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

        2017-12-20 10:49:09,
        地下水 2017年5期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        ,

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

        無實(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)系水庫規(guī)模的一件很重要的工作,對(duì)于無實(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。本文以馮坊河水庫為例,通過分析千河支流馮坊河與千河干流千陽水文站下墊面情況,將千陽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)算得馮坊河水庫設(shè)計(jì)年徑流量,并通過地區(qū)水文手冊(cè)徑流深等值線法進(jìn)行驗(yàn)證,提出了分區(qū)計(jì)算水庫設(shè)計(jì)徑流的思路。

        徑流;馮坊河水庫;面積比擬;千陽

        在水庫工程設(shè)計(jì)中,常常需要計(jì)算河流水庫斷面相應(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、年徑流深等值線圖法等。本文以馮坊河水庫為例,進(jìn)行無資料地區(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)。馮坊河水庫及鄰近流域水系站網(wǎng)分布式意圖見圖1。

        圖1 馮坊河水庫及鄰近流域水系站網(wǎng)分布式意圖

        馮坊河屬于無資料河流,其臨近千河干流修建有千陽水文站,千陽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 千陽水文站徑流量分析計(jì)算

        按千陽水文站徑流特征及下墊面情況分析,可將千陽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

        千河流域千陽水文站以上有24.04萬 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,將千陽水文站1957~2015年實(shí)測(cè)徑流量還原成天然徑流量。

        2)千陽站設(shè)計(jì)年徑流

        根據(jù)千陽水文站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型曲線適線,統(tǒng)計(jì)參數(shù)如下:均值為3.73億 m3、Cv=0.54、Cs/Cv=2.5,千陽站年徑流量頻率曲線圖見圖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 千陽站年徑流量頻率曲線圖

        段家峽水文站觀測(cè)有1960~1970年11年水文觀測(cè)資料,千河千陽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)年徑流與千陽同期天然年徑流相關(guān)關(guān)系圖見圖3。

        圖3 段家峽實(shí)測(cè)年徑流與千陽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型曲線適線,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圖見圖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 馮坊河水庫壩址斷面年徑流分析

        擬建馮坊河水庫為中型水庫,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)等值線圖法進(jìn)行計(jì)算,選取面積比擬法作為馮坊河水庫設(shè)計(jì)值。

        3.1 面積比擬法

        馮坊河水庫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,成果見表2。

        表2 馮坊河水庫壩址不同頻率年徑流量成果表 億m3

        3.2 等值線圖法

        根據(jù)《寶雞地區(qū)實(shí)用水文手冊(cè)》徑流深等值線圖查算,馮坊河水庫壩址以上徑流深為90 mm,折合年徑流量分別為1 400萬 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)等值線圖法分別計(jì)算得馮坊河壩址多年平均徑流量見表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設(shè)計(jì)值。

        3.3.2 設(shè)計(jì)徑流年內(nèi)分配

        馮坊河水庫壩址處徑流量年內(nèi)月分配系采用千陽站實(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)算出馮坊河水庫壩址的年內(nèi)月分配。成果見表4。

        表3 不同方法計(jì)算壩址處年徑流量表

        表4 馮坊河水庫壩址多年平均徑流年內(nèi)月分配表

        4 結(jié)語

        水庫設(shè)計(jì)徑流量的計(jì)算是關(guān)系到水庫規(guī)模大小的一件很重要的工作,對(duì)于無資料地區(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

        B

        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。

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