基于高程修正的降雨量對徑流系數(shù)成果影響分析
——以大容山高垌水庫為例

龐任宏，蔣華波

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 概述

大容山山脈地處北回歸線以南，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛、雨季長。并且大容山山脈整體處于玉林盆地的水汽輸送通道上，因此導(dǎo)致該區(qū)域為廣西的暴雨集中區(qū)之一（山頂?shù)纳徎斦咀罡吣杲涤炅窟_3000 mm以上）。

大容山高垌水庫位于大容山山脈（又稱南方西岳，屬于勾漏山山脈余脈）南麓、玉林市新圩鎮(zhèn)高垌村附近。大容山高垌水庫自身的集雨面積21.1 km2，控制流域山高峻嶺、平均海拔高程約720 m。同樣位于大容山山脈、與大容山高垌水庫緊鄰的中型水庫有蘇煙水庫、六洋水庫；此外，大容山高垌水庫周邊還有龍門水庫、大坡水庫、紅江水庫3座中型水庫。

大容山高垌水庫原屬于“三邊”工程，無實測的徑流資料；在水庫竣工的當(dāng)年，東、西線引水渠也配套落成，其中：西線引水渠引走大坡、紅江2 座中型水庫，以及關(guān)塘、山心塘、竹脈坑、山草坪4座小型水庫的部分徑流；東線引水渠引走六洋1座中型水庫，貓地、黃竹根2座小型水庫的部分徑流。東、西線引水渠引水關(guān)系示意圖見圖1。

圖1 東、西線引水渠引水關(guān)系示意圖

自1997 年打通大容山高垌水庫通往蘇煙水庫的隧洞后，大容山高垌水庫就源源不斷地向玉林市的供水水源——蘇煙水庫供水，從此徹底改變了玉林市之前生活用水及工業(yè)用水奇缺，各機關(guān)、企事業(yè)單位及居民自行打井濫抽地下水成風(fēng)的被動局面。因此合理地估算大容山高垌水庫的徑流量，對于助力玉林市的可持續(xù)發(fā)展有著非常重要的作用。

2 測站基本情況

大容山高垌水庫流域內(nèi)及周邊有大容山高垌水庫站、蘇煙水庫站、六洋水庫站、龍門水庫站、大坡水庫站、紅江水庫站、貓地水庫站、山心塘水庫站、分別位于東、西引水渠上的白梅、大水沖雨量站，以及設(shè)置在大容山主峰上的蓮花頂雨量站。各站基本情況見表1。

表1 測站基本情況表

3 徑流分析

由于大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫均位于大容山山脈南麓，并且這3個水庫的流域緊鄰、下墊面相似，因此著重對比分析這3個水庫的徑流成果。

各水庫的徑流計算采用水庫反推流法計算，結(jié)果見表2。根據(jù)各水庫站的水位實測資料、出庫流量實測資料，以水量平衡原理還原計算出水庫壩址處凈入庫水量；同時根據(jù)當(dāng)?shù)厮畮鞂嶋H運行成果，蒸發(fā)、滲漏損失按3%考慮，則可計算得到天然入庫徑流量。水庫反推流計算公式如下：

表2 大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫反推流成果

式中：W凈為計算時段凈入庫水量，m3；△V為計算時段水庫蓄水變化量，m3；W出為計算時段水庫實測出庫流量，m3。

由表2 可知，采用反推流法計算的大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫自身流域的多年平均徑流量分別為3970 萬、6630 萬、4391 萬m3，對應(yīng)的徑流深分別為1882、1287、1220 mm。根據(jù)《第三次廣西水資源調(diào)查評價》的等值線成果，該地區(qū)的降雨量在1800 mm 以上（暴雨集中區(qū)），蒸發(fā)量800～900 mm，徑流深800～1000 mm?？紤]到該區(qū)域為小流域、暴雨集中區(qū)，而等值線成果為大江大河上的測站成果分析得到，因此水庫的徑流深成果大于等值線成果是合理的。

4 降雨分析

4.1 泰森多邊形法

由于目前收集到的蓮花頂雨量站的降雨資料（2013—2018年）系列較短，根據(jù)周邊測站的長系列降雨量差積曲線成果分析，蓮花頂雨量站2013—2018 年的降雨成果不包含完整的豐、平、枯水文過程，代表性不足。因此以剩余的10 個測站為基礎(chǔ)，采用泰森多邊形法分別計算大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的流域面雨量，成果見表3。由泰森多邊形法計算的各水庫流域面雨量成果與等值線成果對比，是相協(xié)調(diào)的。考慮到蓮花頂雨量站的降雨系列較短，因此本次沒有納入計算，在后續(xù)的研究中若進一步完善資料收集將有利于提高該方法的合理性。

表3 各水庫流域面降雨（泰森多邊形法）

4.2 流域平均高程與面雨量相關(guān)分析

4.2.1 流域高程分析

首先根據(jù)1∶1萬地形圖結(jié)合現(xiàn)有流域范圍線成果分析大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的流域控制范圍，然后利用DEM（數(shù)字高程系統(tǒng)）對流域控制范圍內(nèi)的地形高程進行分析，最終得到各水庫的高程～面積曲線，并據(jù)此計算流域平均高程。

本次分析的各水庫流域面積與現(xiàn)有成果相差不大（見表4），因此維持現(xiàn)有成果，本次分析的范圍僅用于分析流域平均高程。

表4 各水庫流域面積與流域平均高程

4.2.2 降雨量與高程相關(guān)性分析

大容山山脈的降雨同時受臺風(fēng)雨及鋒面雨影響，同時根據(jù)大容山山脈周邊降雨路徑特征分析，東線引水渠（大容山山脈南麓）降雨比西線引水渠（大容山山脈北麓）大。因此，分析大容山山脈高程～降雨相關(guān)關(guān)系時，需分別按大容山山脈南麓、大容山山脈北麓來考慮。

以大容山山脈的分水嶺為分界線，劃分為大容山山脈北麓與大容山山脈南麓，由于蓮花頂雨量站在大容山山脈分界線上，因此南麓和北麓均考慮采用蓮花頂雨量站進行分析。大容山山脈北麓與南麓的站點情況分別見表5、表6。根據(jù)現(xiàn)有成果，構(gòu)建高程～降雨量相關(guān)關(guān)系曲線（見圖2）。

表5 大容山山脈北麓站點信息

表6 大容山山脈南麓站點信息

圖2 大容山山脈北麓、南麓高程～降雨量相關(guān)關(guān)系曲線

由圖2可知，大容山山脈北麓、南麓的高程與降雨量之間均存在明顯的相關(guān)關(guān)系。同時大容山山脈的南麓屬于迎風(fēng)坡、北麓屬于背風(fēng)坡，因此同一高程下南麓的降雨明顯強于北麓，這與當(dāng)?shù)氐膶嶋H觀測情況是相符的。

此外，由于大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的流域平均高程均高于水庫站所在高程，因此從高程～降雨量相關(guān)關(guān)系的角度來看，以水庫站的降雨來代表全流域的降雨是明顯偏小的，即使以上水庫的控制流域均屬于小流域。

根據(jù)大容山山脈南麓的高程～降雨量關(guān)系與各水庫的流域平均高程，分別計算各水庫的流域面降雨，成果如下：大容山高垌水庫流域平均高程720 m，流域面降雨2323 mm；六洋水庫流域平均高程566 m，流域面降雨2149 mm；龍門水庫流域平均高程509 m，流域面降雨2094 mm。以上成果與等值線成果相協(xié)調(diào)。

5 徑流系數(shù)分析

經(jīng)計算，各水庫徑流系數(shù)計算結(jié)果見表7。

表7 各水庫徑流系數(shù)分析

由表7可知：

（1）大容山高垌水庫利用水庫站資料和泰森多邊形法分別分析徑流系數(shù)時，其成果為0.98～1.03，根據(jù)高程～降雨量相關(guān)關(guān)系分析的徑流系數(shù)為0.81。大容山高垌水庫控制流域范圍內(nèi)的植被保護非常好，人類活動少，水源涵養(yǎng)能力強，因此其徑流系數(shù)較高是合理的；但在考慮植被蒸騰作用及水面、陸面蒸散發(fā)作用后，其徑流系數(shù)趨近于1.00 明顯偏大；考慮到泰森多邊形法采用的各測站的平均高程為380 m 左右（未考慮蓮花頂雨量站，其高程1050 m，下同），而大容山高垌水庫的流域平均高程為720 m，因此認為泰森多邊形法分析的流域面降雨偏小。

（2）六洋、龍門水庫利用水庫站資料分別分析徑流系數(shù)時，其成果分別為0.71、0.68，而泰森多邊形法與高程～降雨量相關(guān)關(guān)系分析的徑流系數(shù)相近，均為0.60 左右。六洋、龍門水庫控制流域范圍內(nèi)的植被保護較好，有一定的村屯，水源涵養(yǎng)能力較強，因此其徑流系數(shù)低于大容山高垌水庫是合理的；同時泰森多邊形法采用的各測站的平均高程為380 m左右，而六洋、龍門水庫的流域平均高程分別為566、509 m，因此兩種方法計算的徑流系數(shù)結(jié)果相近。

6 結(jié)語

本文采用水庫反推流法分別分析了大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的徑流深成果，并與等值線成果進行對比；同時利用泰森多邊形法、高程～降雨量相關(guān)關(guān)系分別分析了大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的流域面降雨；最后根據(jù)徑流深與流域面雨量成果分析了大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的徑流系數(shù)。

在分析山區(qū)水庫的徑流時，若水庫的流域平均高程與參證站所在高程之間的差異較大時，應(yīng)當(dāng)進一步進行分析參證站的代表性，同時建議在大容山山脈增加不同高程的雨量觀測站，以提高降雨分析的合理性。將來還能通過進一步收集現(xiàn)有測站的相關(guān)資料，延長資料系列，以提高成果的代表性與合理性。