多重地貌環(huán)境下水庫徑流計(jì)算方法淺析

呂莎

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710001）

多重地貌環(huán)境下水庫徑流計(jì)算方法淺析

呂莎

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710001）

澄城縣骨干供水工程從石堡川水庫引水到縣城水廠，以解決縣城和北部塬區(qū)居民生活用水問題。石堡川水庫是澄城縣骨干性水利樞紐工程，由于流域中上游為高山林區(qū)，下游為黃土塬區(qū)，且流域內(nèi)沒有水文站，因此水庫年徑流計(jì)算只能運(yùn)用氣象資料進(jìn)行計(jì)算。在充分考慮水庫工程的氣候及下墊面、植被等諸多因素的影響后，采用分區(qū)疊加法計(jì)算水庫徑流，并將計(jì)算結(jié)果與《渭南地區(qū)水文手冊》提供的多年平均徑流系數(shù)結(jié)果進(jìn)行對比，兩種方法計(jì)算結(jié)果比較接近，年徑流量相差不大，因此本次提出的計(jì)算方法切實(shí)可行，為工程區(qū)徑流調(diào)節(jié)提供技術(shù)依據(jù)。

石堡川水庫；面積比擬法；面雨量；查圖法

自1998年石堡川水庫開始向澄城縣五一水庫通過干渠不定期、不定時補(bǔ)水，以緩解縣城居民生活水源不足問題，由于干渠輸水水質(zhì)易污染，輸水損失大，尤其是澄城縣北部塬區(qū)馮原、王莊兩鄉(xiāng)鎮(zhèn)有4.45萬人因地下水水源不足，出現(xiàn)飲水返困。本次骨干供水工程從石堡川水庫引水到澄城縣縣城水廠以解決澄城縣縣城和北部塬區(qū)居民生活用水問題。

石堡川河系洛河左岸的一級支流，發(fā)源于陜西黃龍山脈的宜川縣黃龍山（海拔1745 m）西南側(cè)，西南流過黃龍縣城石堡鎮(zhèn)，至石堡川水庫后進(jìn)入洛川境，最后于白水縣法家塔匯入北洛河。石堡川河全長79.3 km，流域面積950.3 km2，河流陡急，平均比降9‰，主要支流有李家河、洩湖河、沙曲河。石堡川水庫壩址位于洛川縣石頭鄉(xiāng)盤曲河村東500 m，壩址控制流域面積820 km2，占全流域的86.3%，壩址以上河道長62.1 km，占河道總長的78.3%。壩址以上流域海拔高程880 m~1700 m，流域中上游為高山林區(qū)，占壩址以上流域的3/4，區(qū)內(nèi)高山起伏，河谷狹窄，森林茂密；流域下游為黃土塬區(qū)占壩址以上流域的1/4，溝壑縱橫，植被為荒草及少量灌木。河流泥沙主要來源于汛期，水庫周邊黃土覆蓋層較厚，地下水資源貧乏。

由于石堡川流域中上游為高山林區(qū)，下游為黃土塬區(qū)，且流域內(nèi)沒有水文站，因此水庫年徑流計(jì)算只能運(yùn)用氣象資料進(jìn)行計(jì)算。

1 水文基本資料

石堡川流域水文資料短缺，僅在石堡川水庫下游的成家河水文站有一年半的流量觀測資料。相鄰流域涺水河及仕望川河流域分別于1959年由黃委設(shè)立牛心和大村水文站，觀測項(xiàng)目有流量、水位、泥沙、降水等。涺水河牛心站于1967年撤消，1975年在該站下游修建有薛峰水庫，觀測有1975年至今的流量資料；仕望川大村水文站有建站至今的實(shí)測水文資料。另外，涺水河流域、仕望川河流域從1953年開始設(shè)立了白馬灘、薛峰、英旺、圪臺及宜川等雨量站和氣象站，這些站至少已有二十年的雨量觀測資料；水文測驗(yàn)和資料整編均基本滿足要求，基本資料具有可靠性。各測站觀測情況見表1。

表1 水文、雨量、氣象測站情況一覽表

2 徑流特性

徑流補(bǔ)給來源決定了石堡川河的水文情勢及其變化規(guī)律。石堡川河徑流主要由降水形成，其水情隨降水的時空分布不同而改變。河流的水量汛期主要靠降水補(bǔ)給，枯水期的水量主要依靠地下水補(bǔ)給，故徑流的年內(nèi)分配極不均勻，年際變化也很大。從鄰近涺水河薛峰水庫的實(shí)際觀測資料可知，薛峰水庫多年平均徑流量為5752萬m3，最大年徑流量為21300萬m3（2003年），最小年徑流量為650萬m3（1997年），最大值和最小值分別是平均值的3.7倍和0.11倍。

3 年徑流量計(jì)算

石堡川水庫以上流域水文資料短缺，《水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范》（Sl278-2002）應(yīng)采用多種方法進(jìn)行分析比較。本次采用兩種方法進(jìn)行分析計(jì)算，即水文比擬法和查圖法進(jìn)行分析計(jì)算。

3.1 水文比擬法

3.1.1 參證站的選擇

對于無資料地區(qū)，要真正反映出設(shè)計(jì)流域徑流變化規(guī)律及特性，就必須正確選擇其參證站。徑流變化受氣候及下墊面、植被等諸多因素的影響，根據(jù)石堡川流域的實(shí)際情況，三岔河口以上流域?yàn)楦呱搅謪^(qū)，森林茂密，占石堡川水庫壩址以上流域的四分之三，下墊面及氣候條件與鄰近的涺水河流域較相似；三岔河流域至壩址間屬于黃土溝壑與丘陵交錯地帶，植被較差，占石堡川水庫壩址以上流域的四分之一，下墊面及氣候條件與鄰近的仕望川河流域較相似。故本此計(jì)算選涺水河流域薛峰（牛心站）為參證站計(jì)算石堡川水庫壩址以上高山林區(qū)的徑流，仕望川河大村站為參證站計(jì)算石堡川水庫壩址以上黃土塬區(qū)的徑流，然后將二者迭加得到石堡川水庫徑流量。

（1）高山林區(qū)

為了和大村站徑流資料同步，需將薛峰水庫的水文資料延長為1960~2013年。薛峰水庫有1975~2013年實(shí)測徑流量資料，1960~1966年用薛峰水庫上游牛心站徑流量按面積比推算到薛峰水庫壩址，1967~1974年采用薛峰水庫降水～徑流相關(guān)插補(bǔ)延長，相關(guān)系數(shù)為0.85。薛峰水庫年徑流量與年降雨量相關(guān)關(guān)系圖見圖1。

圖1薛峰水庫年徑流量與年降雨量相關(guān)關(guān)系圖

相關(guān)方程為：W薛峰=0.00006P薛峰2.84

經(jīng)插補(bǔ)延長后薛峰水庫壩址有1960~2013年共54年徑流量資料。對薛峰水庫壩址1960年~2013年54年徑流量系列進(jìn)行頻率計(jì)算，采用P-Ⅲ型曲線適線，適線后均值為5640萬m3，Cv=0.95，Cs=2.5Cv。

表2 石堡川水庫徑流年內(nèi)分配統(tǒng)計(jì)表

（2）黃土溝壑區(qū)

對大村水文站1960年~2013年54年徑流量系列進(jìn)行頻率計(jì)算，采用P-Ⅲ型曲線適線，適線后均值為7130萬m3，Cv=0.6，Cs=2.5Cv。

涺水薛峰水庫流域面雨量。涺水河流域薛峰水庫以上流域平均降水量采用位于流域中心的白馬灘站降水量資料計(jì)算，并用黃龍降雨資料按長短系列比進(jìn)行修正。（白馬灘雨量站為流域中心站，可采用其降雨量作為流域平均降水量）。計(jì)算得薛峰水庫以上流域面雨量為661 mm。

仕望川大村水文站面雨量。仕望川大村水文站以上流域面雨量采用流域內(nèi)英旺、圪臺、宜川降雨量算術(shù)平均值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得仕望川大村水文站以上流域面雨量為575 mm。

石堡川水庫面雨量。石堡川水庫壩址以上流域只有黃龍氣象站觀測降水，黃龍氣象站位于石堡川水庫壩址以上流域中心，降水資料系列長，基本能夠反映出設(shè)計(jì)流域的降水變化規(guī)律，本次石堡川水庫高山林區(qū)面雨量采用黃龍氣象站的點(diǎn)雨量代替，經(jīng)計(jì)算多年平均面雨量為562.7 mm。塬區(qū)面雨量計(jì)算采用石堡川河下游北塬雨量站點(diǎn)雨量與黃龍氣象站點(diǎn)雨量算術(shù)平均，其值為550.5 mm，石堡川水庫以上面雨量為560 mm。

3.1.2 石堡川水庫年徑流系列

石堡川水庫由于地形、下墊面以及植被的差異，造成不同的產(chǎn)匯流結(jié)果，故石堡川水庫的年徑流量采用塬區(qū)、山區(qū)分別計(jì)算后迭加。山區(qū)徑流量計(jì)算選擇涺水河薛峰水庫為參證站，其集水面積為529 km2，多年平均徑流量為5643萬m3；塬區(qū)徑流量計(jì)算選擇仕望川河大村站為參證站，其集水面積為2141 km2，多年平均徑流量為7130萬m3。石堡川水庫的年徑流采用面積比擬山區(qū)和塬區(qū)的參證按降雨修正后進(jìn)行迭加，可計(jì)算得石堡川水庫壩址的設(shè)計(jì)年徑流為6240萬m3。

3.2 查圖法

查《渭南地區(qū)水文手冊》多年平均徑流系數(shù)等值線圖可知石堡川水庫壩址以上徑流系數(shù)為0.15，根據(jù)公式：

計(jì)算得石堡川水庫壩址處多年平均徑流量為6888萬m3。

3.3 成果采用

兩種方法計(jì)算結(jié)果比較接近，年徑流量相差9.5%，由于年徑流量變化既存在下墊面、植被影響，還受氣候因素制約，采用查圖法計(jì)算年徑流量，只是從面上徑流的變化規(guī)律分析估算石堡川水庫壩址的年徑流量，而面積比擬法推求設(shè)計(jì)流域年徑流量按不同下墊面產(chǎn)匯流特性逐年分析，然后迭加，更符合流域?qū)嶋H情況。故石堡川壩址以上流域徑流量計(jì)算采用相似流域面積比擬法計(jì)算較合理，計(jì)算多年平均徑流量為6240萬m3，徑流深為76 mm。

3.4 石堡川水庫壩址徑流的年內(nèi)分配

石堡川水庫壩址徑流量的年內(nèi)月分配計(jì)算，按山區(qū)、塬區(qū)不同的參證站各月徑流占年徑流量的比例系數(shù)予以分配。山區(qū)參證站薛峰水庫1967～1974年徑流量為插補(bǔ)值，無實(shí)測月徑流量，其年內(nèi)月分配計(jì)算按年徑流量的豐枯情況，采用與實(shí)測年徑流量較接近年份的分配系數(shù)進(jìn)行分配。將山區(qū)、塬區(qū)徑流量進(jìn)行分配后再迭加可得到石堡川水庫壩址徑流的年內(nèi)月分配。

4 結(jié)語

徑流分區(qū)計(jì)算疊加法與查圖法兩種方法計(jì)算結(jié)果比較接近，年徑流量相差9.5%，由于年徑流量變化既存在下墊面、植被影響，還受氣候因素制約，面積比擬法推求設(shè)計(jì)流域年徑流量按不同下墊面產(chǎn)匯流特性逐年分析，然后迭加，更符合流域?qū)嶋H情況。水庫徑流的計(jì)算為水庫徑流調(diào)節(jié)計(jì)算提供依據(jù)，本次石堡川水庫年徑流計(jì)算為澄城縣骨干輸水工程水庫取用水調(diào)節(jié)計(jì)算提供有力依據(jù)。

Analysis of Reservoir Runoff Calculation Method under Multiple Geomorphic Environment

Lv Sha
（Shaanxi provincial water resources and hydropower surveyand design institute Xi’an 710001,Shaanxi）

In ChengchengCounty,Gugan water supplyproject is from Shi Baochuan reservoir diversion tothe countywater plant aim to solve residents’living water problem in the county and the northern plateau.Shibaochuan reservoir is key water conservancy project in Chengcheng County.As the upper reaches of the basin are alpine forest areas and the lower reaches is the Loess Plateau area,there is no hydrological station in the basin.Therefore,the annual runoff calculation only can be calculated using meteorological data.After considering the climatic and underlying surface vegetation and vegetation factors of the reservoir project,the runoffofthe reservoir is calculated by the partition superposition method,and the results are compared with the results of the multi-year average runoff coefficient provided by the Weinan Regional Hydrological Handbook.The calculated results are close each other,and the annual runoff is not very different.Therefore,the proposed method is feasible and provides the technical basis for the runoffregulation.

Shibaochuan Reservoir；the area comparison method；the surface rainfall and the drawing-checkingmethod

TV62

B

1673-9000（2017）03-0101-03

2017-01-29

呂莎(1986-)，女，陜西西安人，工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。