忠太水庫設(shè)計(jì)徑流計(jì)算分析

(1.云南省能源投資集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650228；2.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

在云南省西北部“三江并流”(怒江、瀾滄江、金沙江)區(qū)內(nèi)，由于受南支槽和地形條件(主要為縱向嶺谷的“通道-阻隔”作用)的影響，區(qū)內(nèi)北部(北緯大于26°)的大部分地區(qū)出現(xiàn)“桃花汛”小雨期，即在3月進(jìn)入雨季，年內(nèi)降水在3—4月、5—10月出現(xiàn)一小一大兩個(gè)峰值；而北緯26°以南地區(qū)“桃花汛”小雨期漸趨消失，降水量年內(nèi)分配表現(xiàn)為“單峰型”[1-3]。

該地區(qū)瀾滄江中游左岸支流永春河上游的塘上水文站、瀾滄江右岸一級(jí)支流臘普河上的塔城水文站，年內(nèi)徑流隨雨季呈現(xiàn)雙峰特征，最大峰值出現(xiàn)在8月，次大峰值出現(xiàn)在4月。怒江中游左岸一級(jí)支流迪麻洛河上的迪麻洛電站壩址設(shè)計(jì)徑流計(jì)算和瀾滄江中游右岸一級(jí)支流妥洛河上的妥洛河水電站年內(nèi)徑流分配都以塘上水文站為參證站；塔城水文站也是該地區(qū)設(shè)計(jì)徑流計(jì)算重要的水文參證站[4-5]。

水文比擬法、年徑流深等值線圖法和徑流系數(shù)法是推求無資料地區(qū)設(shè)計(jì)徑流常用的方法，設(shè)計(jì)徑流年內(nèi)分配一般通過水文比擬法獲得，在滇西北雙雨季地區(qū)無資料流域的設(shè)計(jì)徑流計(jì)算中，水文參證站選擇是否合適對(duì)設(shè)計(jì)徑流影響很大[6]。在該地區(qū)忠太水庫的設(shè)計(jì)中，通過比較不同水文站的降雨-徑流特性，并分析不同徑流分配模式對(duì)興利調(diào)節(jié)計(jì)算的影響，為工程設(shè)計(jì)徑流的參證站選擇提供合理依據(jù)。

1 項(xiàng)目概況

忠太水庫位于金沙江右岸一級(jí)支流撒榮河上，是云南省迪慶州德欽縣奔子欄鎮(zhèn)及羊拉鄉(xiāng)精準(zhǔn)扶貧集中安置搬遷點(diǎn)的農(nóng)村人畜飲水和灌溉水源工程，總庫容166.30萬m3，興利庫容93.80 萬m3，年供水量430.41萬m3。

2 設(shè)計(jì)流域水文特性

2.1 流域概況

忠太水庫臨近水系見圖1。忠太水庫所在的撒榮河是金沙江右岸一級(jí)支流，發(fā)源于云嶺山脈北段東坡的白茫雪山，是金沙江與瀾滄江的分水嶺，峰頂終年積雪不化。撒榮河流域面積為80.10km2，河長(zhǎng)18.06km，河源海拔5000m，河口海拔2105m，天然落差2895m，平均坡降160.3‰。撒榮河山高谷深，形成陡峻的波狀地形，河床坡降大，河谷狹窄，由上游至下游河谷縮窄而兩岸山坡更陡；流域形狀均為狹長(zhǎng)型，水系發(fā)育，羽狀小支流較多，坡降大。

撒榮河流域由低到高經(jīng)歷了亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒帶幾個(gè)氣候區(qū)，立體氣候十分明顯；從河口到分水嶺，跨越了從北亞熱帶到高山草原帶的多個(gè)植被帶。撒榮河上游段(海拔3000m以上)植被覆蓋良好，氣候類型為暖溫帶、溫帶和寒帶，主要植物類型為山地濕性常綠闊葉林、針葉林及高山草甸等；而下游段(海拔3000m以下)接近金沙江干熱河谷，氣候類型為亞熱帶和暖溫帶，主要植物類型為干熱河谷灌叢，植被覆蓋較差。

擬建的忠太水庫位于撒榮河上游的賽坡村與撒榮村之間，距德欽縣城直線距離約25km。忠太水庫壩址徑流面積31.92km2，占撒榮河徑流面積的39.9%，壩址處河床海拔3106m，壩址以上河長(zhǎng)8.87km，河道平均比降為214.2‰。

2.2 水文基本資料情況

忠太水庫所在撒榮河上無水文站，臨近水文測(cè)站資料情況見表1，水文站點(diǎn)分布見圖1。古學(xué)水文站和奔子欄水文站控制流域面積與忠太水庫相差過大，不宜作為設(shè)計(jì)流域的參證站，因此主要以德欽氣象站和上橋頭、阿東水文站作為本設(shè)計(jì)流域水文分析的參證站。

表1 忠太水庫臨近水文測(cè)站情況

2.3 設(shè)計(jì)流域水文特性分析

撒榮河是金沙江上游右岸一級(jí)支流，屬降水、地下水和冰雪融水混合補(bǔ)給類型，受降水影響最大，徑流分布與降水分布基本相應(yīng)，徑流在時(shí)程分配和地區(qū)分布上極不均衡，徑流年內(nèi)分配不均，豐、枯變化大，具有明顯的季節(jié)性。流域內(nèi)年徑流量垂直變化十分明顯，根據(jù)云南省年降水量等值線圖和年徑流深等值線圖，撒榮河流域內(nèi)年降水量介于400～1200mm之間，年徑流深從河口的100mm增加至山頂800mm，徑流深隨海拔增加明顯[7]。忠太水庫壩址位于撒榮河上游，植被良好，是撒榮河流域徑流較為豐沛的區(qū)域。

圖1 忠太水庫臨近水系及水文站點(diǎn)分布

圖2 撒榮河流域臨近站點(diǎn)多年平均降水年內(nèi)變化情況

圖3 撒榮河流域附近站點(diǎn)多年平均徑流深年內(nèi)變化情況

撒榮河流域鄰近測(cè)站各月多年平均降水量、月徑流深分別見圖2、圖3。距離撒榮河流域最近的阿東水文站、德欽氣象站、上橋頭水文站、塔城水文站的多年平均降水年內(nèi)變化趨勢(shì)基本一致，均呈現(xiàn)出雙雨季特點(diǎn)，即在3—4月出現(xiàn)一個(gè)較小峰值，在7—8月出現(xiàn)一個(gè)較大峰值；塔城水文站降水量較多，雙雨季特征更為明顯，3—4月的雨季峰值比較突出，阿東、德欽、上橋頭3個(gè)站點(diǎn)的雙雨季特征較塔城站弱。結(jié)合多年平均徑流深年內(nèi)變化來看，塔城水文站徑流與降雨相應(yīng)，體現(xiàn)出雙汛期特征，徑流在4月出現(xiàn)一個(gè)峰值，在8月出現(xiàn)一個(gè)更大的峰值；阿東、上橋頭水文站雖然年內(nèi)降水有2個(gè)峰值，但年內(nèi)徑流分配并沒有2個(gè)峰值，而是呈現(xiàn)單汛期特征，即只在7—8月出現(xiàn)一個(gè)徑流峰值。

阿東水文站所在的阿東河流域，與撒榮河流域只有一山之隔，兩河均發(fā)源于白茫雪山，降水徑流特性最為接近；而距離撒榮河流域較近的德欽氣象站降水特性與阿東水文站相似，與撒榮河流域距離較近、同屬金沙江上游一級(jí)支流的上橋頭水文站徑流特性與阿東水文站相似。綜上，推斷撒榮河流域的水文特性為：雨季為3—10月，降水多集中在4—8月，體現(xiàn)出不明顯的雙雨季特征；汛期開始于5月，結(jié)束于10月，年內(nèi)徑流只有在7—9月出現(xiàn)一個(gè)峰值。

3 設(shè)計(jì)徑流計(jì)算

3.1 計(jì)算方法

采用水文比擬法和徑流深等值線圖法計(jì)算忠太水庫設(shè)計(jì)徑流，水文比擬法按面積比擬并考慮降雨和徑流系數(shù)修正[8]。分別以上橋頭、阿東水文站為參證站，徑流深等值線圖法根據(jù)忠太水庫壩址徑流區(qū)流域中心位置，通過《云南省水資源調(diào)查評(píng)價(jià)成果圖集》 (簡(jiǎn)稱“省圖集”)中多年平均年徑流深等值線圖、年徑流變差系數(shù)Cv等值線圖進(jìn)行計(jì)算[8]:

(1)

式中：W設(shè)計(jì)、W參證分別為設(shè)計(jì)流域、參證站流域多年平均徑流量，萬m3；F設(shè)計(jì)、F參證分別為設(shè)計(jì)流域、參證站流域徑流面積，km2；P設(shè)計(jì)、P參證分別為設(shè)計(jì)流域、參證站流域多年平均降雨，mm；α設(shè)計(jì)、α參證分別為設(shè)計(jì)流域、參證站流域徑流系數(shù)，通過《迪慶藏族自治州水資源分析與評(píng)價(jià)》查得[9]。

3.2 徑流計(jì)算成果比較及選用

上橋頭站水文比擬、阿東站水文比擬和徑流深等值線圖法計(jì)算得到的忠太水庫設(shè)計(jì)徑流成果見表2，多年平均徑流量分別為1461.1萬m3、1485.5萬m3、1500.2萬m3，3種途徑推求的年徑流量相差不大。上橋頭站為鄰近忠太水庫的金沙江支流上的國(guó)家水文基本站點(diǎn)，位于金沙江左岸一級(jí)支流崗曲河(交界河)上，控制徑流面積2432km2，距離忠太水庫直線距離58km，水文觀測(cè)資料年限長(zhǎng)、精度高，成果可靠。阿東站所在的阿東河與設(shè)計(jì)流域位于同一分水嶺的兩側(cè)，兩河均發(fā)源于金沙江與瀾滄江分水嶺白茫雪山，徑流特性更為較近。但阿東站只有1979—1991年的實(shí)測(cè)資料、觀測(cè)年限較短，通過與上橋頭站月徑流系列建立相關(guān)關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)，水文比擬計(jì)算結(jié)果較上橋頭站水文比擬的結(jié)果略大。3種途徑計(jì)算結(jié)果中，上橋頭站水文比擬的設(shè)計(jì)流域年徑流量結(jié)果最小，所以忠太水庫設(shè)計(jì)年徑流采用上橋頭站水文比擬的成果，并以上橋頭站各設(shè)計(jì)頻率典型年月分配過程計(jì)算忠太水庫各頻率年內(nèi)徑流分配。

表2 忠太水庫不同方法設(shè)計(jì)年徑流成果比較

4 不同參證站設(shè)計(jì)徑流對(duì)水庫興利庫容的影響

年內(nèi)徑流分配對(duì)水利工程規(guī)模有直接影響[10]，基于忠太水庫P=75%設(shè)計(jì)年徑流量，分別選用上橋頭站、塔城站P=75%典型年的月過程分配后按“以需定供”原則進(jìn)行興利調(diào)節(jié)計(jì)算，結(jié)果見表3、表4。上橋頭站單汛期月分配過程計(jì)算得到的興利庫容為93.8萬m3；塔城站雙汛期月分配過程計(jì)算的興利庫容為66.7萬m3，比上橋頭站對(duì)應(yīng)的興利庫容小30%。因?yàn)閱窝雌谠聫搅鞣峙涓痪鶆?，而雙汛期月徑流分配對(duì)供水更有利，所需的興利調(diào)節(jié)庫容更小，從不利于工程的角度，應(yīng)選擇單汛期的上橋頭站作為參證站進(jìn)行典型年月徑流分配，與降雨-徑流特性分析的參證站選擇的結(jié)論一致。

表3 內(nèi)分配采用上橋頭站水文比擬結(jié)果興利調(diào)節(jié)計(jì)算

表4 年內(nèi)分配采用塔城站水文比擬結(jié)果興利調(diào)節(jié)計(jì)算

5 結(jié) 論

本文對(duì)位于雙雨季地區(qū)忠太水庫設(shè)計(jì)流域的水文特性及參證站選擇進(jìn)行了分析，并采用不同方法計(jì)算了忠太水庫設(shè)計(jì)徑流，得出以下結(jié)論：

a.忠太水庫屬缺資料地區(qū)，參考周邊水文測(cè)站資料進(jìn)行流域水文特性分析，設(shè)計(jì)流域雖位于雙雨季地區(qū)，但年內(nèi)徑流分配為單峰特征(單汛期)；若能對(duì)設(shè)計(jì)流域進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)地調(diào)查觀測(cè)或構(gòu)建水文模型進(jìn)行模擬分析，可進(jìn)一步驗(yàn)證忠太水庫流域的降雨-徑流特性。

b.阿東、上橋頭水文站均可作為忠太水庫設(shè)計(jì)徑流參證站，采用水文比擬法進(jìn)行忠太水庫設(shè)計(jì)徑流計(jì)算，并與查等值線圖法計(jì)算成果對(duì)比，推薦采用上橋頭站水文比擬計(jì)算成果。

c.一般以水利水電工程的設(shè)計(jì)徑流作為興利調(diào)節(jié)計(jì)算的基礎(chǔ)資料，而對(duì)位于雙雨季地區(qū)的忠太水庫來說，同樣的設(shè)計(jì)年徑流采用不同參證站的年內(nèi)徑流分配模式(單汛期或雙汛期)進(jìn)行水庫興利調(diào)節(jié)計(jì)算，其結(jié)果差別很大，從而對(duì)水庫興利庫容和規(guī)模確定產(chǎn)生較大影響。因此，在設(shè)計(jì)徑流年內(nèi)分配計(jì)算中應(yīng)考慮其對(duì)興利調(diào)節(jié)計(jì)算及水庫規(guī)模的影響，從對(duì)工程更不利的角度為水文參證站的選擇提供依據(jù)，進(jìn)而更合理地確定工程規(guī)模。