减小使河流对地下水补给资源量减小。但在丰水年份，由于间歇性流水河道的入渗率较大，地下水位恢复也较快。1988年汛期在河道连续8年无水的情况下，黄壁庄水库泄洪，水量达8.78×108m3，历时100多个小时后洪水才到达下游北中山水文站，实测流量为3.90×108m3，河道损失量4.88×108m3，近50%，地下水位回升2.17m。1996年8月滹沱河水系发生大洪水，北中山水文站附近地下水回升了6.24m（张兆吉，2009）。
表4.4反映了近30年来石家庄平原区河渠入渗量的变化，其中1976～1980年间为19.43×108m3，1986～1990年间为7.31×108m3，2001～2005年间为12.52×108m3。与1976～1980年间相比，2001～2005年间河渠入渗补给量平均每年减少1.39×108m3。
表4.4 近30年来石家庄平原区河渠入渗量（每5年总和及平均值）变化情况
注：“-”表示河渠入渗量减小，“＋”表示河渠入渗量增加。
河道径流量对其上游来讲是下泄量，对其下游而言则是来水量，所以河道下泄量不仅反映出上游来水与耗水的基本状况，也将对下游生活、生产、生态用水等是否能予保障产生重大影响。河道下泄量受上游区河道来水量、地下水溢出量与河道损失水量等自然因素的影响 ( 河道损失量主要为渗失量，蒸发量小，对下泄量的影响甚微) ，也受人类修建的水利枢纽和水库等水利工程引蓄水量的控制; 在不同的河段，因自然和人为因素的影响与控制程度的不同，其下泄量有较大的差异。根据黑河干流平原区河道径流的补水、耗水特点，以及河水与地下水的相互补排关系等，将河道分为三段 ( 即莺落峡—黑河大桥—正义峡—居延海) 进行河道下泄量及其控制因素的分析研究。
4. 9. 1 草滩庄与大桥下泄量
大桥之上河水渗漏，大桥之下地下水溢出，大桥成为黑河干流平原区河水与地下水补排关系的转折点。莺落峡与大桥之间修建有草滩庄水利枢纽工程，渠道引水主要集中在莺落峡至草滩庄河段; 草滩庄之上河水渗漏较为稳定，之下受草滩庄下泄水量波动的影响变化较大。因此，草滩庄下泄量主要受控于莺落峡来水量与草滩庄之上的渠道引水量，也受草滩庄泄洪闸人为启闭的影响; 大桥下泄量则主要受控于草滩庄下泄量与草滩庄之下的河道渗漏量。
黑河出山径流由莺落峡水文站控制，其径流量基本上代表了祁连山区在域内的产流量。莺落峡年径流量多年呈周期性变化，总体上比较稳定，无明显升降趋势，但近 20 年来径流量处在长周期波动的下降段，受其影响草滩庄、大桥的下泄量也呈下降趋势，且草滩庄、大桥下泄量与莺落峡径流量均呈同步变化 ( 图 4. 45、图 4. 46) ; 草滩庄、大桥月下泄量与莺落峡月来水量均呈过坐标原点的二次函数关系 ( 图 4. 47) 。
图 4. 45 草滩庄、大桥下泄量与莺落峡来水量、东西干渠引水量曲线
图 4. 46 莺落峡月来水量与草滩庄、大桥月下泄量 ( 1998～2000 年) 历时曲线
渠道年引水量不足以对大桥年下泄量造成明显影响，但月引水量变化较大，加之水利枢纽的控制作用，对月下泄量影响很大，特别是在来水量小、引水量大的季节 ( 如春秋季节) ，常使草滩庄无下泄水流或下泄水量小而沿途全部渗失，造成大桥河道的断流，年断流可达 2～5 个月时间( 表 4. 21) 。
莺落峡来水量和渠道引水量对大桥下泄量的综合影响，可集中反映在草滩庄下泄水量对其影响上。大桥与草滩庄月下泄水量呈二次函数统计关系 ( 图 4. 48) ，草滩庄月下泄水量小于 0. 13×108m3时沿途全部渗失，大于 0. 13×108m3时才有水量通过大桥河道下泄。
图 4. 47 草滩庄、大桥月下泄量与莺落峡月来水量 ( 1998～2000 年) 关系曲线
莺落峡来水量 1981～2000 年平均为 16. 48×108m3/ a，草滩庄和大桥下泄量分别为 7. 52 × 108、5. 31×108m3/ a，分别占莺落峡来水量的 46% 和 32%。莺落峡—大桥间河水入渗量 4. 50×108m3/ a，干渠引水量 6. 52×108m3/ a，大桥下泄量 5. 31×108m3/ a，分别占其总量的 27%、40%和 32%，即黑河河水在该河段约有 70%消耗于渗失与引水，约有 30%通过大桥下泄 ( 表 4. 41) 。
图 4. 48 大桥与草滩庄月下泄量 ( 1998～2000 年) 关系曲线
表 4. 41 莺落峡—大桥间河流来水量与消耗量、下泄量关系分析表
注: 干渠引水量与草滩庄—大桥间蒸发量为均衡计算值。
4. 9. 2 正义峡下泄量
正义峡是黑河干流中、下游平原的地貌分界地，也是中、下游地区的水资源衔接点; 由于地下水在正义峡已全部泄出，所以正义峡的径流量可以代表黑河干流由中游进入下游的全部水资源量，它既是中游来水、耗水的标志，又是下游泄水、用水的依托。
正义峡下泄水量主要受莺落峡来水量、灌区引水量、地下水溢出量的控制，也受河水渗失量的影响。正义峡年下泄水量与莺落峡—正义峡河段的入流量 ( 莺落峡来水量与地下水溢出量) 关系密切 ( 图 4. 49) ，正义峡下泄水量的年际间变化继承了莺落峡来水量的特征，两者近似呈直线关系 ( 图4. 50) ，几乎同步变化; 但20 世纪80 年代以来因地下水溢出量的急剧衰减，已使正义峡下泄量偏离了莺落峡来水量的稳定趋势而呈与地下水溢出量同步衰减态势发展。从图 4. 49 还可以看出莺落峡来水量的偏枯年恰是地下水溢出量的偏丰年，地下水溢出量的调节作用使该时期的正义峡下泄量保持了相对的稳定。
正义峡月下泄水量变化很大，峰值段与大桥月下泄水量有较好的对应关系，谷值区受引水的影响而关系较差 ( 图 4. 51、图 4. 52) 。
正义峡年下泄水量( 5. 14～17. 55) ×108m3，多年平均年下泄水量 10. 24×108m3，多年平均月下泄水量 0. 08×108～ 1. 22×108m3，年断流时间 1～2 个月。
图 4. 49 正义峡下泄量与莺落峡来水量、地下水溢出量关系曲线
图 4. 50 正义峡年下泄量与莺落峡年来水量 ( 1950～2002 年) 关系图
图 4. 51 正义峡与大桥月下泄量 ( 1998～2000 年) 历时曲线
图 4. 52 正义峡与大桥月下泄量 ( 1998～2000 年) 关系曲线
4. 9. 3 正义峡—居延海河道下泄量
正义峡之下全线均为河水渗失河段，1998～2000 年河水平均渗失量 3. 66×108m3/ a，其中哨马营之上河段河水入渗量 1. 16×108m3/ a，哨马营到狼心山之间河段河水入渗量 1. 45×108m3/ a，狼心山之下河段河水入渗量 1. 05×108m3/ a。哨马营是鼎新河谷与额济纳平原的分界地，狼心山则是黑河由单河道变为双河道的分叉处。狼心山之南以单河道承接上游来水，之北从东、西两河向下游分水下泄，沿途又有许多支汊分流河道来水，致使 20 世纪 90 年代以来下游河道并不丰足的下泄水量已很难入流居延海。
4. 9. 3. 1 哨马营—狼心山下泄量
哨马营、狼心山下泄水量主要受正义峡下泄量、鼎新灌区引水量、东风场区用水量的控制，也受河水渗失量的影响。近 20 年来正义峡年下泄量的不断减少，使哨马营、狼心山年下泄量呈总体减少趋势，两者同步增减，其差值多年较为稳定，是其区间的渗失和引灌耗水量 ( 图 4. 53) 。哨马营、狼心山下泄量与正义峡下泄量关系，无论是年径流量或月平均流量的关系均近似为二次曲线变化 ( 图 4. 54、图 4. 55) ，表明哨马营、狼心山下泄率随正义峡下泄量的增加而减小，符合径流量增长、渗失率下降的规律，说明哨马营、狼心山年或月下泄量明显受河道渗失量的影响;哨马营、狼心山月下泄量与正义峡月下泄量关系曲线，在小流量段点分布较散，大流量段点相对集中，表明渠道引水对河道小流量影响较大，这种影响使哨马营、狼心山河道的断流时间较正义峡显著加长，且越往下游则河道的断流时间越长。
根据黑河集中调水期 ( 2002 年 7～11 月) 的河流量资料，狼心山日流量大约滞后正义峡日流量 3 天左右时间，其峰、谷值变化基本一致 ( 图 4. 56) 。狼心山与正义峡的日流量大致为三次多项式关系，点分布较散，这与径流滞后影响有关; 按滞后 3 天绘制日流量散点图，狼心山与正义峡的日流量呈过坐标原点的直线关系，增长率约 52%，即平均有 48%的径流耗散 ( 图 4. 57) 。
图 4. 53 莺落峡、正义峡、哨马营与狼心山年径流量历时曲线
图 4. 54 哨马营、狼心山与正义峡年下泄量关系曲线
哨马营 1998～2000 年平均年下泄水量 5. 57×108m3，年断流时间一般 2～5 个月; 狼心山 1988～2000 年平均年下泄水量 3. 81×108m3，年断流时间一般 4～6 个月。
4. 9. 3. 2 集中调水下泄量及入湖量
东、西居延海的萎缩直至枯竭，是正义峡下泄量多年来的不断减少及下游盆地用水量增加等影响的结果。
为遏制下游地区生态环境的进一步恶化和改善突出的水事矛盾，2000 年开始有组织地实施调水，已先后多次实现了黑河水进入东居延海 ( 表 4. 42) 。2000 年 8～10 月调水，水流均过哨马营，先后给鼎新灌区和东风水库补水，9 月 13 日狼心山过流，分水后沿东、西两河下泄，过水达狼心山以下西河 30km、东河 130km，首次实现跨省区调水，开创了黑河水资源统一管理之先河; 2001年 8～10 月调水，正义峡与狼心山下泄水量分别为 2. 3×108m3和 0. 76×108m3，区间渗失 67%，9月 17 日水曾径流至达来库布镇，但始终未入东居延海; 2002 年 7～10 月分三次调水，正义峡与狼心山下泄水总量分别为 4. 4×108m3和 3. 08×108m3，区间渗失 30%，三次调水均将水送入了东居延海，9 月份东居延海水量达到 0. 49×108m3，水面面积 23. 6km2，最大水深 0. 6m，但到 2003 年 5 月21 日干涸; 2003 年 7 月 10 ～ 20 日调水，正义峡与狼心山下泄水量分别为 0. 48 × 108m3和 0. 08×108m3，区间渗失 83%，19 日水头到达狼心山，23 日水流距东居延海仍有 130km。
图 4. 55 哨马营、狼心山与正义峡月下泄量关系曲线
图 4. 56 狼心山与正义峡日流量 ( 2002 年 7～11 月) 历时曲线
图 4. 57 关键调度期狼心山与正义峡日流量关系曲线
2002 年 7 月 8 ～ 28 日的集中调水，是历次调水中规模最大的一次，调水期间恰逢黑河上游连续降雨，使莺落峡断面在闭口期出现三次洪峰过程。10 日 15 时洪峰水头从莺落峡下泄，11 日 2时 48 分水头到达正义峡，13 日零时流经狼心山分东西河向下输送，14 日 9 时西河水头到达才次敖包水闸，9 时 33 分东河水头流至额济纳绿洲腹地———达来库布镇，因来水量较大，东河的一道河、二道河、七道河均已过水，17 日 17 时一道河、二道河水头到达东居延海; 莺落峡—正义峡—狼心山—东居延海之间的距离为 185km、164km、169km，其水头传播平均速度分别为 2. 77km/h、3. 63km / h、1. 50km / h ( 表 4. 43) 。水头入东居延海后约 20h，水头平均推进速度 30m / h; 18 日 17时 30 分湖水面宽约 5km，水面面积 13km2，入湖流量 50m3/ s，入湖水量 400×104m3; 28 日 17 时30 分水面面积 18. 5km2，入湖流量约 4m3/ s，入湖水量 1100×104m3( 表 4. 44) 。
表 4. 42 2000～2003 年集中调水期间水流下泄情况统计表
上述集中调水期系统的量测数据，为研究黑河下游河道水下泄及入湖规律提供了重要依据。黑河下游河道渗失路径长，渗失量大，但渗失率与径流量仍符合径流量大、渗失率小的规律 ( 图4. 17) ，正义峡径流量 ( 0. 4 ～ 4. 4) ×108m3，渗失率 83% ～ 30%; 河道水头沿流程的传播速度在正义峡至狼心山河段较快，狼心山之下因分流及渗失等影响明显变慢，特别是额济纳旗以下更慢，如 2002 年 7 月调水狼心山到达来库布镇 130km 水头下泄经历 33. 5h，而达来库布镇至东居延海39km 则花费时间 79. 5h; 正义峡下泄水量小的时期，沿途渗失等影响无法使水入流居延海，甚至不能抵达狼心山，因此如要送水入湖必须要有足够的下泄水量; 湖区蒸发量高达 3700mm，要保持一定量的湖水体积，必须要有足够的入湖水量以平衡蒸发与渗漏等损失水量，东居延海 2002 年第二次入流使水域面积达到 23. 8km2，但因后续几无水量补充，到 2003 年 5 月 21 日东居延海重又干涸。
调黑河水济额济纳，有效地缓解了下游生态环境的进一步恶化。1995～1999 年的平水或偏枯水年份，黑河下游狼心山断流 230～250 天左右; 实施统一调水后，2000 年断流 212 天，2001 年断流 203 天，2002 年断流 176 天，断流天数减少了 40～70 天。2002 年送水入湖，成群的珍稀动物白天鹅、灰雁、黄鸭等水鸟迁徙湖区，结队的骆驼从不同方向疾步走向水边，场面壮观，激动人心。但如何科学有效地调水，怎样合理分配调入下游水量，是否保持湖区水量及能否保持和保持多少等问题，都是亟待研究解决的课题。
表 4. 43 2002 年 7 月集中调水期间河道流量与流速统计表
表 4. 44 2002 年 7 月集中调水期间东居延海面积与水量统计表
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