呂 莎

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

0 前言

年徑流的大小取決于年降水量和年蒸發(fā)量，以及流域蓄水變化量。前兩項屬于流域氣候因素，后一項主要取決于流域下墊面因素及人類活動情況?，F(xiàn)行的水文頻率計算要求水文事件發(fā)生值必須在同一條件下獲得。水文站實測流量系列隨時間的變化均呈現(xiàn)下降趨勢，這種非一致性使傳統(tǒng)水文統(tǒng)計方法的適用性受到了挑戰(zhàn)。隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，人類活動對水資源的影響日益顯著。

流域實測徑流水文序列的一致性是建立在氣候條件和下墊面條件相似的基礎上。一般認為，區(qū)域氣候條件變化緩慢，可近似看做是穩(wěn)定不變的，但區(qū)域下墊面條件因人類活動加劇產(chǎn)生變化，影響水文年徑流時間序列的一致性。近三十年來，這種影響日漸顯著，大量水利工程的修建，植樹造林，水土保持工作等的實施，使原有的下墊面發(fā)生了極大的改變，許多水文站的實測流量資料與天然實際情況之間差別很大。因此，在利用這些水文觀測站的長系列徑流資料作水文計算之前，必須對徑流資料進行修正，還原到天然實際徑流狀況，即進行徑流還原計算。本文結合王家咀水庫現(xiàn)有資料，對設計徑流進行分析計算。

1 概況

王家咀水庫壩址位于旬邑縣城西北部的百子溝，水庫壩址區(qū)距離旬邑縣城30 km，百子溝位于旬邑縣西部，屬涇河一級支流。該工程以灌溉為主，由水庫工程和灌區(qū)工程兩大部分組成。在滿足工程斷面下游河道生態(tài)基流用水的前提下，充分利用水資源，優(yōu)先滿足3500 畝煙草灌溉用水，再根據(jù)水資源條件及建庫條件“以供定需”滿足小麥、玉米及蘋果的灌溉用水，促進當?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展。樞紐主要建筑物由均質土壩、開敞式溢洪道及導流泄洪洞組成，大壩、溢洪道及泄洪洞為4 級建筑物，其它次要建筑物為5 級。

百子溝位于旬邑縣西部，屬涇河一級支流，發(fā)源于旬邑縣職田鎮(zhèn)，主溝道從東北流向西南，流域面積236.6 km2，河長40.2 km，河道平均比降10.7‰。該流域屬黃土臺塬區(qū)，黃土層深厚，土質疏松，地形破碎，溝壑縱橫，植被稀少，水土流失嚴重，遇到暴雨時，很容易形成高含沙水流，嚴重影響區(qū)域的地質和水文環(huán)境，進而誘發(fā)地質災害問題。為改變這種現(xiàn)象，2010 年前后該溝道已建成骨干壩11 座，中型淤地壩14 座，小型淤地壩20 座，工程合計庫容1425.96 萬m3，攔泥庫容646.86 萬m3，滯洪庫容779.1 萬m3，新增壩地114.41 hm2。百子溝流域王家咀水庫及其上游骨干壩分布見圖1。

圖1 王家咀水庫及其上游骨干壩分布示意圖

2 徑流還原法計算參證站設計徑流

2.1 徑流還原法

人類活動的加劇，使流域原有的下墊面條件發(fā)生劇烈變化，大部分水文觀測斷面的實測年徑流序列與天然情況有很大差異。年徑流還原法以水量平衡為基本原理，利用現(xiàn)有的調查資料，將改變水量逐項還原到天然狀況。徑流還原計算過程中，要將全部影響因素進行還原，將大大提高調查成本，還可能存在部分影響因素的調查難度大或調查不到的情況。因此，在具體操作時，需結合實際情況，去除那些對徑流形成影響不大的因素。徑流還原法的計算公式是：

式中：W天然為還原后的天然徑流量；W實測為實測的徑流量；W還原為還原的總水量；W灌為農(nóng)業(yè)灌溉耗水量；W工為工業(yè)用水量；W蓄為水庫蓄水變化量；W損為水庫損失水量；W引為其他流域引水量。

2.2 淳化水文站年徑流還原

淳化水文站年徑流系列的還原是在調查得到流域上游水庫取用水等資料的前提下，將淳化水文站逐日徑流資料修正到原有的天然狀態(tài)下。考慮到近30 年冶峪河流域下墊面變化情況，對淳化水文站徑流系列進行一致性修正，提出淳化水文站天然流域狀態(tài)下逐日年平均徑流量，以及天然流域狀態(tài)下滿足不同保證率的設計年徑流。

收集淳化站1961 年～2015 年55 年實測流量資料。淳化水文站基本斷面以上有城前頭、武家山、后溝、子房溝、辛店、五合、營盤等7 座?。ǘ┬退畮?，其任務主要以防洪、灌溉、養(yǎng)殖為主。五合水庫建成于1960 年，其余七座水庫均建成于20 世紀70 年代，總庫容為372.3 萬m3。

該方法的使用步驟：①按照淳化水文站雨量站分布情況采用站點平均雨量計算法；②根據(jù)建設水利工程運行情況、各個水利工程實際控制流域面積及水庫有效利用庫容等，確定還原系數(shù)。水庫基本情況見表1。

表1 冶峪河淳化站基本斷面以上水庫基本情況統(tǒng)計表

據(jù)調查，七座水庫建成以后，在幾十年運行過程中，溢洪道均未發(fā)生溢流現(xiàn)象，汛期、非汛期的徑流均全攔全蓄、全部利用。鑒于此，采用集水面積扣除法進行徑流還原計算。具體如下：淳化站基本斷面以上集水面積為282 km2，扣除當年正常運行的小水庫集水面積后，計算出相應的徑流模數(shù)；以此徑流模數(shù)乘以小水庫的集水面積，即為當年的攔蓄水量，將其作為本年還原的徑流量部分；還原徑流量與同期實測淳化水文站年徑流量之和，即為本年的淳化水文站以上流域的天然徑流量。以此類推，即可得到還原后的天然徑流系列。

還原計算結果表明，淳化站基本斷面上游的七座小水庫多年平均攔蓄水量127 萬m3；淳化站1961 年～2015 年多年平均徑流量1184 萬m3，計入小水庫的攔蓄量后，天然徑流量為1311 萬m3，集水面積282 km2，平均徑流模數(shù)為4.65 萬m3/（km2·年），多年平均徑流深46.5 mm。

2.3 參證站設計年徑流量

采用矩法初估統(tǒng)計參數(shù)，P-Ⅲ型曲線適線，對淳化站1961 年～2015 年55 年天然徑流系列進行頻率分析。在計算水文樣本頻率時，通常由已知的CV估算CS，通過附表查出與各設計頻率P 所對應的KP，繪制出P-Ⅲ頻率曲線。通過目估適線觀察，調整不同倍比CS，繪制出最終的年徑流頻率曲線，在該曲線上查出滿足設計保準率頻率P的設計值X p。適線參數(shù)及計算結果見表2。

表2 淳化站不同頻率徑流量表 單位：萬m3

3 王家咀水庫設計徑流

以淳化站為參證站，使用水文面積比擬法，并采用面降雨進行修正，計算得到王家咀水庫壩址斷面多年平均天然徑流量：

式中：W設、W參分別為設計斷面和參證站徑流量；F設、F參分別為設計斷面和參證站集水面積；P設、P參分別為設計斷面和參證站多年平均面雨量。

面雨量rM的基本公式是對各點實測雨量ri以與該點所代表的面積Ai作為權重，對其進行加權平均值計算：

以不同的方法決定Ai，得到不同的面平均雨量計算方法。

冶峪河淳化站以上采用安子哇、卜家村、秦河、淳化4 個雨量站的雨量資料進行計算，百子溝面雨量采用新民、職田、湫坡雨量站。推求出王家咀水庫壩址上游流域多年平均面雨量為599.3 mm，冶峪河流域多年平均面雨量為589 mm。各設計斷面年徑流量計算成果見表3。

表3 王家咀水庫各設計斷面年徑流量計算成果表

4 結論

1）王家咀水庫推薦壩址設計年徑流為241.9 萬m3。

2）徑流還原法針對庫壩等工程建設及流域下墊面產(chǎn)生改變，以此對徑流產(chǎn)生影響，這種方法對徑流進行水量還原修正，計算過程歸因明確，且具有很強的可操作性。

3）徑流還原法對水文站點及資料的完整度需求很高，需要按照不同年份的取用水資料，依照不同區(qū)域，分別進行還原計算。例如：它要求選取雨量站合理分布、流域內雨量資料充足、掌握流域內各淤地壩逐年淤積情況，上游取用水情況。