漳河平原河段河道渗漏研究

摘要：漳河平原河段属宽浅型沙质河道，由于长期断流，地下水补给逐年减少，地下水位持续降低，极大地影响了岳城水库对下游城市的输水效率。在实地考察的基础上，根据实测数据，建立了漳河平原河道渗漏模型，采用流量控制、水位验证的方法确定漳河平原河道在水库不同下泄流量时的渗漏量。研究发现，漳河平原河段单位河长的渗漏面积沿程变化大，反映了其游荡性河道的特点；河道总渗漏量随水库下泄流量的增大而增大，但所占比重逐渐减小，并在流量增大到一定值时趋于稳定。本文构建的渗漏模型中，引入了一个综合因子作为模型参数，来反映实际情况对渗漏系数的影响，将未知因素的确定参数化，具有实用意义。

关键词：漳河；河道渗漏；渗透系数；渗漏面积；参数率定

中图分类号：TV11 文献标识码：A 文章编号：1672-1683（2014）01-0012-04

由于漳河上游修建了大量的水库和引蓄水工程，引提水量剧增，致使下游来水量骤减。自1996年岳城水库以下河道出现断流，年均断流达220多d，特别是2000年-2005年期间，平均断流天数更是达到314 d，干涸天数达297 d，干涸长度101 km[1]。长期断流对河道工程和河流生态环境造成了严重影响[2-4]，植被覆盖面积减少，河床沙化，水文情势改变，地下水补给减少。据1956年-1998年漳河水文资料分析，漳河平原多年平均地下水资源量1.91亿m3，占平原多年平均水资源总量的91%。但近期研究表明，由于补给条件受到破坏，1970年-1997年间漳河地下水资源量减少幅度在12%左右，其中平原区地下水资源量减少18.7%，降水补给量减少23.7%。漳河下游属干旱内陆区，稀少的降雨无法满足植被生长的需求，下游河道的天然生态主要靠河道的渗漏水量补给地下水来维持。此外，在遭遇洪水时，渗漏量不但间接影响正常的洪水调度[5-6]，而且会影响河岸的稳定性和安全性[7]，所以研究漳河下游河道的渗漏量意义重大。

计算河道渗漏量的传统方法主要分为两大类：水动力学法和经验公式法。近年来很多学者引入计算机技术，建立了模拟渗漏的数学模型[8]，但这些方法都需要水文地质参数支持，在缺乏观测和实验的地区，应用难度较大，因此，在有限实测资料的前提下，根据水量平衡原理间接推求河道的渗漏量成为近年来的研究热点。张彦增等[9]利用实测水位及流量资料，建立了单位河长损失率与上游断面过水量之间的关系，由此确定损失量，并采用水动力学法和水位升值法计算河道入渗补给量；王琮璞等[10]在利用断面测流法进行分析的基础上，提出了同程演进法；李云玲[11]从统计学角度出发，考虑河道流量沿程衰减对河道渗漏量大小的影响，将河道分成若干段分别确定每段河道的渗漏量；2011年，毛丽丽[12]等将遥感和GIS技术引入河道渗漏量的研究，确定了黑河下游河道的渗漏面积；2012年胡兴林等[13]在计算河道渗漏量时考虑到河道内蒸发量和降水量计算困难，将水量平衡方程转化为水文系统模型，利用实测数据确定模型中的参数，并计算河道渗漏量的大小。

本文根据水量平衡原理，基于HEC-RAS一维恒定流模型[14]计算河道断面及水面参数后，建立漳河下游河道渗漏模型，采用先由实测流量数据率定模型参数，再由1998年和2005年的水位资料对模型进行验证的方法，确定河道的渗漏量。

1 研究区概况

漳河发源于太行山地区，流域面积19 537 km2，流经山西、河北、河南，在河北省磁县与河南省安阳县交界处入岳城水库。岳城水库以下至河北省馆陶县徐万仓，为漳河平原河段，全长为114 km，落差64.7 m，平均比降为1：2 430。此段河段都是天然河道，属于宽浅型沙质河床，河道纵横，断面不规则。其中岳城水库至京广铁路桥河段河槽相对稳定，宽200～600 m，河床质为粗砂卵石；铁路桥以下至南尚村河段长46.7 km，河槽宽达500～1 350 m；南尚村至穿漳涵洞河段长21.84 km，河床质为砂土，主槽平均宽381 m；穿漳涵洞至徐万仓河段长35.26 km，河床质为淤土，河槽宽一般在100～200 m之间。本文研究区域为岳城水库以下至蔡小庄河段，全长75 km左右。

2 模型与方法

2.1 HEC-RAS一维恒定流模型

HEC-RAS（River Analysis System）是由美国陆军工程兵工团水文工程中心开发的模型，适用于河道恒定流和非恒定流一维水力计算，其功能强大，本文利用该模型进行横断面流量、水位以及水面宽度的计算，并在此基础上，构建河道渗漏模型，模拟漳河下游平原河段的渗漏量。

首先，根据河道几何特征、河床土壤特性，自岳城水库至徐万仓共选取典型断面13个，将研究河段分为13小段（图1），在HEC-RAS模型中，根据漳河来水情况使用流量500 m3/s来确定主河槽位置以及相应的位距，见表1。河道的曼宁值经由实测流量率定，确定为0.04[15]。根据模型模拟的河段流速结果显示，水库下泄流量越小，水流到达蔡小庄所需的时间越长，最长的时间不超过2 d，由于漳河下游平原河段的年平均日蒸发量很小，仅1 mm左右[16]，故认为上下游河段之间的流量损失全部用于下渗。

4 总结

基于“流量控制、水位验证”的思路，建立了漳河平原河段的河道渗漏模型，同时考虑到岳城水库至蔡小庄段水流流程时间较短，忽略了蒸发损失水量，将水量损失即看做河道渗漏量来计算。从水位的拟合情况看出，计算误差在可接受范围之内。由于率定参数使用的资料有限，本模型只适用于岳城水库至蔡小庄段河道。不过，文中表5的流量覆盖范围较广，可通过直接查询或内插，粗略估算一定水库下泄流量下河道的渗漏量。

本研究提出的“流量-水位两步法”，在确定模型参数时分为三大段进行率定，计算结果比较精确，对在缺乏实测资料时计算河道的渗漏量具有良好的适用性，只需实测流量和水位资料即可使用，为河道渗漏、地下水补给量的计算方法提供了新思路。

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