鄭曉燕

（山西省水利建設(shè)開發(fā)中心）

1 流域簡況與氣候狀況

1.1 流域簡況

南河水庫位于交口縣東部大麥郊河支流南河上，是交口縣水利規(guī)劃中的重點工程，也是山西大水網(wǎng)中部引黃工程調(diào)蓄工程之一。水庫控制流域面積31.3 km2，壩址以上主河道長13.2 km，河道平均縱坡26.1‰，流域平均寬度2.38 km，流域形狀系數(shù)0.181，屬山區(qū)長形流域。

1.2 氣候狀況

交口縣地處呂梁山區(qū)，屬中溫帶大陸性氣候，受季風(fēng)影響較大，春季干燥多風(fēng)，冬季長而寒冷，夏秋雨量集中。年均氣溫7℃，極端最高氣溫34.1℃，極端最低氣溫-23.1℃。降水量年際、年內(nèi)分布不均，年均降水量569.9 mm，汛期降雨量占到70%，最大月降水量多發(fā)生在7月和8月。年均水面蒸發(fā)量1 678.2 mm。無霜期157 d左右。年均風(fēng)速2.2 m/s，瞬時最大風(fēng)速20 m/s。最大凍土深度0.98 m。

2 水文情況

南河水庫地處我省水文氣象分區(qū)的中區(qū)，壩址以上沒有水文站，也沒有雨量站。交口縣氣象站有較完整的長系列降水、蒸發(fā)、氣溫等氣象資料。南河水庫距交口縣氣象站直線距離20 km，有關(guān)氣象觀測資料也較適宜。南川河萬年飽水文站位于相鄰的中陽縣寧鄉(xiāng)鎮(zhèn)萬年飽村，距設(shè)計流域直線距離41 km，氣候條件基本一致，地質(zhì)、地貌和徑流特性相似，且有長系列的年徑流量觀測資料。文峪河水庫水文站位于文水縣開柵鎮(zhèn)北峪口村關(guān)帝山東側(cè)的文峪河上，距設(shè)計流域直線距離80 km，氣候條件亦基本一致，具有1956-2008年共53年的冰情、凍土實測資料。

3 徑流計算及分析

南河水庫流域由于無實測徑流資料，水庫徑流量采用《山西省水文計算手冊》中的相似流域進行計算。經(jīng)量算，工程控制流域面積31.3 km2，壩址以上流域產(chǎn)流下墊面由灰?guī)r灌叢山地和灰?guī)r森林山地組成，其中灰?guī)r灌叢山地15.7 km2，灰?guī)r森林山地15.6 km2。查閱《山西省水文計算手冊》，得到設(shè)計流域多年平均降水量為509.3 mm

3.1 設(shè)計流域年徑流深均值計算

3.1.1 地表年徑流深均值計算

計算方法如下：

（1）等值線圖法。設(shè)計流域處于東、西兩條25 mm等值線的低谷處，很難判斷其準確數(shù)值。通過查閱山西省地表年徑流深均值等值線圖，約為15 mm。

（2）冪函數(shù)模型法。設(shè)計流域處在我省水文分區(qū)的中區(qū)，查《山西省水文計算手冊》，得分區(qū)參數(shù)b=2.85。設(shè)計流域灰?guī)r灌叢山地參數(shù)a值為15.5 mm，灰?guī)r森林山地參數(shù)a值為11 mm，設(shè)計流域多年平均年降水量為A=509.3 mm。利用式（1）求得設(shè)計流域多年平均年徑流深為15.8 mm。

（3）雙曲正切模型法。根據(jù)設(shè)計流域不同下墊面類型確定相應(yīng)的Zmi值。查閱《山西省水文計算手冊》，得灰?guī)r灌叢山地參數(shù)Zm為1 650 mm，灰?guī)r森林山地參數(shù)Zm為2 200 mm。流域多年平均降水量已知，利用式（2）求得流域多年平均地表年徑流深為13.3mm。

式中：A為流域面積，km2；Ai為某產(chǎn)流地類所對應(yīng)的集水面積，km2；Zmi為某產(chǎn)流地類降水可能最大損失量，mm；th為雙曲正切函數(shù)符號。

上述三種方法年徑流深均值的計算誤差均在合理范圍內(nèi)。出于偏安全考慮，以雙曲正切模型法計算成果13.3 mm作為采用值。

3.1.2 基流均值計算

由于未在設(shè)計流域附近進行清泉水調(diào)查，基流均值計算采用數(shù)學(xué)模型法。根據(jù)設(shè)計流域所在水文分區(qū)，確定各產(chǎn)流地類相應(yīng)的參數(shù)。

查閱《山西省水文計算手冊》，得到設(shè)計流域灰?guī)r灌叢山地的c和K0分別為10 mm和0.7，灰?guī)r森林山地c和K0分別為12 mm和0.79。經(jīng)計算，得到設(shè)計流域的基流量均值為2.9 mm。

通過查閱清泉水流量調(diào)查資料，設(shè)計流域沒有調(diào)查施測地點。在大麥郊河下游的雙池鎮(zhèn)雙池村分別于1987年4月30日和2009年3月31日進行清泉水施測，其值均為零，說明該地區(qū)地下基流量很小。綜合考慮流域內(nèi)主要為奧陶系灰?guī)r地層，沒有清泉流量，根據(jù)實測資料清泉流量也均為零，因此，設(shè)計流域多年平均基流徑流深取值0 mm，多年平均基流量為0萬m3。

3.1.3 年徑流均值

年徑流均值由地表年徑流均值與基流均值相加求得：

折合成水體為：

3.2 設(shè)計流域年徑流變差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)計算

3.2.1 年徑流變差系數(shù)計算

年徑流變差系數(shù)的大小，主要與流域的氣候變化特點、流域綜合產(chǎn)流條件、流域面積大小等因素有關(guān)。由于該地區(qū)無實測資料，年徑流變差系數(shù)用下列經(jīng)驗公式計算：

式中：CVR為設(shè)計流域的年徑流變差系數(shù)；CV為設(shè)計流域的年降水變差系數(shù)；α為年徑流系數(shù)，即流域多年平均年徑流量與多年平均年降水量之比；k、m、n為水文分區(qū)參數(shù)。

查閱《山西省水文計算手冊》，得到設(shè)計流域k、m、n、α、CV分別為2.956、0.232、0.216、0.037、0.28，將各已知變量和參數(shù)代入式（6），求得設(shè)計流域年徑流變差系數(shù)為1.05。

3.2.2 年徑流偏態(tài)系數(shù)計算

年徑流偏態(tài)系數(shù)CSR是計算設(shè)計年徑流量的又一個重要統(tǒng)計參數(shù)，一般通過年徑流系列頻率分析倍比值求得。計算公式為：

根據(jù)上述計算結(jié)果，利用式（7）可計算得年徑流偏態(tài)系數(shù)CSR=2.1。

3.3 流域設(shè)計年徑流量計算

表1 南河水庫設(shè)計年徑流量計算成果表

3.4 設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配計算

南川河萬年飽水文站距離設(shè)計流域較近，且與設(shè)計流域氣候、水文下墊面及水文地質(zhì)條件相似。因此，選擇萬年飽水文站作為參證水文站。將萬年飽水文站典型年的水量年內(nèi)分配百分比移用于設(shè)計流域，計算南河水庫設(shè)計的逐月徑流（見表2）。

表2 南河水庫設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配計算成果表

4 結(jié)論

南河水庫工程處于山西省水文分區(qū)的中區(qū)，由于該流域無實測水文資料，本文利用《山西省水文計算手冊》中的等值線圖法、冪函數(shù)模型法和雙曲正切模型法等3種方法，分別對南河水庫地表年徑流深均值進行了計算，計算結(jié)果15 mm、15.8 mm和13.3 mm。經(jīng)比較，出于偏安全考慮以雙曲正切模型法計算成果作為地表年徑流深的均值。通過查閱《山西省清泉水流量調(diào)查成果》，結(jié)合實際清泉水觀測，設(shè)計流域清泉流量為0。最終，計算出南河水庫年徑流均值為41.6萬m3，50%保證率設(shè)計年徑流量為27.7萬m3，95%保證率設(shè)計年徑流量為1.7萬m3。