基于無資料地區(qū)多種方法的引乾濟(jì)石調(diào)水工程來水量計算與分析

李 齊

（遼寧省葠窩水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 遼陽 111000）

1 工程概況

引乾濟(jì)石調(diào)水工程是將漢江支流乾佑河水量穿越秦嶺調(diào)入已建成的西安市石砭峪水庫的跨流域調(diào)水工程，它是利用西康公路秦嶺隧洞施工的有利條件修建輸水隧洞，將柞水縣乾佑河的水調(diào)入五臺鄉(xiāng)石砭峪水庫，經(jīng)過石砭峪水庫統(tǒng)一調(diào)度調(diào)節(jié)后向西安市城區(qū)供水，增加城市生活和工業(yè)供水水量，并補(bǔ)充城區(qū)和下游河道生態(tài)環(huán)境用水。本工程是在老林河、太峪河、龍?zhí)逗由戏謩e修筑低壩引水，由引水渠道引至隧洞前匯流池，經(jīng)調(diào)節(jié)后入隧洞。引水線路全長21.85 km，其中18.05 km 為穿山隧洞，采取自流輸水，引水洞最大輸水流量為8 m3/s。為了保持下游河段的生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境用水，流量小于0.2 m3/s 時不引水，在汛期盡可能多引，設(shè)計年調(diào)水量0.47 億m3。

乾佑河為旬河支流，漢江二級支流，流域面積2505 km2，多年平均徑流量6.88 億m3，主要支流有老林溝、太峪河、龍?zhí)逗?、安沙溝、盧材溝河、王家坪河、馬房子河、縣河、冷水河等。調(diào)水工程取水?dāng)嗝婵刂屏饔蛎娣e為262 km2，其中各條支流設(shè)計斷面的匯水面積為老林河流域面積124 km2，太峪河流域面積76 km2，龍?zhí)逗恿饔蛎娣e62 km2。為了確定引水量，需要計算老林河、太峪河、龍?zhí)逗尤龡l河流上低壩引水口處徑流量，根據(jù)相關(guān)資料，河流上無水文實測資料，但在乾佑河上有柞水水文站，具有流量資料，為了避免單一方法計算結(jié)果的不準(zhǔn)確性，采用面積比擬法和經(jīng)驗公式法（降雨量法和徑流深法）對引乾濟(jì)石各低壩引水口斷面年徑流量進(jìn)行計算。

2 面積比擬法

采用參證流域面積比擬法計算取水?dāng)嗝鎻搅髁?，參證站選用位于調(diào)水工程下游的柞水水文站，用面積比擬法推求設(shè)計流域年徑流量[1]。計算公式如下：

式中：Q取水?dāng)嗝鏋橐郎暆?jì)黑調(diào)水工程湑水河取水口斷面徑流；Q柞水站為柞水站徑流；K1為面積修正系數(shù)，為引乾濟(jì)石調(diào)水工程乾佑河取水口斷面控制流域面積與柞水水文站控制流域面積的比值；K2為降雨量修正系數(shù)，為老林雨量站控制流域多年平均面降雨量與柞水雨量站控制流域多年平均面降雨量的比值。

調(diào)水工程引水口位于柞水縣縣城西北約20 km 處的西康鐵路秦嶺隧洞南口附近，取水樞紐分別位于乾佑河上游支流老林溝、太峪河、龍?zhí)逗由?，引水壩址以上總流域面積262 km2（老林溝流域面積124 km2、太峪河流域面積76 km2、龍?zhí)逗恿饔蛎娣e62 km2），柞水站控制流域面積457 km2，經(jīng)計算老林溝、太峪河、龍?zhí)逗用娣e修正系數(shù)K1分別為0.2713、0.1663、0.1357。

秦嶺山區(qū)降雨量隨地形的起伏變化極為顯著。相距20 km、高程相差僅150 m 的兩雨量站多年平均降雨量相差80 mm，根據(jù)統(tǒng)計資料經(jīng)計算得，老林雨量站多年平均降雨量836.4 mm，柞水雨量站多年平均降雨量759 mm，根據(jù)《水利工程實用水文水利計算》，對缺乏資料地區(qū)設(shè)計年徑流量可以用降雨量進(jìn)行修正。秦嶺深山高程相差很大，河源高程接近2000 m，而取水口處高程不足1100 m，老林雨量站位于取水口附近，工程的流域面積均集中于老林站以上深山區(qū)，考慮降雨量隨高程增加而顯著增大的特點，取水工程流域平均雨量應(yīng)遠(yuǎn)大于老林站的降雨量。經(jīng)計算降雨量修正系數(shù)K2為1.102。

參證站多年平均徑流量為1.4904 億m3，采用面積比擬法和降雨量修正，設(shè)計流域各支流多年平均年徑流量分別為：老林溝4457 萬m3，太峪河2731 萬m3，龍?zhí)逗?228 萬m3，合計徑流量9416 萬m3。引乾濟(jì)石調(diào)水工程各支流取水?dāng)嗝鎻搅髁砍晒姳?。

表1 引乾濟(jì)石調(diào)水工程取水口斷面徑流量

3 經(jīng)驗公式法

經(jīng)驗公式法采用兩種方法，分別為利用《商洛地區(qū)實用水文手冊》中的由降水量推求設(shè)計流域多年平均徑流深方法及參考《陜西省地表水資源》中所提供的“多年平均徑流深等值線圖”查算流域多年平均徑流深方法[2-3]。

3.1 降雨資料推求取水?dāng)嗝婺陱搅髁?/h3>

根據(jù)《商洛地區(qū)實用水文手冊》，通過降水資料利用經(jīng)驗公式法推求流域設(shè)計年徑流量。

（1）設(shè)計流域多年平均降雨量計算

引乾濟(jì)石調(diào)水工程鄰近有柞水雨量站1969 年～2010 年逐年降水量資料，取水工程流域內(nèi)有老林雨量站1963 年～2010年共47 年逐年降水資料，其中1968 年以前部分年份缺測，缺測年份用鄰近站雨量代替，對這兩站年降水量作頻率分析計算，目估適線，矩法計算統(tǒng)計參數(shù)，各頻率年降水量成果見表2。

表2 各頻率年降水量

（2）設(shè)計流域多年平均年徑流量計算

根據(jù)《商洛地區(qū)實用水文手冊》，流域多年平均年徑流量計算采用公式如下：

式中：W 為流域多年平均年徑流量，單位為萬m3；F 為取水口以上流域面積，單位為km2，為262 km2；Y 為多年平均年徑流深，Y=6.6×10-10×H4×F0.025，單位為mm；H 為流域多年平均年降水量，采用老林站多年平均降水量代替流域多年平均降雨量，為836.4 mm。

經(jīng)計算，多年平均年徑流深Y 為371.24 mm。利用徑流深計算出各河多年平均年徑流量為：老林河4603 萬m3，太峪河2821 萬m3，龍?zhí)逗?302 萬m3，三河合計徑流量9726 萬m3。

表3 各支流取水口斷面徑流量

（3）各頻率設(shè)計年徑流量計算

根據(jù)《陜西省地表水資源》“年徑流深變差系數(shù)等值線圖”及“Cs/Cv 等值線圖”取Cv=0.4，Cs/Cv=2.5，查出P—Ⅲ型曲線的模比系數(shù)Kp 值表，計算出各頻率設(shè)計年徑流量見表4。

表4 引乾濟(jì)石調(diào)水工程取水口斷面徑流量

3.2 多年平均徑流深推求設(shè)計年徑流量

根據(jù)《陜西省地表水資源》，從“多年平均徑流深等值線圖”可查出設(shè)計流域多年平均徑流深為380 mm。采用平均徑流深與流域面積計算設(shè)計流域多年平均年徑流量，計算結(jié)果分別為：老林河4712 萬m3，太峪河2888 萬m3，龍?zhí)逗?356 萬m3，合計為9956 萬m3。取Cv=0.40,Cs/Cv=2.50 確定P-Ⅲ曲線的模比系數(shù)Kp 值表，計算出各頻率設(shè)計年徑流量見表5。

表5 引乾濟(jì)石調(diào)水工程取水口斷面徑流量

4 計算結(jié)果對比與分析

三種方法計算的調(diào)水工程各頻率年徑流量成果見表6。對以上三種方法推求的調(diào)水工程設(shè)計年徑流量進(jìn)行分析如下：經(jīng)驗公式法兩種計算方法結(jié)果較相近，該兩種方法均是通過推求流域多年平均徑流深，進(jìn)而利用P—Ⅲ曲線的模比系數(shù)Kp 求得年徑流量。用降雨量公式求徑流深，是根據(jù)地區(qū)降雨～徑流深相關(guān)關(guān)系總結(jié)出來的，本身反映了徑流深的變化規(guī)律，故而推求的設(shè)計徑流量接近查算徑流深等值線圖的結(jié)果。面積比擬法利用柞水水文站31 年徑流量資料的分析成果，在將參證站的徑流量比擬至設(shè)計流域時，考慮到秦嶺山區(qū)高程差異大，降雨量變幅大，用降雨量比值修正之后，其結(jié)果略小于經(jīng)驗公式的計算結(jié)果。由于經(jīng)驗公式是利用地區(qū)綜合參數(shù)間接推算年徑流，且地區(qū)綜合參數(shù)采用的資料只到1980年，其代表性較差；面積比擬法采用實測徑流資料的分析成果，其成果精度較高可信度大，推算出的年徑流量較經(jīng)驗公式法小。故調(diào)水量計算采用面積比擬法修正后的計算成果。

表6 三種方法計算取水?dāng)嗝鎻搅髁砍晒麑Ρ?單位：萬m3

5 結(jié)論

通過采用三種不同方法計算引乾濟(jì)石調(diào)水工程來水量，經(jīng)分析確定以面積比擬法修正后的計算成果作為引水量，精度與可靠性較高，能夠較好的反映實際來水量。但是由于河流上無水文監(jiān)測站，為了更好提高調(diào)水工程來水保障程度，建議在取水低壩處設(shè)置水量監(jiān)測站，同時也要保障輸水管線安全供水，避免破壞導(dǎo)致漏損，并且調(diào)水過程中也要考慮生態(tài)水量。