河道供水传播历时与影响因素分析

盛晓丹，岳树朋，孔维哲

（辽宁省大伙房水库管理局，辽宁抚顺 113007）

1 研究区域

大伙房水库位于辽河的大支流浑河中上游，坐落在辽宁省抚顺市境内，坝址以上控制流域面积5 437 km2，总库容21.87亿m3，是一座防洪、工业供水、灌溉、养殖、发电等综合利用、多年调节的大型水利枢纽工程。水库通过输水管道提供生产、生活用水，通过下游河道提供生态用水及为浑河闸以上灌区提供农业灌溉用水。供水依次经过万新橡胶坝、将军橡胶坝、高阳橡胶坝、干河子船闸、王家湾橡胶坝、砂山橡胶坝至浑河闸。

2 研究方法

目前我国预报水流传播时间大多采用相应水位(流量)法[2-5]。

相应水位是指河段上、下站同位相的水位(流量)。简要地说就是用某时刻上站的水位（流量）预报一定时间（如传播时间）后下站的水位（流量）。用相应水位(流量)法分析水流传播时间，即是分析下游站出现与上游站同位相的水位(流量)所需的传播时间。

设在某一不太长的河段中,上下间距为L，t时刻上站流量为 Qp，u，t，经过传播时间τ后，下游站流量为 Qp，L，t+τ，若无旁侧入流,上、下站相应流量关系为：

式中：△Q为上、下站相应流量的差值,它随上、下站流量的大小和附加比降不同而异,其实质是反映水流波变形的坦化作用。

另一方面水流波变形引起的传播速度变化,在相应水位(流量)法中主要体现在传播时间关系上,其实质是反映水流波的推移作用。

但在相应水位（流量）法中，不直接计算△Q值和τ值，而是推求上站水位(流量)与下站水位(流量)及传播时间近似函数关系[1]，即：

3 水流传播时间分析

将大伙房水库作为上游控制站,将万新橡胶坝、将军橡胶坝、高阳橡胶坝、干河子船闸、王家湾橡胶坝、砂山橡胶坝分别作为下游控制站，各闸、坝情况见表1，表2。

选取2013—2017年大伙房水库各场次河道供水及下游各闸、坝水位流量实测数据，应用相应水位（流量）法，来计算水流传播时间。生态、农业供水期间大伙房水库下游区间来水较少，河槽稳定，相应水位（流量）法具有较好的适用性。

为分析水库不同下泄流量，对水流到达下游站传播时间的影响，将供水流量划分为四个级别：45～75m3/s、76～105 m3/s、106～135 m3/s、136～165 m3/s，根据河段上、下站实测水位（流量）资料，选取大伙房水库不同级别的下泄流量，及下游站起涨水位出现时间，利用这些相应特征点的水位估算大伙房水库到下游各闸、坝站的水流传播时间。据此，整理可得各场次供水不同流量到达下游站的水流平均传播时间，见表3。

表1 各拦河闸、橡胶坝特征表

表2 各闸、坝间距离及比降表

表3 各场次河道供水的水流传播时间表

由表3可知，从大伙房水库至砂山橡胶坝，传播历时随供水流量的增大而减小；通过对不同场次的河道供水进行计算，水库下泄流量：45～75m3/s、76～105 m3/s、106～135 m3/s、136～165 m3/s分别对应的传播历时范围为21.4～34.0 h、19.7～29.6 h、18.9～28.0 h、16.7～24.7 h。

4 水流传播影响因素分析

影响大伙房水库河道供水传播历时的因素复杂，概括起来主要受供水流量、下垫面条件、人为蓄水等的影响。

由表3可知，河道供水平均传播历时随供水流量的量级的增大而减小。

同量级下泄流量，不同月份其传播时间不同，主要受下垫面条件因素的影响。可以通过假定供水波的传播速度近似等于断面平均流速，然后根据上下两断面的平均流速和河段长度计算供水传播历时。将曼宁公式C=n-1R1/6代入谢才公式v=C(R J)1/2，并用平均水深h代替水力半径R，可得

可以看出，河道供水传播速度与河床糙率、河道水面比降（见表2）、平均水深等因素有关。

三月河道冰封，下渗量少，糙率小，流速快，历时短；四、五、六月河道消融，下渗量大，糙率大，流速慢，历时长；七、八月，河道土壤含水率接近饱和，下渗量小，糙率较小，流速快，历时较短。

水库泄水传播历时受泄水前河道基流的影响，来水前河道基流流量大，水库下泄水传播历时短，来水前河道基流流量小，水库下泄水传播历时长，见表4。

表4 不同场次河道供水至王家湾橡胶坝传播时间表

水库下泄水传播历时受各橡胶坝泄水前状态的影响，来水前橡胶坝满坝时，水库下泄水传播历时短，来水前橡胶坝塌坝时，水库下泄水传播历时长。

5 结论

1）从大伙房水库至砂山橡胶坝，水流传播历时随供水流量的增大而减小。不同水库下泄供水流量：45～75 m3/s、76～105 m3/s、106～135 m3/s、136～165 m3/s对应的平均传播历时分别为30.5 h、28.5 h、26.4 h、22.7 h。

2）影响河道供水传播历时的因素复杂，受供水流量、下垫面条件、人为蓄水等因素的影响。

6 结语

我国是一个农业大国，其中农业用水量约占总用水量的70%，但灌溉用水利用率较低，因此准确掌握河道供水到达闸、坝、灌区的时间，科学的进行灌溉调度，提高灌溉用水效率就尤显必要。而水流传播时间分析是一个复杂的问题，与入流过程[6]、水流含沙量、区间入流、回水顶托[7]、滩地流量[5]等因素有关,准确计算十分困难,本文采用经验方法相应流量(水位)法,粗略估算大伙房水库到下游各闸、坝的水流传播时间,今后的工作,应根据水流传播时间的影响因素,建立河道水流传播模型,监测大伙房水库至浑河闸期间，所有橡胶坝及拦河闸的水位资料及蓄水情况，进而准确的预报水流传播时间,为大伙房水库生态、农业供水的合理调度及水库下游地区防汛抗旱提供重要参考。

［1］包为民.水文预报［M］.北京：中国水利水电出版社，2009.

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