商南縣清油河徑流分析

許祥斌

1 概況

發(fā)源于商南縣沙坪鄉(xiāng)蘇溝的清油河，在過風(fēng)樓鎮(zhèn)徐家店村匯入丹江。清油河流域北高南低，全流域面積369 km2，主河道全長58 km。屬亞熱帶與暖溫帶過度地帶，氣候溫和，四季分明，雨量較多，無霜期長，熱量充足。清油河流域植被良好，土壤濕度大，坡面侵蝕較弱，兩岸均以巖石，礫石為主，河岸穩(wěn)固，水流侵蝕作用不明顯。為了解決下游3個鎮(zhèn)的用水問題，規(guī)劃在清油河鎮(zhèn)團(tuán)坪村以南0.6 km處修建清油河供水工程，需對該處多年平均徑流量和興利庫容進(jìn)行分析。

2 參證站多年平均徑流量分析

2.1 清油河水文分析

清油河上的過風(fēng)樓雨量站，有1965～2010年共46年的實測降水量資料，其多年平均降水量為795 mm，年最大降水量為1013.6 mm，年最小降水量為420.1 mm，兩者比值為2.4，說明流域內(nèi)降水量年際變化較大。降水量的48.2%集中在6至8月，9、10月多連陰雨降水量占總量的18.7%，其次降水量相對較多的四、五月份占總量的14.2%，而11月至次年3月5個月的降水量僅占全年的18.9%，說明本流域范圍降水年內(nèi)分配不均勻。清油河徑流主要由降雨補給，其水情隨降水的變化而變化，河流的水量汛期主要由降雨補給，枯水期依靠穩(wěn)定的地下水補給。因此徑流量的年際變化與降水量的年際變化極為相似，而流域受季風(fēng)氣候的影響，降水量年際變化大，具有夏季降水量大而集中，冬季降水量小的特點。徑流與降水量有共同特點：年際變化大，年內(nèi)分配不均勻，7～10月徑流量約占全年徑流量的64.8%，11～次年6月徑流量為全年徑流量的35.2%。該流域內(nèi)多年平均徑流深為260 mm，多年平均徑流量9599 萬 m3。

2.2 參證站選取

清油河水庫壩址以上無水文測站與雨量站，清油河流域僅在流域下游設(shè)有過風(fēng)樓雨量站，該站設(shè)立于1964年9月。鄰近流域西邊為武關(guān)河，東邊為縣河，武關(guān)河流域內(nèi)1959年設(shè)立有武關(guān)水文站和庾家河、巒莊和武關(guān)三個雨量站，均設(shè)立于1959年。武關(guān)河與清油河同屬丹江下游區(qū)的左岸支流，兩者的流域下墊面和氣候條件較為相似，因此它們的降雨和流域產(chǎn)匯流機制十分相近。所以本次設(shè)計將武關(guān)河上的武關(guān)水文站及3個雨量站，作為本次徑流分析計算的參證站。商商南縣氣象站距工程區(qū)相對較近，其實測氣象資料可近似反映工程區(qū)的氣象情況，因此將商南縣氣象站作為工程區(qū)氣象代表站。

2.3 參證站徑流分析

2.3.1 系列豐、枯變化規(guī)律分析

武關(guān)水文站有1960～2014年共55年的徑流連續(xù)系列，其中，特豐年份有1964和1983年，年徑流量分別為5.98億m3、4.19億m3，分別為多年平均徑流量的3.7和2.6倍；特枯年份有1986和1999年，年徑流量分別為0.379億m3、0.36億m3，分別為多年平均徑流量的0.2倍；平水年份有1967和1988年，年徑流量分別為1.594億m3、1.62億m3，接近多年平均徑流量。從圖1看出，豐水年組有1963～1965年，3年的平均流量為3.386億m3，為多年平均徑流量的2.1倍；豐水年組還有1982～1985年，4年的平均徑流量為2.98億m3，為多年平均徑流量的1.86倍；枯水年組有1999～2002年，4年的平均徑流量為0.74億m3，為多年平均年徑流量的0.46倍；平水年組有1967～1970年，4年的平均徑流量為1.6億m3，等于多年平均徑流量。從武關(guān)水文站55年徑流連續(xù)系列總體上看，包括了豐、平、枯水年連續(xù)系列，基本反映了河流徑流的時空變化。

2.3.2 統(tǒng)計參數(shù)穩(wěn)定性分析

武關(guān)站的順、逆時序差積曲線如圖2所示，為雙峰型，表示組成系列的豐、枯歷時較短，且變幅較大，該徑流連續(xù)系列具有代表性。順時序和逆時序累加計算年徑流均值和變差系數(shù)值，并分別點繪徑流量均值歷時變化圖3，變差系數(shù)歷時變化圖4。從圖上可以看出，年份系列短時，均值相對變幅較大，但是隨著年份的逐漸增加，均值的變幅越來越小，最后趨于穩(wěn)定；同樣對于變差系數(shù)，年份系列越短時，它的相對變動越大，隨著系列的逐漸增加，最終也趨于穩(wěn)定。上述分析說明，武關(guān)站1960～2014年55年的徑流連續(xù)系列資料代表性較好。

圖1 武關(guān)站年徑流量歷時曲線圖

圖2 武關(guān)站年徑流量差積歷時曲線圖

圖3 武關(guān)站年徑流量均值歷時曲線圖

圖4 武關(guān)站年徑流量變差系數(shù)歷時曲線圖

2.4 參證站年徑流量頻率分析

對武關(guān)站55年的徑流連續(xù)系列進(jìn)行頻率分析計算，統(tǒng)計參數(shù)選用矩法初步估算，其均值為1.58億m3，變差系數(shù)Cv=0.63，再用適線法調(diào)整參數(shù)確定，線型采用P—Ⅲ型曲線。在適線時，著重考慮中、下部的徑流點據(jù)，適當(dāng)考慮上端較大的徑流點據(jù)，確定出理論頻率曲線。經(jīng)分析計算，多年平均徑流量為1.58 億 m3，Cv=0.63，Cs=2Cv。

3 清油河供水工程年徑流量計算

3.1 清油河壩址處年徑流量計算

根據(jù)武關(guān)站的徑流分析計算成果，清油河水庫壩址年徑流量采用水文比擬法，并考慮雨量修正。清油河水庫采用過風(fēng)樓雨量站計算流域面雨量，武關(guān)站采用庾家河、巒莊、武關(guān)三個雨量站計算流域面雨量，利用兩者的同步降雨系列資料，按下式推算設(shè)計壩址斷面處的設(shè)計年徑流量：

式中：Wp壩、Wp參為分別為壩址處和參證站頻率為P的年徑流量，萬m3；f、F為分別為壩址與參證站的流域面積f=145 km2，F(xiàn)=724 km2；h、H為分別為壩址與參證站的多年平均面雨量，mm，利用清油河和武關(guān)站各自雨量代表站1965～2014年的降雨同步系列，h=795 mm，H=771 mm。

經(jīng)計算，清油河水庫壩址徑流修正系數(shù)為0.2065，多年平均徑流量為3263萬m3，其年徑流量計算成果見表1。壩址處徑流年內(nèi)分配采用武關(guān)站月徑流占年徑流量的百分比進(jìn)行計算，年內(nèi)分配見表2。

表1 清油河水庫壩址不同頻率的年徑流量計算成果表單位：萬m3

表2 清油河水庫年徑流量年內(nèi)分配成果表 單位:萬m3

3.2 徑流成果的合理性分析

3.2.1 采用其它徑流計算方法論證合理性

采用徑流深計算法對水文比擬法求得的結(jié)果進(jìn)行檢驗：由《商洛地區(qū)實用水文手冊》（1960～1985年）查得流域中心多年徑流深為250mm，武關(guān)站多年平均徑流量為1.72億m3；本次計算的武關(guān)站長系列（1960～2014年）多年平均徑流量1.58億m3，修正手冊上的徑流深為230 mm。則設(shè)計流域多年平均徑流量W=1000×R×F，清油河壩址多年平均徑流量為3335萬m3。

3.2.2 計算成果的合理性分析

上述徑流深法計算成果與水文比擬法計算成果基本接近，采用水文比擬法是用武關(guān)站作為參證站，鑒于清油河水庫和武關(guān)站的控制流域同屬丹江下游區(qū)，降雨和下墊面特性較為相似。且武關(guān)站的實測資料系列長達(dá)55年，資料系列的代表性也較好，故采用水文比擬法計算清油河水庫的設(shè)計徑流是可靠的。

丹江（商洛段）北岸各支流年徑流深在200～300 mm之間，變差系數(shù)Cv在0.55～0.65之間，年徑流深呈上游大下游小的變化規(guī)律。清油河水庫的徑流統(tǒng)計成果符合丹江（商洛段）北岸年徑流統(tǒng)計參數(shù)的變化規(guī)律，因此，清油河水庫的年徑流量計算成果是合理的。

綜合上述，以武關(guān)水文站為參證站，采用水文比擬法計算清油河水庫的設(shè)計徑流成果是基本合理的。

根據(jù)武關(guān)站1960～2014年55年的旬徑流系列，比擬推算得清油河壩址處55年各旬徑流量，壩址上游無大型取水工程，因此壩址處來水量為天然河道來水量，徑流調(diào)節(jié)計算采用清油河壩址處1960～2014年55年的旬徑流系列。清油河水庫1960～2014年共55年的徑流系列見表3。

4 徑流調(diào)節(jié)計算

清油河上游無已建取水工程，因此清油河水庫的入庫水量即為清油河水庫上游河道的天然來水量。水庫首先保證滿足壩址下游河道的生態(tài)基流，后考慮城鎮(zhèn)生活生產(chǎn)供水。根據(jù)《水利工程水利計算規(guī)范（SL104-2015)》規(guī)定，水庫徑流調(diào)節(jié)計算采用長系列時歷法，以旬為計算時段。結(jié)合本流域天然來水和城鎮(zhèn)用水特性，水利年度取7月中旬～次年7月上旬，以選擇的正常蓄水位對應(yīng)的庫容為初始調(diào)節(jié)庫容，統(tǒng)計供水破壞時段，計算供水保證率，若旬保證率滿足95%（同時破壞時段的破壞深度不超過30%）的設(shè)計要求時，說明假定庫容合適，若不滿足設(shè)計要求，重新假定水庫庫容進(jìn)行計算，直至滿足要求。經(jīng)過對清油河水庫1960～2014年55年的入庫水量逐旬進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)計算，求得清油河水庫壩址能滿足縣城830萬m3年供水量95%保證率要求時，相應(yīng)的興利庫容為692萬m3，對應(yīng)的正常蓄水位為652m。

5 結(jié)語

清油河水庫以上流域內(nèi)無水文、雨量站，為了計算庫區(qū)徑流量，文中采用水文比擬法，以武關(guān)水文站和3雨量站為參證站，采用矩法和適線法，求得武關(guān)水文站多年平均徑流量為1.58億m3。再用水文比擬法和徑流深算法求得水庫壩址處多年平均徑流量為3335萬m3。根據(jù)來水區(qū)及受水區(qū)情況，徑流經(jīng)調(diào)節(jié)計算，其興利庫容為692萬m3，滿足受水區(qū)用水需求，可供工程建設(shè)進(jìn)行參考。

表3 清油河水庫壩址年徑流系列 單位：萬m3