曹啟桓

（廣東珠榮工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610）

0 引言

為了建設(shè)可靠的水利工程，使其滿足供水需求，需要對(duì)水資源進(jìn)行論證。邢凱等[1]以巢湖為例，對(duì)取水可靠性進(jìn)行分析；蓋繼明[2]以沈家臺(tái)為例，對(duì)取水方案及可靠性進(jìn)行分析；陳詩(shī)[3]以顧洞河為例，對(duì)水源保證情況進(jìn)行研究；姬戰(zhàn)生[4]以杭州南沙平原河網(wǎng)為例，對(duì)新建設(shè)取水口的可靠性進(jìn)行研究；王超[5]以西平鄉(xiāng)為例對(duì)水資源取水可靠性進(jìn)行分析；譚成[6]以牤牛河為例，對(duì)水源進(jìn)行論證并對(duì)取水可靠性進(jìn)行分析；除上述研究之外，有大量的專家針對(duì)不同的工程情況，對(duì)水資源可靠性進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證[7～10]。對(duì)取水可靠性進(jìn)行分析，是進(jìn)行科學(xué)工程建設(shè)的前提，以墨江小勐連水庫(kù)為例，對(duì)取水可靠性進(jìn)行分析。

1 工程概況

墨江哈尼族自治縣（以下簡(jiǎn)稱墨江縣）位于云南省南部、普洱市東部。區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀已建有一座小(2)型水庫(kù)，即現(xiàn)狀小勐連水庫(kù)，該水庫(kù)建于1960年，水庫(kù)最大壩高20.00 m，壩頂長(zhǎng)度57.00 m，正常蓄水位1317.00m，水庫(kù)總庫(kù)容71.2萬(wàn)m3，興利庫(kù)容58.9萬(wàn)m3。該水庫(kù)是一座以灌溉為主的水庫(kù)，承擔(dān)下游300畝農(nóng)田的灌溉任務(wù)。而水庫(kù)下游耕地較多，是墨江縣耕地較為集中成片的地區(qū)，現(xiàn)狀缺水嚴(yán)重，現(xiàn)狀小勐連水庫(kù)來水量充足但興利庫(kù)容過小，調(diào)蓄能力極為有限，加上渠道配套的限制，現(xiàn)狀只能滿足設(shè)計(jì)300畝耕地的灌溉需求，小勐連水庫(kù)現(xiàn)狀P=75%年可供水量?jī)H為14.86萬(wàn)m3，已遠(yuǎn)不能滿足下游的用水需求，為了改善水資源短缺現(xiàn)狀，建設(shè)可靠的供水工程，需要對(duì)水資源進(jìn)行論證。

2 降水補(bǔ)給分析

墨江縣地處東南亞季風(fēng)低緯度高海拔區(qū)，具有山地季風(fēng)氣候特點(diǎn)，降雨多受孟加拉灣暖濕氣流影響，區(qū)域內(nèi)干濕季節(jié)比較分明，降水年內(nèi)分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，每年11月至次年4月份，主要受北來季風(fēng)影響，降水量很少，僅占全年15.23%，為干季；而5月至10月份，來自南部孟加拉灣暖濕氣流加強(qiáng)，受其影響，區(qū)域降水明顯增加，期間降水量占全年84.77%。墨江縣域內(nèi)高差變化較大，根據(jù)多年統(tǒng)計(jì)資料分析，降水隨著高程變化也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即降水量隨著海拔的增加而增加，分析其原因，海拔相對(duì)低處，在暖濕氣流控制范圍內(nèi)，氣流下沉而相對(duì)增溫，導(dǎo)致降水減少；隨著海拔升高，暖濕氣流抬升，受切變線、冷鋒、低渦、季風(fēng)、低壓等天氣系統(tǒng)的影響，相對(duì)溫差增加，導(dǎo)致降雨量也隨之增加，呈現(xiàn)出降雨量隨著海拔升高而增加的特性。

收集了墨江氣象站、鎮(zhèn)沅氣象站實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)資料和周邊其他三個(gè)水庫(kù)設(shè)計(jì)降水成果，對(duì)小勐連水庫(kù)設(shè)計(jì)降水成果進(jìn)行比較分析，見表1及圖1。

表1 周邊站點(diǎn)/水庫(kù)設(shè)計(jì)降雨成果統(tǒng)計(jì)表

圖1 降雨—高程關(guān)系

點(diǎn)繪降水和高程的關(guān)系線并推得關(guān)系式如下:

式中:P為年降雨量，mm；H為高程，m。

該關(guān)系式表明，在墨江氣象站鄰近范圍內(nèi)，高程每增加100 m，多年平均降雨量約增大49.4 mm。

小勐連水庫(kù)壩址以上流域平均高程采用網(wǎng)格法推求，經(jīng)計(jì)算，壩址以上流域平均高程為1420 m。根據(jù)年降水量～高程關(guān)系，算得壩址以上流域多年平均年降雨量為1396 mm。降水成果與其他數(shù)據(jù)配合均較好，點(diǎn)據(jù)均落于線上或分布在平均線附近，說明成果符合本地區(qū)的一般規(guī)律，大趨勢(shì)也與其他成果相吻合，因此降水分析采用的方法基本合理，計(jì)算成果是可信的。

3 徑流特征

3.1 參證站選取

由于小勐連水庫(kù)集水面積僅為22.3 km2，而忠愛橋水文站集水面積為3562 km2，兩者相差過大，不宜采用忠愛橋水文站為參證站。

常林河水庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)曾設(shè)立專用站，其徑流計(jì)算以壩卡河專用站為參證站，通過分析計(jì)算壩卡河專用站的設(shè)計(jì)徑流量，建立常林河專用站與壩卡河專用站徑流之間的關(guān)系，將壩卡河專用站的徑流分析成果轉(zhuǎn)換到常林河水庫(kù)，最終得到常林河水庫(kù)年徑流成果。常林河水庫(kù)建成后，由于多方面原因，其水文觀測(cè)只運(yùn)行了一年，仍缺乏足夠的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。又因常林河徑流成果本身也是由壩卡河專用站推求，所以本次小勐連水庫(kù)設(shè)計(jì)徑流計(jì)算不考慮采用常林河專用站（水庫(kù)站）作為參證站，而是直接采用壩卡河水文專用站為參證站。

3.2 年徑流量計(jì)算

壩卡河站實(shí)測(cè)期為1984年1月至1986年3月、1989年8月至10月、1990年1至5月和1991年1至5月，與忠愛橋站建立同期月徑流關(guān)系，圖2中反映出三個(gè)突出點(diǎn)，即1985年6月、7月和1989年9月，形成點(diǎn)據(jù)高懸的緣故，主要是受局部暴雨影響，使壩卡河發(fā)生特大洪水。若撇開這三個(gè)特殊點(diǎn)據(jù)，其余汛枯點(diǎn)據(jù)分布呈線性且無明顯偏離，故目估定線并推得關(guān)系式:Q壩卡河專用站=0.031Q忠愛橋站+0.30。經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，除三個(gè)特殊點(diǎn)外，其余落在關(guān)系線±10%外包線以內(nèi)的點(diǎn)超過75%，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.90，說明定單一線合適。

依據(jù)上述關(guān)系式插延出壩卡河專用站缺測(cè)年份的流量資料，使其滿足最短計(jì)算系列長(zhǎng)度，并對(duì)徑流成果進(jìn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，得出壩卡河水文專用站統(tǒng)計(jì)參數(shù)成果，該成果已經(jīng)通過省級(jí)技術(shù)主管部門的評(píng)審，見表2。

表2 已有壩卡河水文專用站統(tǒng)計(jì)參數(shù)成果表

圖2 壩卡河與忠愛橋站月平均流量關(guān)系圖

壩卡河水文專用站徑流復(fù)核計(jì)算成果（多年平均流量2.87 m3/s）比原有成果（多年平均流量3.00 m3/s）小了5.33%；這是因?yàn)檠娱L(zhǎng)的水文資料系列（2000年～2013年）正好處于一個(gè)枯水年組，忠愛橋水文站2000年～2013年多年平均流量69.04 m3/s，僅為1966年～1999年多年平均流量(85.93 m3/s)的80.34%；這與近年來西南地區(qū)徑流偏小，尤其是2010年前后西南大旱災(zāi)導(dǎo)致的徑流明顯偏小的事實(shí)相符。因此，資料延長(zhǎng)后，計(jì)算成果使得徑流系列資料更具有代表性，可以認(rèn)為壩卡河水文專用站徑流復(fù)核計(jì)算成果（多年平均流量2.87 m3/s）是合理的，本次計(jì)算采用該成果。

小勐連水庫(kù)年徑流量CV值參考?jí)慰ê訉Ｓ谜灸陱搅髁緾V值確定，因壩卡河專用站相比小勐連水庫(kù)所在流域更接近哀牢山中部分水嶺，其高程達(dá)到了1600m，多年平均降雨量達(dá)到了1710mm，年際間降雨量相對(duì)水庫(kù)設(shè)計(jì)流域更穩(wěn)定，相應(yīng)地年際間的徑流量也更穩(wěn)定；反映到年徑流量CV值，壩卡河應(yīng)該比小勐連水庫(kù)所在流域的?。涣硗?，考慮到小勐連水庫(kù)集水面積又比壩卡河站集水面積小，所以小勐連水庫(kù)流域年徑流量的CV值應(yīng)該比壩卡河站的年徑流量CV值(0.30)大，結(jié)合CV值在該地區(qū)的變化規(guī)律，本次計(jì)算小勐連水庫(kù)年徑流量CV值取為0.35。

表3 小勐連水庫(kù)徑流計(jì)算成果表（水文比擬法）

3.3 設(shè)計(jì)徑流年內(nèi)分配計(jì)算

年徑流分配典型過程一般是基于年水量與設(shè)計(jì)值相近；年水量在時(shí)段內(nèi)分布不均勻，枯段較枯，對(duì)灌溉及供水不利；符合本地區(qū)降水、徑流特性三個(gè)原則綜合確定的。

小勐連水庫(kù)所在的烈馬河流域無實(shí)測(cè)資料，其干流布竜河上游的常林河水庫(kù)氣候條件、流域面積與下墊面情況等都與設(shè)計(jì)流域相似，小勐連水庫(kù)設(shè)計(jì)年徑流的年內(nèi)分配可采用已通過相關(guān)評(píng)審的常林河水庫(kù)初步設(shè)計(jì)報(bào)告中的年內(nèi)分配比進(jìn)行分配，分配結(jié)果見表4。

表4 小勐連水庫(kù)設(shè)計(jì)徑流年內(nèi)分配成果表 單位:萬(wàn)m3

4 供水范圍內(nèi)用水量分析

小勐連水庫(kù)工程為墨江哈尼族自治縣拆除重建民生工程。工程開發(fā)任務(wù)為提供農(nóng)村人畜生活供水以及農(nóng)田灌溉用水。到規(guī)劃水平年，小勐連水庫(kù)可為聯(lián)珠鎮(zhèn)的愧竜村、會(huì)亮村、仁里村與壩洛村以及新安鎮(zhèn)的莫約村與鄧控村共兩鎮(zhèn)六村的8176人口、4530頭大牲畜、7196頭小牲畜提供有質(zhì)量保障的安全飲用水以及為小勐連灌區(qū)共24584畝耕地提供有保障的灌溉用水。為此，水庫(kù)的用水組合包含農(nóng)田灌溉用水以及人畜生活用水。

4.1 農(nóng)田灌溉用水

根據(jù)需水預(yù)測(cè)分析結(jié)果，農(nóng)田灌溉用水見表5。

4.2 農(nóng)村人畜生活用水

根據(jù)需水預(yù)測(cè)分析結(jié)果，農(nóng)村人畜用水見表6。

表5 灌溉用水量計(jì)算成果表(P=75%) 單位:萬(wàn)m3

5 取水可靠性分析

5.1 可供水量分析

設(shè)計(jì)枯水年(P=75%)情況。小勐連水庫(kù)在設(shè)計(jì)枯水年(P=75%)天然來水為1173.2萬(wàn)m3，扣除生態(tài)基流水量157.06萬(wàn)m3，水庫(kù)調(diào)節(jié)過程中的蒸發(fā)和滲漏損失總量81.57萬(wàn)m3，在滿足灌區(qū)內(nèi)的綜合用水量913.54萬(wàn)m3后，水庫(kù)還產(chǎn)生21.03萬(wàn)m3的棄水，說明小勐連水庫(kù)設(shè)計(jì)枯水年的天然來水量能滿足灌區(qū)綜合用水的要求，水量供需達(dá)到平衡。

表6 人畜用水量計(jì)算成果表(P=95%) 單位:萬(wàn)m3

表7 小勐連水庫(kù)設(shè)計(jì)枯水年(P=75%)可供水量成果表 單位:萬(wàn)m3

5.2 可靠性分析

小勐連水庫(kù)壩址處多年平均徑流量為1570.6萬(wàn)m3。工程實(shí)施后，設(shè)計(jì)枯水年(P=75%)壩址來水量為1173.2萬(wàn)m3，總供水量為913.54萬(wàn)m3，其中農(nóng)村人畜用水39.91萬(wàn)m3，農(nóng)田灌溉用水873.63萬(wàn)m3；扣除生態(tài)基流水量157.06萬(wàn)m3，水庫(kù)調(diào)節(jié)過程中的蒸發(fā)和滲漏損失總量81.57萬(wàn)m3，在滿足灌區(qū)內(nèi)的綜合用水量913.54萬(wàn)m3后，水庫(kù)還產(chǎn)生21.03萬(wàn)m3的棄水，說明小勐連水庫(kù)設(shè)計(jì)枯水年(P=75%)的天然來水量能滿足灌區(qū)綜合用水的要求。

6 結(jié)論

為了改善墨江縣水資源短缺問題，將壩卡河水文站作為參證站，通過對(duì)多年資料的收集，使用水文比擬法進(jìn)行徑流經(jīng)分析和計(jì)算，并對(duì)徑流量穩(wěn)定性進(jìn)行分析。同時(shí)對(duì)工程灌溉區(qū)域內(nèi)灌溉用水和生活用水進(jìn)行分析，分析設(shè)計(jì)枯水年(P=75%)水庫(kù)的可供水量，得出小勐連水庫(kù)設(shè)計(jì)枯水年(P=75%)通過天然水源補(bǔ)給即可滿足灌區(qū)用水需求。