云南省保山市隆陽區(qū)甫家水庫徑流分析及蓄水驗(yàn)證

楊正仙

（保山市大型灌區(qū)管理中心,云南 保山 678000）

甫家水庫最大壩高56.0 m,總庫容196.4 萬m3,為?。ㄒ唬┬退畮?水庫勘察設(shè)計(jì)工作由保山市隆陽區(qū)水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)承擔(dān),并于2016 年完成初步設(shè)計(jì),2017 年5 月開工建設(shè),2019 年12 月16 日通過下閘蓄水階段驗(yàn)收。目前,水庫已蓄水運(yùn)行3 年多。

1 流域概況

1.1 自然地理及河流水系

甫家水庫位于云南省保山市隆陽區(qū)金雞鄉(xiāng)東北方向甫家村,距金雞鄉(xiāng)人民政府駐地4.5 km,距保山城約17.5 km。水庫攔蓄東河左岸一級(jí)支流黑沙河中上游的支流夏家壩河水,壩址以上徑流面積6.76 km2,主河長5.479 km,河道平均比降12.8%。水庫壩址海拔1715 m。

夏家壩河為黑沙河上游主流,發(fā)源于蘭王坡,自北東向南西流,沿途流經(jīng)街子坡、棺材山、小松寨,在蟒龍寨與右岸支流交匯,全流域面積8.06 km2,主河長6.956 km,河道比降8.83%。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察,夏家壩河流域內(nèi)共有13 個(gè)泉點(diǎn)出溢,主要分布于夏家壩河流域的沙子坡、長龍?zhí)镣葑?、沙水井、劉家地、街子坡、馬鞍山和冷飯坡,根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料,水庫徑流區(qū)泉水屬本區(qū)徑流補(bǔ)給,且年際、年內(nèi)洪枯變化明顯。

甫家水庫流域地勢(shì)東高、西低,流域最高點(diǎn)為庫盆東南側(cè)的寶鼎寺,海拔2645.6 m,最低點(diǎn)位于水庫壩址,流域平均海拔2186.3 m。流域地勢(shì)起伏大,高差懸殊,上游山體寬厚完整,中下游呈狹長形河谷,兩岸地形坡度較陡,屬中低山地貌。流域內(nèi)上游主要分布有白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r地層,地表覆土層薄,喬木及闊葉植被難于生長,主要生長有低矮的灌木和草,加之原來沙子坡砂場(chǎng)、劉家地砂場(chǎng)的開采（目前已全部封停）,流域內(nèi)上游林草覆蓋相對(duì)較差；水庫庫區(qū)兩岸植被覆蓋相對(duì)較好,林木主要有思茅松、沙松等混合林及其它闊葉雜木林。流域內(nèi)沖溝相對(duì)發(fā)育,滑坡、坍塌等物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。

1.2 水文氣候特征

水庫位于北亞熱帶至南溫帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),具有冬春干燥、夏秋濕潤、冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑、干濕季分明的氣候特點(diǎn)。每年11 月～次年4 月,在高空強(qiáng)盛大陸性干燥偏北氣流的控制下,天氣晴朗少雨,光照充足,蒸發(fā)量大。5 月～10 月由于受西南暖濕氣流的影響,氣溫較高、雨量充沛、降水日數(shù)增多。受地形條件影響,降水量空間分布不均勻,山區(qū)大于壩區(qū),一般地,降水量具有隨海拔升高而增大的變化趨勢(shì)。

流域內(nèi)的徑流包括地表徑流和地下徑流。地表徑流來源于降水,徑流量的年際、年內(nèi)變化情勢(shì)及其空間分布與降雨量基本一致,但年內(nèi)分配極不均勻,枯季（11 月～次年5 月）來水量較少,僅占年徑流的25%左右；最枯徑流常出現(xiàn)在1 月～4 月,占年徑流的10.9%左右；汛期6 月～10 月來水量較多,占年徑流的75%左右。地下徑流主要為徑流區(qū)內(nèi)出溢地表形成的泉水。

洪水均由暴雨形成,地區(qū)分布及發(fā)生時(shí)間與暴雨基本一致。設(shè)計(jì)流域面積較小,河流較短,河道比降較大,屬典型的山區(qū)性小河流,洪水具有陡漲陡落、單峰尖瘦、峰高量小、歷時(shí)短的特點(diǎn)。

2 基本資料

2.1 基本資料情況

甫家水庫流域內(nèi)缺乏水文氣象資料,其水文成果主要根據(jù)水文氣候成因相似的東河流域及其鄰近各水文站水文氣象資料分析。根據(jù)水庫位置及區(qū)域各站點(diǎn)分布情況,主要涉及青崗壩水文站、北廟水文站、小海壩水庫站、保山氣象站、施甸氣象站、朝陽雨量站和新光雨量站。

2.2 資料的可靠性和一致性分析

通過對(duì)鄰近流域內(nèi)各水文站和氣象站觀測(cè)資料的復(fù)核審查,認(rèn)為各水文站和氣象站各類資料的觀測(cè)、整編均符合國家有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求,資料可靠,可作為甫家水庫設(shè)計(jì)水文分析的基礎(chǔ)資料。

3 徑流分析

3.1 參證站選擇

青崗壩水文站以上流域?qū)偕絽^(qū),氣候成因與甫家水庫基本相似,但流域平均海拔相對(duì)較甫家水庫高,流域內(nèi)巖溶地貌發(fā)育,流域下墊面因素同甫家水庫存在較大差異；柯街站控制徑流面積與甫家水庫相差太大；小海壩水庫降水深和徑流深遠(yuǎn)大于甫家水庫。故不能將這3 個(gè)站作為徑流計(jì)算的參證站。

甫家水庫和北廟水庫站位于東河流域,均處于山區(qū)河流段,雖然地理環(huán)境有所不同,但位置距離不遠(yuǎn),為同一氣候區(qū),在降水上有較好的相關(guān)關(guān)系,該區(qū)域的徑流量主要來源于降水量,所以可以選擇北廟水庫站作為本次水庫徑流分析的參證站。北廟水庫站控制面積119 km2,甫家水庫本區(qū)控制面積6.76 km2,雖然控制面積有一定差異,但都屬于山區(qū)小流域,流域下墊面因素和人類影響因素都比較相似,在沒有更為恰當(dāng)參證站的情況下唯有選擇北廟水庫站為甫家水庫徑流分析的參證站。

3.2 北廟站年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)

以北廟站還原及插補(bǔ)延長的50年（1964年～2014水文年）徑流系列為頻率分析的樣本,進(jìn)行年徑流量的頻率分析計(jì)算,用數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率,矩法公式初估其統(tǒng)計(jì)參數(shù),以P-Ⅲ型理論頻率曲線為線型,適線法最終確定統(tǒng)計(jì)參數(shù),北廟站多年平均徑流量為6654 萬m3,年徑流CV=0.32,CS=2 CV。

3.3 甫家水庫多年平均年徑流推求

甫家水庫流域?qū)贌o資料地區(qū),年徑流計(jì)算采用無資料地區(qū)常用的水文比擬法和等值線查圖法進(jìn)行。

（1）水文比擬法：根據(jù)同流域北廟站徑流頻率分析計(jì)算成果,利用年徑流的地區(qū)分布規(guī)律,以流域面積為主要參變量,按面積比移用北廟站的設(shè)計(jì)年徑流,移用時(shí)加入降水量因子的修正。

（2）等值線查圖法：根據(jù)《云南省水資源調(diào)查評(píng)價(jià)專題報(bào)告》（水資源四級(jí)區(qū)）中的《云南省1956～2000 年平均年徑流深等值線圖》進(jìn)行推算。

3.3.1 水文比擬法

以北廟站為參證站,用面積比加降水量修正的水文比擬法推求得甫家水庫壩址多年平均徑流量為352 萬m3。

水文比擬公式為：

式中：W甫、F北分別為甫家水庫、北廟站多年平均徑流量；F甫=6.76 km2,F北=119 km2；P甫=1150 mm,P北=1235.3 mm；W北=6654 萬m3。

3.3.2 等值線查圖法

根據(jù)流域形心位置和《云南省1956 年～2000 年平均年徑流深等值線圖》查讀水庫所在位置的徑流深進(jìn)行年平均徑流推算。查得甫家水庫流域年徑流深為550 mm,相應(yīng)的多年平均徑流量為372 萬m3。CV值均為0.23。

3.3.3 成果采用

水文比擬法和等值線查圖法兩種方法推求的多年平均徑流成果比較接近,水文比擬法成果比等值線查圖法偏小5.35%,說明兩種計(jì)算方法的應(yīng)用是合理的。從計(jì)算采用的資料來分析,查圖法所依據(jù)的《云南省水資源綜合規(guī)劃水資源調(diào)查評(píng)價(jià)成果圖集》比例尺小,加之設(shè)計(jì)斷面的徑流面積又較小,以此查讀的年徑流深并不能真實(shí)反映出區(qū)域降水和徑流變化較大的特性,誤差相對(duì)較大；另外,通過參證站查圖徑流深（約500 mm）和實(shí)測(cè)徑流深（559 mm）比較可看出,該區(qū)域查圖徑流深比實(shí)測(cè)徑流深偏小,說明本工程不宜直接采用等值線查圖法成果；水文比擬法依據(jù)鄰近站點(diǎn)北廟站的實(shí)測(cè)、還原或插補(bǔ)資料,且采用降水量進(jìn)行修正,精度相對(duì)較高。故甫家水庫多年平均徑流量采用水文比擬法推算成果。

3.4 庫區(qū)泉水徑流估算

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察,甫家水庫徑流區(qū)內(nèi)共有13 個(gè)泉點(diǎn)出溢,是甫家水庫水源的重要組成部分。這些泉點(diǎn)主要分布于水庫徑流區(qū)的沙子坡、長龍?zhí)镣葑?、沙水井、劉家地、街子坡、馬鞍山和冷飯坡。2016 年3 月29 日,隆陽區(qū)水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)和金雞鄉(xiāng)水管站工程技術(shù)人員、甫家村干部對(duì)庫區(qū)出流量相對(duì)較大的13 個(gè)泉點(diǎn)進(jìn)行了流量量測(cè),實(shí)測(cè)得庫盆內(nèi)泉點(diǎn)總流量為34.87 L/s,其中長龍?zhí)镣葑拥? 個(gè)泉點(diǎn)（Q5～Q9）出溢流量為17.36 L/s,占水庫徑流區(qū)泉點(diǎn)總流量的50%。經(jīng)調(diào)查走訪當(dāng)?shù)啬觊L的村民,一致反映,這些泉點(diǎn)流量年際、年內(nèi)洪枯變化明顯。

泉點(diǎn)徑流補(bǔ)給區(qū)分析：根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以及庫區(qū)出露的地層結(jié)構(gòu)和巖性分析,按地層巖性及水文地質(zhì)特性將水庫徑流區(qū)劃分為兩個(gè)水文地質(zhì)分區(qū)。即三疊系中統(tǒng)河灣街組（T2h）白云巖及石炭系上統(tǒng)丁家寨組（C3d）白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r分布區(qū)為I 區(qū),為區(qū)內(nèi)主要含水層,分布于庫區(qū)以東大坡、冷飯坡、寶鼎寺、大荒田、棺材山、大平地一帶。石炭系上統(tǒng)臥牛寺組（C3w）拉斑玄武巖分布區(qū)為Ⅱ區(qū),即相對(duì)隔水層,分布于整個(gè)庫區(qū)。I 區(qū)接受地表徑流補(bǔ)給后,地下水通過巖溶裂隙向Ⅱ區(qū)運(yùn)移,受Ⅱ區(qū)玄武巖阻隔,泉點(diǎn)沿巖層分界線呈群狀分布。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料分析,認(rèn)為徑流區(qū)泉水屬本區(qū)徑流補(bǔ)給,且年際、年內(nèi)洪枯變化明顯。因此,本次徑流分析不單獨(dú)計(jì)算泉水流量。

4 水庫蓄水情況

水庫2019 年12 月16 日通過下閘蓄水階段驗(yàn)收后下閘蓄水,供灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和下游村鎮(zhèn)生活用水,目前,已蓄水運(yùn)行了3 年多。通過3 年多來的蓄水驗(yàn)證,水庫能蓄水至正常蓄水位,汛期溢洪道泄流,說明水庫徑流分析基本符合工程實(shí)際,徑流分析成果基本合理。

5 結(jié)語

徑流是水庫工程規(guī)模確定的重要因素,山區(qū)小型水庫工程多建設(shè)于小河流上,基本無徑流觀測(cè)資料,加之水庫前期勘測(cè)設(shè)計(jì)工作時(shí)間緊,在時(shí)間保證上沒有建立流量觀測(cè)站的條件。因此,徑流分析只能依據(jù)鄰近流域的水文站點(diǎn)實(shí)測(cè)徑流資料及省級(jí)出臺(tái)的水資源調(diào)查等值線圖進(jìn)行分析估算。在徑流分析過程中,對(duì)參證站的選擇尤為重要,選擇與工程所在流域水文氣候條件、下墊面條件相似的水文站作為參證,推求的徑流成果才更符合流域?qū)嶋H,所確定的水庫工程規(guī)模既能充分利用流域水資源,又經(jīng)濟(jì)合理,蓄水安全可靠。