衡水湖渗漏量计算分析

2022-01-25马晓琳

水科学与工程技术 2021年6期

马晓琳

（河北省衡水水文勘测研究中心，河北衡水 053000）

衡水湖湿地位于华北平原，位于衡水市桃城区和冀州市两个区县交界处，是自然与人工共同作用下形成的复合湿地。衡水湖泊面积75km2，以人工隔堤为界，将湖区分为东、西两个湖区，东湖面积42.5km2，西湖面积32.5km2，其中东湖又分北部东大湖和南部东小湖，面积分别为32.3km2和10.1km2，目前只有东湖常年蓄水。本文以北部东大湖面积32.3km2作为研究水量平衡的区域。

计算渗漏量一般采用达西定律，涉及到渗透系数、水力坡度等大量的水文地质问题，需要搞清衡水湖湖底、周边围堤的土壤岩性、地下水位等一系列实际数据，由于缺少资料及时间的限制，本文不能准确用达西公式计算渗漏量。采用水量平衡计算渗漏量，逻辑思维清楚，物理概念详细，各项数值容易获取，计算成果准确可靠，因此本文采用水量平衡法计算2019—2020年的渗漏损失量，建立月平均水位～渗漏量相关关系，并运用计算成果进行合理性分析。

1 计算

1.1 降水量

衡水湖的降水量采用位于滏东排河的冀州站和衡水湖站为代表站，利用2019—2020两年二站降水资料计算所得衡水湖的降水补充量。计算公式：

式中 PA，i为衡水湖第i月的降水补充量（万m3）；P冀县，i为冀县站第i月降水量（mm）；P衡水湖，i为衡水湖站第i月降水量（mm）；A为衡水湖笼罩面积（km2）。

衡水湖降水受到季节变化的影响很大，夏季降水多，冬季降水少，降水量计算结果如表1。

表1 衡水湖2019～2020年逐月渗漏量单位：万m3

续表1

1.2 蒸发量

衡水湖的蒸发量采用衡水湖附近的衡水湖实验站的资料，利用标准的E—601蒸发器计算水面蒸发量，水面面积通过衡水湖的水位～面积关系表查出，由公式计算出衡水湖2019—2020年蒸发损失量。

式中 Ei为衡水湖第i月蒸发损失量（万m3）；E实验站，i为实验站第i月蒸发量（mm）；Ai为第i月水面面积（km2）。

衡水湖的蒸发量受到季节的影响变化很大，最大蒸发量出现在5—7月份，最小蒸发量出现在12—2月份。蒸发量计算结果如表1。

1.3 入湖量与出湖量

近年来，衡水湖一直靠引黄水量来补充水量，衡水湖水源主要靠黄河水、岳城水库水、卫运河水，靠“卫千引水”“引黄入冀”工程来引蓄水量。 2019年衡水湖通过位山线引黄入冀王口站及渠村线引黄入冀补淀南关（大库）站进行生态补水，2020年衡水湖通过位山线引黄入冀王口站进行生态补水，补水详情如表1。

衡水湖本身水量不足，其下泄量很少，2019，2020年并未进行下泄。衡水湖多年来的用水量主要为电厂用水，随着南水北调的发展，2019，2020年电厂用水已经不依靠衡水湖水量。 2019—2020年出水量主要为周边农业用水与养鱼池用水，用水量很小，可忽略不计。

1.4 槽蓄量

衡水湖槽蓄量由衡水湖的水位库容曲线表得出，为次月月初水位与当月月初水位相应的蓄水量差值，正值为增加，负值为减少。

1.5 渗漏量

根据水量平衡原理，由公式计算衡水湖逐月渗漏量，计算结果如表1。

式中 W渗，i为衡水湖每个月的渗漏量（万m3）；W入，i为衡水湖每个月的入湖量（万m3）；PA，i为衡水湖每个月降水量（万m3）；Ei为衡水湖每个月蒸发量（万m3）；W槽，i为衡水湖每个月槽蓄变量（万m3）。

2 渗漏量与月平均水位关系分析

通过计算分析，衡水湖的降水量、蒸发量、入湖量及槽蓄变量都直接影响衡水湖的水位变化，蒸发与降水都直接受到气象因素的影响，渗漏量与水位和气象因素有直接关联，因此可以建立以气象因子为参数的衡水湖与月平均水位相关关系，建立渗漏量的相关公式。相关关系如图1、图2。

图1 3～10月衡水湖月均水位～月渗漏量相关关系

图2 11～2月衡水湖月均水位～月渗漏量相关关系

其中3～10月份相关公式为：

W渗，i=48.974Zi-868.59

11～2月份相关公式为：

W渗，i=6.437Zi-67.115

式中 W渗，i为衡水湖每个月渗漏量；Zi为衡水湖每个月的月平均水位。

3 合理性检验

2020年王永亮完成的《衡水湖水位影响因子机理分析与预测预警研究》论文中，利用Man-Kendall趋势检验法对2018年衡水湖渗漏量进行详细计算，计算结果为1110万m3。利用本文推出的月平均水位～月渗漏量公式计算每个月的渗漏量，计算出年渗漏量1180万m3，两者的相对误差6.35%，在误差范围内推求的计算公式合理。