關(guān)于閉合流域與襲奪外流域水庫徑流計算方法的探討

李 聃,侯 凱,陳天虹

(畢節(jié)市勘測設(shè)計研究院，貴州 畢節(jié) 551700)

1 工程概況

賴子河水庫所在河流為長江流域烏江水系干流三岔河上游二塘河段，壩址以上流域面積236 km2，占二塘河流域面積的29.5%，其中明流區(qū)集雨面積176 km2，伏流區(qū)集雨面積60 km2，并襲奪外流域(新河流域)面積為30.8 km2。流域?qū)俚湫偷纳絽^(qū)雨源型河流，徑流主要由降水補給，徑流特性與降水特性基本一致，即年際變化小而年內(nèi)分配不均，徑流主要集中在5—10月，占全年徑流總量的81.8%，枯季徑流相對平穩(wěn)。根據(jù)陽長水文站實測資料統(tǒng)計，最大年平均流量為61.8 m3/s，最小年平均流量為18.3 m3/s，最大年平均流量與最小年平均流量之比為3.4，最大年平均流量和最小年平均流量分別是多年平均流量的1.46倍和0.43倍。

2 陽長水文站年徑流計算

陽長水文站上游約1.5 km處為納雍電廠的三岔河取水口。納雍電廠總裝機規(guī)模2400 MW，分一廠(4×300 MW)和二廠(4×300 MW)，各廠設(shè)計取水量均為3051 m3/h，設(shè)計保證率為97%，年取水量為1831萬m3。循環(huán)水排放量為326 m3/h，耗水量為2725 m3/h。取水設(shè)施于2002年12月建成投入使用，取水系統(tǒng)2003年4月移交生產(chǎn)，一廠1#、2#、3#、4#機組投產(chǎn)時間分別為2003年3月、8月，2004年4月、9月；二廠1#、2#、3#、4#機組投產(chǎn)時間分別為2005年6月、10月，2006年6月、12月。由于電廠耗水量較大，需考慮此部分水量還原計算。

為使得陽長水文站統(tǒng)計資料2003—2012年的徑流系列具有一致性，需進行徑流還原計算。本次初設(shè)復(fù)核采用分項調(diào)查法，根據(jù)收集到的納雍電廠2003—2012年月發(fā)電量，逐月計算電廠取水的耗用水水量，平均年均還原流量0.596 m3/s。根據(jù)調(diào)查，由于電廠機組為分期投產(chǎn)且電廠取水流量根據(jù)實際運行情況進行調(diào)整，因此，還原流量與設(shè)計取水流量不完全一致。通過收集到的納雍電廠2003—2012年取水記錄進行校核，本次復(fù)核的還原水量成果合理可供本次設(shè)計使用。

陽長水文站1958—2012年徑流資料按水文年5—10月、11—次年4月、最小月等時段進行頻率分析計算，并以P-Ⅲ型曲線適線，成果見表1。從成果上看，徑流統(tǒng)計參數(shù)符合區(qū)域變化規(guī)律。

表1 陽長水文站水文年徑流分析計算成果表

3 壩址徑流計算

賴子河上、下壩址徑流計算主要依據(jù)鄰近的陽長水文站多年實測資料，依據(jù)《水利水電工程水文計算規(guī)范》SL 278—2002[1]，因設(shè)計流域集水面積約占水文參證站控制集水面積的20%左右，故采用面積加降水、徑流系數(shù)修正的水文比擬法和降雨徑流頻率相應(yīng)法兩種方法進行計算，水文比擬法以陽長水文站作為參證站，降雨徑流頻率相應(yīng)法以威寧氣象站作為參證站。

(1)閉合流域徑流計算。用水文比擬法計算閉合流域徑流，為了控制流域內(nèi)降雨對徑流的影響，以鹽倉、二塘、威寧氣象站及牛吃水水文站作為牛吃水水文站降雨量控制站，以鹽倉、二塘和威寧氣象站作為賴子河水庫降雨量控制站，統(tǒng)計以上各站年降雨量，得到牛吃水水文站控制流域內(nèi)多年平均面雨量為959.8 mm，賴子河水庫流域內(nèi)多年平均面雨量為868.6 mm。

表2 賴子河水庫閉合流域水文比擬法設(shè)計年徑流成果表

降雨徑流頻率相應(yīng)法計算閉合流域徑流，二塘河流域內(nèi)有二塘，鹽倉雨量站，向陽水文站，臨近流域有威寧氣象站；威寧氣象站多年降雨量平均值為909 mm，根據(jù)《貴州省地表水資源》(貴州省1956—1979年平均年降水量等值線圖、貴州省1956—1979年降水量變差系數(shù)Cv等值線圖)賴子河流域年降雨量在900 mm等值線左右，年降雨變差系數(shù)在0.17左右。以威寧氣象站年降雨量均值結(jié)合等值線圖作為賴子河水庫流域內(nèi)多年平均降雨量均值，以威寧縣年降雨量變差系數(shù)作為賴子河水庫年降雨量變差系數(shù)，最終確定賴子河水庫壩址以上流域多年平均降雨量為900 mm，變差系數(shù)為0.17[2]。

(1)

式中：Cv x為年降雨量變差系數(shù)，取0.17；F為流域面積，266.8 km2；α為多年平均徑流系數(shù)，取0.45；r、β、m為地區(qū)性經(jīng)驗系數(shù)，取r=1.10、β=0.04、m=0.7。經(jīng)計算得到賴子河水庫壩址斷面年徑流變差系數(shù)Cv=0.28。

表3 賴子河水庫降雨徑流頻率相應(yīng)法年徑流設(shè)計成果

(2)襲奪外流域徑流計算分析。設(shè)計流域內(nèi)有樂溪水庫(新河流域)，經(jīng)調(diào)查樂溪水庫有30.8 km2的集雨面積襲奪外流域的徑流量，在新河上修建的有冒水水庫(與樂溪水庫同期修建)，根據(jù)《威寧縣水庫工程登記卡片》，冒水水庫背水坡存在漏水情況，但基本每年都能蓄滿，滲漏水通過地下孔穴流至干河橋落水洞(洪水期，部分洪水經(jīng)過地表進入落水洞下泄至樂溪水庫)，在干河橋落水洞進行了踏勘，在落水洞洞口能聽見水流聲音，但無法進行測流。根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況及地質(zhì)專業(yè)的連通試驗情況，確定本流域襲奪外流域(主要為新河流域)的地下水，枯期新河不斷流，即襲奪新河流域部分地下徑流。2010年4月28日，在樂溪水庫壩址進行測流試驗，測得壩址流量為112.0 L/s，由于2009年秋季、2010年5月，該地區(qū)發(fā)生大干旱，統(tǒng)計威寧氣象站歷年枯半年降水量得知，2009—2010年水文年枯半年降水量在歷年(水文年)P-Ⅲ型頻率曲線上的頻率大致為95%，本次干旱的頻率大致與95%相當(dāng)，閉合流域枯水控制模數(shù)為3.00 L/s·km2，對應(yīng)流量為38.7 L/s，本次測量中襲奪外流域的流量為73.3 L/s，對應(yīng)的模數(shù)為2.37 L/s·km2，小于3.00 L/s·km2，即部分襲奪基流，由于地下孔穴過流能力有限，且枯期部分襲奪基流，可確定(襲奪外流域部分)枯期孔穴過流能力為73.3 L/s。由以上分析可得，95%頻率下枯期襲奪外流域流量為73.3 L/s，折合成97%頻率下為71.1 L/s。在汛期，襲奪外流域也有部分徑流量通過干河橋落水洞進入設(shè)計流域，根據(jù)《貴州省地下水資源》成果分析，汛期枯水模數(shù)一般為枯期的2～3倍。本次枯期枯水模數(shù)取2.30 L/s·km2(按97%保證率取值)，汛期枯水模數(shù)取5.00 L/s·km2(為枯期模數(shù)的2.2倍)。

(3)壩址徑流計算。以陽長水文站徑流站分配率復(fù)核威寧氣象站分配率，經(jīng)分析，兩種方法計算的豐水年所包含年份皆有1961年、1967年、1971年、1974年、1982年、1995年、1997年、2007年、2008年等年份，平水年皆包含1958年、1966年、1976年、1978年、1979年、1984、1992年、1999年等年份，枯水年皆包含1975年、1987年、1988年、1989年、1994年、1996年、2000年、2005年、2006年、2009年、2011年等年份，兩種方法所計算的豐平枯分配基本一致，徑流年內(nèi)分配基本一致，兩種方法的汛期都為5—10月，枯期為11月—次年4月，采用威寧氣象站分配率的徑流汛期徑流量占全年的85%，采用陽長水文站分配率的汛期徑流量占全年的83%，可見兩個分配率的汛期所占全年比例基本一致，本次選擇威寧氣象站降雨分配率為水庫徑流分配率。對襲奪外流域徑流過程進行簡化處理，疊加到賴子河壩址處的徑流過程，得到完整的壩址處來水過程。因枯期模數(shù)取值為97%保證率下，因此所得的徑流結(jié)果偏安全。水文比擬法及降雨徑流頻率相應(yīng)法成果見表4。

表4 賴子河水庫徑流計算成果對比表

從表4可以看出，兩種方法所計算的年平均流量相差較小，誤差為1.59%。年徑流變差系數(shù)基本一致，水文比擬法所計算的枯水期徑流量比降雨徑流法所計算的枯水期徑流量大8.16%，枯水期徑流變差系數(shù)相差不大，從供水安全考慮，推薦降雨徑流頻率相應(yīng)法計算成果作為設(shè)計成果。

4 徑流成果合理性分析

對賴子河壩址處及下游水文測站、已建成的其它電站年徑流統(tǒng)計參數(shù)進行比較。各水文站、電站年徑流統(tǒng)計參數(shù)見表5。

表5 賴子河水庫下游水文測站、電站徑流成果表

從表5可看出，徑流統(tǒng)計參數(shù)在地區(qū)上的分布基本合理。從徑流模數(shù)、徑流深看，由賴子河水庫開始經(jīng)金獅子二級電站、櫻孜渡、牛吃水、阿珠、木浪至徐家渡壩址(或測站)，隨著所控流域面積的依次增大，徑流模數(shù)、徑流深也相應(yīng)增大，經(jīng)分析，這與面降水在地區(qū)上的分布沿河流遞增是相一致的。三岔河河源威寧一帶多年平均降水量為850～950 mm，牛吃水站一帶多年平均降水量為950～1250 mm，而牛吃水站至木浪區(qū)間多年平均降水量為1250～1500 mm，所以，徑流與降水是相應(yīng)的，本次水文計算的徑流成果是符合地區(qū)降水特性的。綜上所述，設(shè)計壩址處徑流成果符合地區(qū)規(guī)律，成果合理。

5 結(jié) 論

賴子河水庫壩址以上流域分為閉合流域和襲奪外流域。本次閉合流域采用水文比擬法及降雨徑流頻率相應(yīng)法進行徑流計算。采用陽長水文站及威寧氣象站作為徑流分析參證站，經(jīng)對比分析推薦降雨徑流頻率相應(yīng)法作為閉合流域計算方法及成果。襲奪外流域采用實地調(diào)查、枯水模數(shù)計算結(jié)合地質(zhì)勘探確定襲奪外流域徑流量。經(jīng)過計算成果合理性分析，成果安全可靠，為其他閉合流域與襲奪外流域徑流計算提供了借鑒。