降雨徑流關(guān)系法在水資源論證中的應(yīng)用

(四川省水文水資源勘測(cè)局，成都，610036)

徑流來水量計(jì)算是水資源論證中非常重要的部分。目前，對(duì)無資料地區(qū)徑流量的推求方法較多，也較成熟，但在如何系統(tǒng)地利用降雨資料推求地區(qū)徑流量的相對(duì)較少。

隧洞進(jìn)出口取水口徑流來水量的計(jì)算是一項(xiàng)復(fù)雜且重要的工作，由于隧洞區(qū)域水資源的脆弱性和有限性，其徑流來水量(簡(jiǎn)稱徑流量)的精確計(jì)算，對(duì)隧洞區(qū)域的水資源開發(fā)與綜合利用、水土保持、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及其可持續(xù)發(fā)展，具有非常重要的意義。因此，本文主要就如何系統(tǒng)地利用降雨資料推求隧洞出口取水口非閉合小流域徑流來水量計(jì)算進(jìn)行探討。

1 降雨徑流關(guān)系計(jì)算法

降雨徑流關(guān)系法是指工程所在流域附近找不到參證流域，但若具有較長(zhǎng)系列的降雨資料，經(jīng)分析有較好的代表性，可根據(jù)算出的多年平均年降雨量和查出的多年平均年徑流系數(shù)，進(jìn)而得到多年平均年徑流量。

此法相對(duì)于無資料地區(qū)徑流量的其他推求方法精度較高，由于資料收集的程度，其它計(jì)算方法各有局限。如無資料流域移置水文相似區(qū)內(nèi)相似流域的實(shí)測(cè)水文特征值的水文比擬法，要求流域的相似程度高，特別是流域下墊面比較接近，流域面積不超過15%為宜。其關(guān)鍵是找到有實(shí)測(cè)資料的參證流域，對(duì)于小流域一般的實(shí)測(cè)資料比較匱乏，難以找到合適的有實(shí)測(cè)資料的參證流域，且運(yùn)用此法所求徑流量偏差較大；等值線圖法則是利用我國(guó)已繪制的全國(guó)和分省(區(qū))的水文特征等值線圖、表進(jìn)行徑流量的估算，等值線圖一般按照中等流域資料繪制，小流域的實(shí)用性較差，且小流域一般是非閉合的或河槽下切不深，不能全部匯集或較少匯集地下徑流，所以等值線圖的誤差可能很大。

降雨徑流關(guān)系法適用于氣候濕潤(rùn)雨量豐沛地區(qū)，如我國(guó)長(zhǎng)江流域及其以南各省，年徑流量和年降雨量之間關(guān)系密切。這種雨源型河流流域的徑流主要由降水補(bǔ)給，徑流特性與降水一致，即年際變化不大、年內(nèi)分布不均。但在氣候干燥少雨地區(qū)，降雨徑流關(guān)系不密切，運(yùn)用降雨徑流關(guān)系法不適合，誤差較大。

2 實(shí)踐應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目介紹

2.1.1 項(xiàng)目位置。敘永至大村鐵路樂園隧洞出口消防用水項(xiàng)目，位于古藺縣德躍鎮(zhèn)鳳凰村，東經(jīng)105.41°、北緯28.03°，直距德躍鎮(zhèn)政府所在地約2.04km，直距古藺縣縣政府所在地約12.65km。

2.1.2 項(xiàng)目地形地貌。項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)偎拇ㄅ璧啬暇壣降嘏c云貴高原過渡帶，主要為低中山地貌，總體北低南東高，山體多呈東西走向，與構(gòu)造線基本一致。山巒重疊，地形起伏，高差懸殊，海拔高程350m～1000m，相對(duì)高差200m～700m；溝谷基本上沿構(gòu)造線發(fā)育，谷深坡陡，一般呈“V”形，局部為“U”形，寬谷谷底大多辟為農(nóng)田；灰?guī)r地區(qū)巖溶地貌顯著，表面溶蝕嚴(yán)重，多石林、石柱等典型灰?guī)r地貌特征；且溶蝕洼地、溶洞、暗河較多，洼地呈串珠狀相連，暗河時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，與地表水相通形成本區(qū)主要的排水通道。山坡植被一般較茂密，坡腳與斜坡地段多辟為旱地和水田，山勢(shì)較陡處多為杉木林或松木。

洞址屬剝蝕低中山地貌，地面高程800m～1446m，相對(duì)高差646m，少量地形相對(duì)平緩處辟為旱地及水田，大多地段人跡罕至，植被發(fā)育。

2.1.3 項(xiàng)目氣象水文。項(xiàng)目區(qū)域古藺縣地處四川盆地南部邊緣向貴州高原過度地帶，具有四川盆地氣候和貴州高原氣候特征。其主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)為四季分明，雨熱同季，夏季炎熱，冬季不太寒冷；氣溫差異大，無霜期長(zhǎng)，年降雨量偏少，濕度適中，日照較充足，常年多夏伏旱，全縣垂直氣候明顯。古藺縣不同地域氣溫分布差異大，具有四川盆地南部高溫和貴州高原乍寒乍暖的特點(diǎn)，年平均氣溫17.6℃，氣溫年較差20.5℃，氣候大陸性特征比較顯著，氣溫年際變化16.8℃～18.6℃。極端氣溫的分布差異明顯，7月為最熱月，平均氣溫27.5℃，1月為最冷月，平均氣溫7.0℃，全年極端氣溫大于等于35℃的日數(shù)26.7d。不同季節(jié)日照變化差異大，夏季最多，冬季最少，夏季日照564h，占年日照時(shí)數(shù)的43%，冬季日照123h，占年日照時(shí)數(shù)的9.6%。年平均無霜期300.1d，年際變化在232d～365d之間，平均初霜日出現(xiàn)在12月16日，終霜日出現(xiàn)在2月16日。平均降雨量753.8mm，約2/3集中在5～8月份。

項(xiàng)目區(qū)域溫暖潮濕，雨量充沛，地表徑流較豐富，樹枝狀沖溝較發(fā)育，區(qū)內(nèi)溝槽大多常年有水，但水量較小，多為基巖裂隙水，主要由大氣降水補(bǔ)給，受季節(jié)影響變化較大，旱季水量較小，以杉木坪為分水嶺，以西的水流入震東河，以東的水流入古藺河。洞址區(qū)最大的地表水體為位于出口處的一條無名河溝，寬5m～12m，深約0.6m～1.2m，流向大致自西向東，勘測(cè)期間流量約3m3/s,流量不穩(wěn)定，受季節(jié)影響變化大。

洞址區(qū)地下水類型，可劃分為松散巖土類孔隙型潛水、基巖裂隙水。巖性主要為三疊系砂以及侏羅系泥巖夾為主，地下水以基巖裂隙水為主，泥巖富水性、導(dǎo)水性差；出口段泥灰?guī)r淺部風(fēng)化較強(qiáng)，裂隙發(fā)育，局部夾鹽溶角礫巖，溶蝕作用較強(qiáng)烈，富水性較好；砂巖具備良好的地下水賦存空間和運(yùn)移通道，富水性及導(dǎo)水均較好。

2.1.4 項(xiàng)目取水水源。本項(xiàng)目利用附近的無名河作為建設(shè)項(xiàng)目的取水水源，無名河控制集雨面積為28.48km2，無實(shí)測(cè)水文資料，屬于無資料地區(qū)。但流域附近有小水雨量站、古藺雨量站、箭竹坪雨量站等，各雨量站雨量資料每年都進(jìn)行了單站資料整編和綜合合理性檢查，資料成功可靠，可供使用。故選用小水、古藺、箭竹坪雨量站雨量資料推求流域來水量，進(jìn)行相關(guān)的水源論證。

2.2 項(xiàng)目取水水源來水量計(jì)算

2.2.1 取水水源資料

無名河位于古藺縣德躍鎮(zhèn)鳳凰村，為古藺河的二級(jí)支流，屬長(zhǎng)江干流及部分支流水系的赤水河流域，集雨面積為28.48km2。其中，古藺河設(shè)有古藺水文站，無名河無水文(位)站，無實(shí)測(cè)流量資料。

2.2.2 水文站雨量站布設(shè)及資料情況

流域附近有箭竹坪、古藺、小水雨量站，流域所在干流古藺河設(shè)有古藺水文站，因取水口所在河流集水面積僅28.48km2，古藺水文站斷面以上集水面積達(dá)379km2，集水面積相差13余倍，并且地形地貌相差懸殊，故古藺水文站水文資料不能直接用于本取水口水源論證。鑒于取水口所在地屬無資料小流域，本次論證以箭竹坪、古藺、小水3個(gè)雨量站的降雨資料作為本流域的降雨資料。其雨量站點(diǎn)情況見表1所示。

表1 工程取水口河段附近雨量站基本情況

2.2.3 資料評(píng)價(jià)

2.2.3.1 降雨資料的可靠性評(píng)價(jià)。箭竹坪等三個(gè)雨量站采用20cm雨量器觀測(cè)雨量，每年觀測(cè)資料都經(jīng)過四川省水文水資源勘測(cè)局整編，符合《水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范》和《水文資料整編規(guī)范》，資料精度可靠。

2.2.3.2 資料的一致性評(píng)價(jià)。箭竹坪等三個(gè)雨量站自從設(shè)站以來未經(jīng)過調(diào)整，附近沒有高的樹木和建筑物影響，雨量觀測(cè)，降雨資料具有一致性。從均值和Cv值統(tǒng)計(jì)參數(shù)來看，當(dāng)資料系列長(zhǎng)度大于或等于30年時(shí)，統(tǒng)計(jì)參數(shù)穩(wěn)定，故認(rèn)定所選用資料滿足一致性要求。

2.2.3.3 資料的代表性評(píng)價(jià)。箭竹坪等三個(gè)雨量站屬于省級(jí)基本雨量站，采用人工觀測(cè)和雨量自記觀測(cè)，資料精度高，觀測(cè)項(xiàng)目齊全。其中箭竹坪雨量站有50年的觀測(cè)資料，小水雨量站有47年的實(shí)測(cè)資料，古藺雨量站有72年的實(shí)測(cè)資料，可滿足計(jì)算要求。

2.2.4 來水量分析

2.2.4.1 建設(shè)項(xiàng)目流域徑流計(jì)算。流域面平均降雨量統(tǒng)計(jì)參數(shù)，參證站采用箭竹坪、古藺、小水3個(gè)雨量站，降雨資料系列按3個(gè)站都有的1966～2012年共47年逐年降水量成果。按數(shù)學(xué)期望公式Pm=[m/(n+1)]×100%計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，采用P-Ⅲ型曲線進(jìn)行適線，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，得到設(shè)計(jì)流域多年平均降雨量為991.54mm，Cv=0.15，CS=2.5Cv。樂園隧洞出口取水口流域不同設(shè)計(jì)保證率下年降水量成果見表2。

表2 不同保證率下的設(shè)計(jì)年降雨量成果

2.2.4.2 降水～徑流系數(shù)。根據(jù)《四川省水資源及其開發(fā)利用現(xiàn)狀調(diào)查評(píng)價(jià)》(2004年)成果，查瀘州市古藺河流域多年平均徑流系數(shù)等值線圖，取水口所在區(qū)域多年平均徑流系數(shù)α介于0.35～0.45之間。根據(jù)當(dāng)?shù)刂脖?、地形、地質(zhì)、枯水流量等實(shí)際條件，經(jīng)綜合分析，確定該取水口所在區(qū)域多年平均徑流系數(shù)α為0.36。

2.2.4.3 取水口所在斷面逐年徑流量及設(shè)計(jì)保證率年徑流量。根據(jù)1966～2012年共47年的降雨系列資料，用降雨徑流法推算得到各年徑流量，用P-Ⅲ頻率適線法進(jìn)行計(jì)算，得到多年平均來水量為1042.61萬m3，Cv=0.15，Cs=2.5Cv。樂園隧洞出口取水口流域不同保證率年徑流量分析計(jì)算成果見表3，降雨～徑流成果見表4

表3 取水口流域不同保證率年徑流量分析計(jì)算成果

表3 取水口流域設(shè)計(jì)保證率下的年降雨～徑流成果

根據(jù)以上計(jì)算，得到樂園隧洞出口取水口流域由降雨量推求徑流的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，徑流深度為366mm，Cv=0.15，Cs=2.5Cv。

2.2.4.4 徑流成果合理性分析。為了分析徑流成果的合理性，現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目取水口所在流域古藺河和赤水河的降雨徑流成果進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表5、表6所示。

表5 取水口所在流域水文站徑流特征值統(tǒng)計(jì)(一)

表6 取水口所在流域水文站徑流特征值統(tǒng)計(jì)(二)

2011年古藺縣為特大干旱年，是自1952年恢復(fù)雨量觀測(cè)以來的降水量最小的一年。從表

5、表6中統(tǒng)計(jì)參數(shù)看出，降水量越小，土壤滲透、植被吸收和蒸發(fā)所占比例越大，徑流系數(shù)越低。表中降雨～徑流關(guān)系反映了古藺河、赤水河來水的實(shí)際情況。從實(shí)測(cè)降水量與實(shí)測(cè)徑流量,多年平均降水量與多年平均徑流量的關(guān)系，結(jié)合瀘州市2011年的降雨/徑流等值線圖分析，對(duì)比瀘州市2011年的降雨/徑流等值線圖，查圖得到年徑流深度為350mm，Cv的值為0.15～0.20，均值和Cv值都非常接近。面上成果和點(diǎn)成果基本一致，本次論證徑流量計(jì)算成果基本合理。

3 結(jié)語

3.1 無資料地區(qū)徑流計(jì)算是無資料流域水資源論證的重要部分，根據(jù)多年平均年降雨量和多年平均年徑流系數(shù)得到多年平均年徑流量的降雨徑流關(guān)系法，是無資料非閉合小流域徑流來水量的最佳推求方法。

3.2 降雨徑流法計(jì)算精度高、依據(jù)充分，適合氣候濕潤(rùn)、雨源型河流流域進(jìn)行徑流水量推算。

〔1〕金光炎.水文水資源分析研究.南京:東南大學(xué)出版社,2003.

〔2〕葉守澤,詹道江.工程水文學(xué).北京:中國(guó)水利水電出版,2000.