西南巖溶地區(qū)徑流計(jì)算研究
——以云南某水庫計(jì)算為例

姜姍姍，韓冬梅

（中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

擬建的某水庫位于珠江流域西江水系南盤江右岸一級(jí)支流清水江上游南丘河，云南省文山州境內(nèi)。清水江發(fā)源于硯山縣的回龍水庫，依次流經(jīng)硯山、丘北、廣南3 個(gè)縣，于丘北縣的壩達(dá)村匯入南盤江，全長229 km，集水面積5 117 km2，總落差790 m，河道平均坡降3.4‰。清水江南支為南丘河，北支為清水河，南丘河、清水河匯合后稱清水江。南丘河發(fā)源于硯山縣回龍水庫，河流呈南北流向，流經(jīng)硯山城區(qū)、者臘、干河、維摩等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，進(jìn)入丘北縣天星鄉(xiāng)，在法白堂上村與清水河交匯后進(jìn)入清水江，全長110 km，集水面積1 746 km2，落差140 m，河道平均比降4.1‰。境內(nèi)多為巖溶地貌，地表水展布格局受巖性和地質(zhì)構(gòu)造的控制，徑流存在異向排泄的問題，分水嶺難以確切劃分，如長嶺街、岔路口等地，大面積溶斗網(wǎng)格排列十分典型。某水庫壩址以上流域巖溶發(fā)育，存在地表水分水嶺與地下水分水嶺不一致的情況，因此壩址流域面積的計(jì)算要結(jié)合水文地質(zhì)圖扣除地表水分水嶺與地下水分水嶺不一致的巖溶區(qū)面積。經(jīng)量算，壩址地表集水面積為1 539 km2，扣除巖溶區(qū)面積后，壩址徑流面積取1 171 km2。

壩址斷面附近設(shè)有清水河水文專用站，有2017—2019 年3 a 實(shí)測資料，壩址下游清水江干流上革雷站有1970—2005 年長系列水文觀測資料，革雷站下游清水江水文站有2001—2019 年觀測資料。因此，以革雷站為設(shè)計(jì)參證站，同時(shí)參考清水河水文專用站實(shí)測成果。

1 壩址年徑流分析計(jì)算

某水庫壩址處清水河水文專用站僅有3 a 的實(shí)測流量資料，本次分別采用徑流深等值線圖法、水文比擬法、降水徑流關(guān)系法3種方法推算壩址徑流。

1.1 徑流深等值線圖法

根據(jù)文山州1956—2013 年徑流深等值線圖，通過讀圖確定壩址多年平均徑流深。先分析1956—2013、1970—2019 年時(shí)段多年平均降水量情況，再分析是否需要對(duì)讀圖成果進(jìn)行修正，利用壩址以上集水面積乘以徑流深計(jì)算壩址以上流域1970—2019 年多年平均徑流量。經(jīng)分析計(jì)算，壩址多年平均徑流深為330 mm，由此計(jì)算壩址以上流域1970—2019年多年平均徑流量為3.86億m3。

1.2 水文比擬法

某水庫所在的清水江流域有北橋、革雷、清水江3個(gè)國家基本水文站，但只有革雷站資料系列較長，以革雷站為設(shè)計(jì)依據(jù)站，采用下式計(jì)算各壩址徑流量：

式中：W革雷,i，W革雷,i分別為壩址，革雷站第i年徑流量（億m3）；F壩址，F(xiàn)革雷分別為壩址，革雷站徑流計(jì)算面積（km2）；P壩址，i，P革雷，i分別為壩址以上流域，革雷站以上流域第i年降水量（mm），采用泰森多邊形法計(jì)算。

其中，壩址以上流域面平均雨量計(jì)算采用天星、樹皮、清水河、五家寨、大新寨和阿野共6 個(gè)雨量站資料，革雷站以上流域面平均雨量計(jì)算采用膩腳、大戛勒、樹皮等共11個(gè)雨量站資料。

根據(jù)式（1）計(jì)算，壩址1970—2019 年多年平均徑流量為3.77億m3、徑流深為322 mm。

1.3 降水徑流關(guān)系法

根據(jù)革雷站降水徑流關(guān)系，按下式計(jì)算壩址逐年徑流量：

式中：W壩址采用，i，W壩址查圖，i分別為壩址第i年采用的徑流量（億m3），壩址第i年根據(jù)壩址降水量由革雷站以上流域P-R關(guān)系查得的徑流量（億m3）；W革雷站實(shí)際，i，W革雷站查圖，i分別為革雷站第i年實(shí)際天然徑流量（億m3），革雷站第i年根據(jù)革雷站降水量由革雷站以上流域P-R關(guān)系查得的天然徑流量（億m3）。

按此方法，先根據(jù)革雷站以上流域P-R 關(guān)系確定壩址逐年徑流查算值，然后乘以革雷站同一年徑流實(shí)際值與徑流查圖值的比例，以對(duì)壩址徑流進(jìn)行離散化處理。經(jīng)計(jì)算，壩址1970—2019 年多年平均徑流量為3.63億m3、徑流深為311 mm。

從計(jì)算成果來看，徑流深等值線圖法、水文比擬法、降水徑流關(guān)系法3 種方法推算壩址年徑流量呈依次減少趨勢，但總體較為接近，相對(duì)誤差在7%以內(nèi)，詳見表1。

表1 不同方法壩址1970—2019年多年平均徑流量對(duì)比 億m3

2 壩址徑流年內(nèi)分配

通過對(duì)比清水河水文專用站徑流月分配與革雷站徑流月分配過程發(fā)現(xiàn)，兩站點(diǎn)徑流年內(nèi)分配差異較大，因此直接采用革雷站徑流月分配成果不合理。

造成壩址和革雷站徑流月分配過程不一致的原因可能是地下暗河的調(diào)節(jié)作用。革雷站以上的6條暗河中，出露點(diǎn)在壩址以上的有4條，流量合計(jì)值為0.87 m3/s，占?jí)沃范嗄昶骄髁康?.7%；出露點(diǎn)在壩址—革雷站之間的有2 條，革雷站以上暗河流量合計(jì)值為8.1 m3/s，占革雷站多年平均天然流量的24.2%。與革雷站相比而言，壩址徑流中由暗河形成的地下徑流占比明顯偏低，地表徑流占比明顯偏高。由暗河形成的地下徑流由于具有多年調(diào)節(jié)作用，相對(duì)穩(wěn)定，年內(nèi)變化不大，地表徑流由于主要受當(dāng)年降水影響，年內(nèi)變化較大。由于大泉、匯流富集帶無明顯地帶性差異，總體來看，壩址徑流年內(nèi)分配應(yīng)比革雷站更加不均勻，汛期6—10 月占比更高，非汛期11—5月占比更低。因此，采用2種方法分析壩址徑流月分配情況。

2.1 根據(jù)革雷站月分配過程進(jìn)行修正

在壩址1970—2019 年逐年年徑流量的基礎(chǔ)上，按革雷站逐年各月徑流占比計(jì)算壩址同一年的逐月徑流，作為初步成果。在此基礎(chǔ)上，對(duì)清水河水文專用站徑流進(jìn)行還原計(jì)算，得到壩址天然徑流直接計(jì)算成果?；诟锢渍局鹪绿烊粡搅?，采用水文比擬法計(jì)算壩址月徑流，得到壩址徑流間接計(jì)算成果?？萜冢?1—5 月）直接計(jì)算值占間接計(jì)算值的比例為0.43。因此，在壩址徑流年內(nèi)分配初步計(jì)算成果的基礎(chǔ)上，以枯期徑流乘以0.43 的系數(shù)得到枯期修正后的徑流，然后將枯期原徑流與修正后的徑流差值分配到汛期，得到壩址徑流年內(nèi)分配的采用成果。

2.2 根據(jù)水文專用站插補(bǔ)延長計(jì)算

雖然清水河水文專用站觀測年限較短，但作為壩址專用水文站其觀測成果對(duì)確定壩址徑流有非常重要作用。鑒于數(shù)據(jù)較少的情況，本次對(duì)清水河水文專用站和下游清水江水文站2017—2019 年逐日徑流進(jìn)行相關(guān)分析，根據(jù)相關(guān)關(guān)系插補(bǔ)延長清水河水文專用站徑流，兩者相關(guān)關(guān)系如圖1所示。從圖1可以看出，兩者相關(guān)性較好，以此插補(bǔ)延長清水河水文專用站徑流作為壩址徑流，插補(bǔ)后計(jì)算壩址1970—2019年多年平均徑流量為3.33億m3。

圖1 清水河和清水江水文站徑流相關(guān)關(guān)系

通過上述2 種方法計(jì)算的壩址徑流年內(nèi)分配，如圖2所示。

圖2 兩站相關(guān)法和修正法計(jì)算的壩址徑流年內(nèi)分配過程

從圖2可以看出，2種方法計(jì)算的年內(nèi)分配成果較為接近，說明對(duì)參證站月分配過程進(jìn)行修正是合理的。

3 結(jié)論

本次計(jì)算清水江流域某水庫壩址徑流時(shí)，充分考慮了巖溶地區(qū)水文地質(zhì)特性，同時(shí)確定壩址集水面積時(shí)充分考慮了灰?guī)r區(qū)漏水情況及流域地表水分水嶺與地下水分水嶺不一致情況。在此基礎(chǔ)上，采用徑流深等值線圖法、水文比擬法以及降雨徑流關(guān)系法3 種方法計(jì)算了壩址年徑流，同時(shí)對(duì)壩址徑流年內(nèi)分配計(jì)算方法進(jìn)行了探索。

徑流深等值線圖法綜合考慮了降水量、高程、區(qū)域平衡等因素，是規(guī)劃階段常用的方法，工程設(shè)計(jì)階段還需在此基礎(chǔ)上結(jié)合擬建工程的具體情況做進(jìn)一步分析復(fù)核；水文比擬法綜合考慮了壩址降水量、革雷站降水量及徑流量等因素，比較充分地反映了壩址與設(shè)計(jì)依據(jù)站的降水及下墊面條件；降水徑流關(guān)系法在水文比擬法基礎(chǔ)上又考慮了徑流系數(shù)等因素，充分地反映了壩址與設(shè)計(jì)依據(jù)站降水及下墊面條件；徑流相關(guān)法雖然出現(xiàn)年份較短，但是水文專用站是直接反映壩址徑流的站點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行延長分析，成果也較為可靠。實(shí)際進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)具體情況合理選擇計(jì)算方法和成果。