云南松華壩水庫徑流變化特性分析

李 英

(云南省水文水資源局昆明分局，云南昆明650051)

1 水庫概況

松華壩水庫位于盤龍江干流中游河段，控制流域面積593 km2，占盤龍江流域面積的78%。盤龍江屬金沙江水系，發(fā)源于嵩明縣白沙坡，流經(jīng)昆明市區(qū)注入滇池，全長104 km，流域面積761 km2。壩址多年平均徑流量2.02億m3。最大壩高62.00 m，總庫容2.19億 m3，死庫容 450.00萬 m3，興利庫容1.01億 m3，防洪庫容 1.31億 m3。死水位1925.46 m(黃海高程，下同)，正常蓄水位1962.16 m，防洪限制水位1961.16 m，校核洪水位1971.16 m。在掌鳩河引水工程建成通水之前，水庫的總供水量為1.96億m3，其中城市生活供水0.82億m3，工業(yè)供水0.82億m3，農(nóng)業(yè)灌溉供水僅0.045億 m3。松華壩是一座具有防洪、城市供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用功能的大(二)型水庫，為盤龍江流域控制性樞紐工程。

流域內(nèi)平均降水量958 mm。由于受氣候、地形等因素的影響，降水在面上的分布差異較大。中、下游的小河站達1032 mm，而流域北部黃龍水庫的降水量僅870 mm。降水量的年際變化不大，年降水量變差系數(shù)Cv值在0.20左右，但年內(nèi)分配極不均勻，雨季一般為5～10月，該時期的降水量占全年降水量的80%以上，而旱季的11～4月還不到20%。

水庫徑流來源于降水，多年平均產(chǎn)水量為2.02億m3，產(chǎn)水模數(shù)為34.1萬m3/km2。產(chǎn)水量的年際變化較大，年徑流變差系數(shù)為0.47，最豐水的1968年為3.92億m3，最枯水的1953年僅為0.6億m3。與降水量年內(nèi)變化相應(yīng)，徑流的年內(nèi)分配也極不均勻，汛期6～11月的徑流量占年徑流總量的84%，而枯季12～5月，則占年徑流總量的16%，4月最枯，僅占年徑流量的1.8%。

2 入庫徑流系列推求

自1952年，開始記錄松華壩水庫水位、流量、降水等方面的觀測數(shù)據(jù)，到2009年，已積累了58 a的觀測資料?，F(xiàn)將該站資料進行入庫徑流還原計算，還原公式為:

式中，W入庫、W出庫分別為水庫入、出庫徑流量;W損為水庫損失量，包括庫面蒸發(fā)量和水庫滲漏量兩部分，滲漏量按時段平均庫容的1%計;△W為時段庫容變量。

按照公式(1)可得到1952～2009年的入庫徑流系列。經(jīng)點繪入庫徑流與流域平均降水量、上游中和水文站徑流過程對照圖(見圖1)可看出，松華壩水庫徑流與流域平均降水量及上游中和水文站徑流的豐、枯水變化基本對應(yīng)，且與其之間的水量不矛盾，說明該水庫的入庫徑流還原成果基本合理。

圖1 松華壩水庫流域降水徑流過程對照

3 徑流特性分析

3.1 系列代表性

松華壩水庫入庫徑流系列1952～2009年(水文年)共計58 a資料，同流域內(nèi)的昆明站具有1929～2009年71 a的降水量系列，將昆明站1952～2009年降水量與松華壩水庫徑流點繪過程對照，其豐枯變化基本對應(yīng)。因此，選擇昆明站為代表站，來分析1952～2009年系列的代表性。

(1)根據(jù)昆明站降水量累積均值過程分析，有30多年資料系列的均值、Cv值趨于穩(wěn)定。

(2)從不同長度系列的特征值比較來看，1952～2009年的降水量均值(988.7 mm)與1929～2009年長系列(1020.2 mm)的相比，均值偏小3.1%，相差不大，但說明1952～2009年系列相對長系列來說降水量偏少。

(3)分析表明，年降水量的差積曲線呈豐枯交替變化過程，具有一定的周期性。1929～2009年長系列大致可分為3個豐枯水循環(huán)期，而1952～2009年系列包括2個豐枯水循環(huán)期。由松華壩水庫入庫徑流量的差積曲線可看出，1952～2009年徑流系列豐枯交替明顯，具有一定的周期性。

(4)從不同長度系列的豐枯組成看，1952～2009年系列與1929～2009年長系列比較，豐水年和偏豐水年合計百分比僅偏小1.7%，枯水年和偏枯水年增大1.6%。

因此，與1929～2009年長系列相比，1952～2009年系列相對偏枯，但仍具有一定的代表性，用該系列作為松華壩水庫徑流特性分析的依據(jù)是可行的。

3.2 變化趨勢

按年序，將該站1952～2009年(58 a)的入庫徑流系列點繪成年平均流量過程線，并用最小二乘法畫出其線性趨勢(見圖2)，相應(yīng)的關(guān)系式為:

式中，Q松為還原的松華壩水庫年平均流量，m3/s;t為年序。

圖2 松華壩水庫年平均流量過程線

據(jù)公式(2)分析，1952～2009年年平均流量大體上為逐年減少，平均每年約以0.0098 m3/s的速度緩慢遞減。其原因是徑流區(qū)人口的迅速增加，以及亂砍、亂伐現(xiàn)象加劇了水土流失;另外，由于全球氣候變暖，蒸發(fā)量加大和土壤含水量的減少。

3.3 不同年代各月徑流量占年徑流量之比

基于1952～2009年多年平均徑流量(2.02×108m3)，根據(jù)SL250-2000《水文情報預(yù)報規(guī)范》，將距平百分率P=(某年年徑流量-多年平均徑流量)/多年平均徑流量×100%作為劃分徑流豐、平、枯的標準，得出松華壩水庫站來水量豐、平、枯判定標準(見表1)。

表1 松華壩水庫水文站距平百分率與來水豐枯情況

依據(jù)松華壩水庫水文站徑流分析系列資料，計算不同年代月、年平均徑流量，及各年代月徑流量占其年平均徑流量的百分比。從計算結(jié)果可看出:①偏豐水年代(20世紀60年代)汛期(5～10月)的來水量占年總量的79.4%，主汛期(7～9月)占年總量的 56.2%，而枯季(11～4月)只占年總量的20.6%;特枯水年代(80年代)汛期的來水量占年總量的79.2%，主汛期占年總量的56.7%，而枯季只占年總量的20.8%。②多年平均徑流量為2.02×108m3，60年代屬偏豐水年代，徑流量為2.32×108m3;80年代屬特枯水年代，徑流量為1.61×108m3。③徑流量的年際變化較大，汛期的來水量占年總量的77.6%，主汛期占年總量的55.6%，而枯季只占年總量的22.4%。

3.4 徑流年內(nèi)分配不均勻性

用徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)Cvy來衡量松華壩水文站徑流的年內(nèi)分配不均勻性。其計算公式為:

式中，Cvy為徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù);Ki為第i月徑流量占年徑流量的百分比;K為月數(shù)(即1)占全年總月數(shù)(即12)的百分比，即 K =×100%≈8.33%。Cvy值的計算公式表明，該值越大，各月徑流量相差就越懸殊，徑流年內(nèi)分配越不均勻。

1952～2009年徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)計算表明，最大值是1971年的 0.34，最小值是1996年的0.04。20世紀50～70年代，松華壩水文站徑流量呈上升格局，且70年代不均勻系數(shù)最大(0.27);80～90年代呈下降格局，21世紀最初10 a逐步趨于穩(wěn)定。

3.5 徑流年內(nèi)分配變幅

徑流年內(nèi)分配變幅的大小對水資源的合理開發(fā)利用具有很大影響。本文用相對和絕對變幅兩個指標來衡量松華壩徑流量的變幅。

相對變幅是取河川徑流最大月流量(Qmax)和最小月流量(Qmin)之比，公式為:

絕對變幅是取河川徑流最大和最小月流量之差，公式為:

對1952～2009年徑流量年內(nèi)分配的相對和絕對變幅進行了計算。結(jié)果表明，相對變幅最大值是20世紀70年代，為107.9，最小值是21世紀最初10 a，為37.8，多年平均相對變幅為122.4;絕對變幅最大值是1974年的 45.3 m3/s，最小值是1955年的0.37 m3/s，多年平均絕對變幅是44.9 m3/s。

4 結(jié)語

對松華壩水庫水文站入庫徑流量進行還原計算，得到1952～2009年(58 a)徑流量資料系列，并作了合理性分析。分析認為，該徑流還原系列資料可靠，可作為本次松華壩水庫徑流量變化規(guī)律分析的成果系列。通過對年徑流量的長期變化趨勢、不同年代月徑流量占年徑流量的百分比、年徑流量的不均勻系數(shù)以及變幅等不同指標進行的分析，可以得出以下變化規(guī)律:

(1)隨著城市化進程的加快，用水量隨之增加，水資源供需矛盾越來越突出。對年徑流量的長期變化趨勢進行了分析，結(jié)果表明，年徑流量呈逐年減少，應(yīng)予以重視。因此，必需采取必要的措施，如加大節(jié)約用水的宣傳力度和再生水的利用率等，以確保城市供水安全。

(2)不論是豐水年代還是特枯水年代，徑流量的年內(nèi)分配格局基本穩(wěn)定:不均勻性減小、相對變幅有所減小以及絕對變幅趨于穩(wěn)定;非汛期水量所占比重增大，徑流量的年內(nèi)分配漸趨均勻。

［1］ 王紅亞，呂明輝.水文學(xué)概論［M］.北京大學(xué)出版社，2007.

［2］ 金光炎.水文水資源計算務(wù)實［M］.東南大學(xué)出版社，2010.