無(wú)實(shí)測(cè)資料地區(qū)徑流分析計(jì)算方法探討

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(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001)

無(wú)實(shí)測(cè)資料地區(qū)徑流分析計(jì)算方法探討

黨曉軍，沈鵬飛

(陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001)

設(shè)計(jì)徑流量計(jì)算是關(guān)系水庫(kù)規(guī)模的一件很重要的工作,對(duì)于無(wú)實(shí)測(cè)資料地區(qū)，特別是參證站與設(shè)計(jì)流域下墊面不完全相同的情況下,其設(shè)計(jì)徑流量計(jì)算十分復(fù)雜。本文以馮坊河水庫(kù)為例，通過(guò)分析千河支流馮坊河與千河干流千陽(yáng)水文站下墊面情況，將千陽(yáng)水文站控制流域地貌劃分為千河南部石山稍林區(qū)和千河北部殘塬丘陵區(qū)，從而計(jì)算出與設(shè)計(jì)流域下墊面情況相同的千河北殘塬丘陵區(qū)年徑流量，然后按面積比擬法并考慮降雨修正計(jì)算得馮坊河水庫(kù)設(shè)計(jì)年徑流量，并通過(guò)地區(qū)水文手冊(cè)徑流深等值線(xiàn)法進(jìn)行驗(yàn)證，提出了分區(qū)計(jì)算水庫(kù)設(shè)計(jì)徑流的思路。

徑流；馮坊河水庫(kù)；面積比擬；千陽(yáng)

在水庫(kù)工程設(shè)計(jì)中，常常需要計(jì)算河流水庫(kù)斷面相應(yīng)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的年徑流量及各時(shí)段徑流的分配，即設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算。在缺乏實(shí)測(cè)徑流資料的情況下，設(shè)計(jì)年徑流量一般通過(guò)間接途徑推求，目前常用的方法有相似流域面積比擬法、年徑流深等值線(xiàn)圖法等。本文以馮坊河水庫(kù)為例，進(jìn)行無(wú)資料地區(qū)且與參證站下墊面情況不完全相似情況下設(shè)計(jì)徑流的分析計(jì)算。

1 概況

馮坊河是千河的一級(jí)支流，馮坊河水庫(kù)壩址位于馮坊河商家堡村，壩址以上河道全長(zhǎng)20.5 km，控制流域面積155.8 km2，河道平均比降為18.1‰；壩址以上流域地處千河北部山區(qū)的丘陵溝壑區(qū)，沖溝發(fā)育，溝梁縱橫起伏交錯(cuò)，山頭黃土蓋帽，流域內(nèi)人煙稀少，耕地少，植被較好,其下墊面情況為千河南殘塬丘陵區(qū)。馮坊河水庫(kù)及鄰近流域水系站網(wǎng)分布式意圖見(jiàn)圖1。

圖1 馮坊河水庫(kù)及鄰近流域水系站網(wǎng)分布式意圖

馮坊河屬于無(wú)資料河流，其臨近千河干流修建有千陽(yáng)水文站，千陽(yáng)水文站控制流域面積為2 935 km2，流域面積較大，流域內(nèi)徑流量受地形、地貌、氣候影響，差異較大，千陽(yáng)水文站以上流域下墊面情況與設(shè)計(jì)流域下墊面情況不完全相似，如果直接采用千陽(yáng)站進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)成果將會(huì)偏差較大，因此本文提出對(duì)千陽(yáng)水文站按其下墊面情況進(jìn)行分區(qū)處理，按照區(qū)內(nèi)徑流特征分析，將千陽(yáng)水文站控制流域劃分為千河南部石山稍林區(qū)和千河北部殘塬丘陵區(qū)，從而計(jì)算出于設(shè)計(jì)流域相似的丘陵區(qū)徑流量，按面積比擬法并用降雨修正得到馮坊河水庫(kù)設(shè)計(jì)年徑流量。

2 千河流域徑流分析

2.1 千河徑流特性

千河徑流主要由降水補(bǔ)給，具有年際變化大，年內(nèi)分配不均的特點(diǎn)。降水量年內(nèi)分配因受大氣環(huán)流和地形的影響，使千河流域降水量的分配具有時(shí)空分配不均的特征。7、8、9三個(gè)月的降水占年降水量的54.8%以上。

受降水分配的影響，千河流域徑流年內(nèi)及年際分布不均。根據(jù)千陽(yáng)站1957～2015年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，多年平均徑流量3.53億 m3，最大年徑流量9.79億 m3(1964年)，最小年徑流量0.46億 m3(1997年)，最大值和最小值分別為多年平均值的2.77倍和0.13倍；千河的徑流主要集中在7～10月，其徑流量站全年徑流的58%，枯水期12～3月5個(gè)月的徑流量?jī)H占年徑流的13%。

2.2 千陽(yáng)水文站徑流量分析計(jì)算

按千陽(yáng)水文站徑流特征及下墊面情況分析，可將千陽(yáng)水文站控制流域劃分為千河南部石山稍林區(qū)和千河北部殘塬丘陵區(qū)，其中石山稍林區(qū)控制流域面積為911 km2，殘塬丘陵區(qū)控制流域面積為2 024 km2，馮坊河水庫(kù)下墊面情況與其殘塬丘陵區(qū)相似。

2.2.1 參證站設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算

1)徑流還原

千河流域千陽(yáng)水文站以上有24.04萬(wàn) hm2灌溉面積，按實(shí)際調(diào)查的用水定額，計(jì)算用水量，灌溉水回歸系數(shù)按0.20考慮，將千陽(yáng)水文站1957～2015年實(shí)測(cè)徑流量還原成天然徑流量。

2)千陽(yáng)站設(shè)計(jì)年徑流

根據(jù)千陽(yáng)水文站1957～2015年59年天然年徑流系列進(jìn)行頻率計(jì)算，按矩法估算統(tǒng)計(jì)參數(shù)初值，采用P-Ⅲ型曲線(xiàn)適線(xiàn)，統(tǒng)計(jì)參數(shù)如下：均值為3.73億 m3、Cv=0.54、Cs/Cv=2.5，千陽(yáng)站年徑流量頻率曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖2。

3) 段家峽水文站設(shè)計(jì)年徑流

段家峽水文站位于千河上游，控制流域面積為628 km2，其控制流域內(nèi)地質(zhì)、地貌、植被、氣候與千河南部石山稍林區(qū)流域特征基本相同，因此千河南部石山稍林區(qū)設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算，可依據(jù)段家峽水文站為參證站。

圖2 千陽(yáng)站年徑流量頻率曲線(xiàn)圖

段家峽水文站觀(guān)測(cè)有1960～1970年11年水文觀(guān)測(cè)資料，千河千陽(yáng)站和段家峽站徑流具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，段家峽水文站年徑流的插補(bǔ)延長(zhǎng)方法采用段家峽站實(shí)測(cè)年徑流和千陽(yáng)站同期天然年徑流相關(guān)計(jì)算，相關(guān)方程：W段=0.323 W千1.014，相關(guān)系數(shù)：r=0.98。段家峽實(shí)測(cè)年徑流與千陽(yáng)同期天然年徑流相關(guān)關(guān)系圖見(jiàn)圖3。

圖3 段家峽實(shí)測(cè)年徑流與千陽(yáng)同期天然年徑流相關(guān)關(guān)系圖

圖4 段家峽站年徑流量頻率曲線(xiàn)圖

從而可得段家峽水文站插補(bǔ)延長(zhǎng)后1957～2015年徑流系列，其多年平均值為1.35 億 m3。

根據(jù)插補(bǔ)延長(zhǎng)后段家峽水文站1957～2015年59年徑流系列進(jìn)行頻率計(jì)算，按矩法估算統(tǒng)計(jì)參數(shù)初值，采用P-Ⅲ型曲線(xiàn)適線(xiàn)，統(tǒng)計(jì)參數(shù)如下：均值為1.35億 m3、Cv=0.53、Cs/Cv=2.5。

段家峽站年徑流量頻率曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖4。

2.2.2 千河北部殘塬丘陵區(qū)設(shè)計(jì)年徑流量

段家峽水文站控制流域面積為628 km2，千河南部石山稍林區(qū)流域面積為911 km2，按面積比擬法可求得千河南部石山稍林區(qū)不同頻率年徑流量，并從千陽(yáng)水文站不同頻率年徑流量中扣除，既得千河北部殘塬丘陵區(qū)不同頻率年徑流量，見(jiàn)表1。

表1 千河流域不同頻率年徑流量表 億 m3

3 馮坊河水庫(kù)壩址斷面年徑流分析

擬建馮坊河水庫(kù)為中型水庫(kù)，工程的主要任務(wù)為城鄉(xiāng)供水和灌溉供水為主,壩址位于千陽(yáng)縣千河一級(jí)支流馮坊河流域，壩址以上控制流域面積155.8 km2。馮坊河水庫(kù)設(shè)計(jì)年徑流分析分別采用相似流域面積比擬法、水文手冊(cè)等值線(xiàn)圖法進(jìn)行計(jì)算，選取面積比擬法作為馮坊河水庫(kù)設(shè)計(jì)值。

3.1 面積比擬法

馮坊河水庫(kù)控制流域面積處于殘塬丘陵區(qū)內(nèi)，其設(shè)計(jì)年徑流量可用千河北部殘塬丘陵區(qū)年徑流量用面積比擬法并用雨量修正計(jì)算，其表達(dá)式為：

W設(shè)=w參×F設(shè)/F參×p設(shè)/p參

式中：W設(shè)、W參分別為設(shè)計(jì)站、參證站年徑流量；F設(shè)、F參分別為設(shè)計(jì)站、參證站流域面積；p設(shè)、p參分別為設(shè)計(jì)站、參證站流域平均降雨量(經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)流域與參證流域平均降雨量均為650 mm，因此修正系數(shù)為1)。

可得到馮坊河壩址處的設(shè)計(jì)年徑流量,成果見(jiàn)表2。

表2 馮坊河水庫(kù)壩址不同頻率年徑流量成果表 億m3

3.2 等值線(xiàn)圖法

根據(jù)《寶雞地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》徑流深等值線(xiàn)圖查算,馮坊河水庫(kù)壩址以上徑流深為90 mm，折合年徑流量分別為1 400萬(wàn) m3。

3.3 設(shè)計(jì)徑流計(jì)算成果分析

3.3.1 設(shè)計(jì)年徑流量

根據(jù)千河千陽(yáng)水文站實(shí)測(cè)資料分區(qū)按面積比擬法和寶雞地區(qū)水文手冊(cè)等值線(xiàn)圖法分別計(jì)算得馮坊河壩址多年平均徑流量見(jiàn)表3，從表中可以看出，兩種方法計(jì)算成果差別不大，按千陽(yáng)水文站實(shí)測(cè)資料分區(qū)按面積比擬法計(jì)算得壩址處設(shè)計(jì)值較小，因此選用實(shí)測(cè)資料分區(qū)計(jì)算，較符合實(shí)際，因此可采用千河實(shí)測(cè)資料分區(qū)按面積比擬法計(jì)算成果作為馮坊河水庫(kù)設(shè)計(jì)值。

3.3.2 設(shè)計(jì)徑流年內(nèi)分配

馮坊河水庫(kù)壩址處徑流量年內(nèi)月分配系采用千陽(yáng)站實(shí)測(cè)年內(nèi)月分配系數(shù)進(jìn)行分配，根據(jù)上述分配系數(shù)可計(jì)算出馮坊河水庫(kù)壩址的年內(nèi)月分配。成果見(jiàn)表4。

表3 不同方法計(jì)算壩址處年徑流量表

表4 馮坊河水庫(kù)壩址多年平均徑流年內(nèi)月分配表

4 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)設(shè)計(jì)徑流量的計(jì)算是關(guān)系到水庫(kù)規(guī)模大小的一件很重要的工作,對(duì)于無(wú)資料地區(qū)的徑流量計(jì)算更是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作，在無(wú)實(shí)測(cè)徑流資料或?qū)崪y(cè)徑流資料很少不能直接作為水文分析計(jì)算的地區(qū)，通過(guò)本文上述實(shí)例對(duì)參證站下墊面進(jìn)行分區(qū)分析，提出了無(wú)資料地區(qū)且參證站與設(shè)計(jì)流域下墊面不同的情況下的計(jì)算方法，具有一定的參考意義。

TV121

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1004-1184(2017)05-0188-03

2017-06-14

黨曉軍(1975-)，男，陜西華縣人，工程師，主要從事水文工程設(shè)計(jì)方面工作。