陳恒吉， 李勁華， 侯 凱， 蘇 軍

(畢節(jié)市勘測設(shè)計研究院， 貴州 畢節(jié) 551700)

歸化河流域總面積290.0 km2，匯口處高程1295.0 m，河長40.9 km，平均坡降為6.05‰。歸化河流域為非閉合流域[1-3]。匯流進(jìn)入歸化水庫壩址處的地表水與地下水集水區(qū)域分5個區(qū)，各區(qū)的集水條件和幾何特征分別列于表1。

表1 歸化水庫壩址控制流域地表與地下水分區(qū)面積

壩址控制A、C、E三區(qū)地表集水面積為269.0 km2，加上B、D二區(qū)地下集水面積7.0 km2，總集水面積為276.0 km2；其中閉合集水面積為265.2 km2(A+E區(qū))，非閉合集水面積10.8 km2(B+C+D區(qū))，前者占總集水面積的96.1%，后者僅占3.9%。因此，壩址徑流計算時，應(yīng)計入集水面積265.2 km2(A+E區(qū))的水量，另加上7.0 km2(B+ D區(qū))入滲的地下水量。

1 水文比擬法

基于水庫壩址上游集水面積的分區(qū)情況，A+E區(qū)為水庫的主要集水區(qū)，該部分徑流量采用水文比擬法計算；B+D區(qū)地下徑流量采用大氣降水滲入法計算；C區(qū)地表徑流量采用年徑流模數(shù)法-大氣降水滲入法和汛期枯水模數(shù)控制法綜合計算；主要影響水庫壩址徑流量成果的是A+E區(qū)，所以本小結(jié)水庫壩址徑流量計算方法總體為水文比擬法。

(1)A +E區(qū)年徑流計算。徐花屯水文站為歸化水庫設(shè)計參證站，采用徐花屯水文站實測徑流成果，用水文比擬法推求，考慮流域面雨量和徑流系數(shù)的差異，徑流變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs根據(jù)控制流域面積差異并結(jié)合地區(qū)變化規(guī)律及相鄰流域已建工程分析成果確定。流量如式(1)[1]：

(1)

表2 A+E區(qū)徑流計算成果(水文比擬法)

(2)B+D區(qū)地下年徑流計算。B區(qū)和D區(qū)的地下水通過巖溶管道流入歸化水庫，地表水則分別流向六沖河和吊南河；因此，B區(qū)、D區(qū)的入庫徑流根據(jù)地質(zhì)提供的降雨入滲系數(shù)按照大氣降水滲入法計算，計算方法如式(2)：

(2)

表3 B+D區(qū)徑流計算成果

(3)C區(qū)地表年徑流計算。C區(qū)地下水流向庫外，汛期地表徑流全部入庫。C區(qū)年徑流按照兩種方法進(jìn)行計算。

① 年徑流模數(shù)法-大氣降水滲入法。水庫壩址閉合流域年徑流模數(shù)為12.2 L/(s·km2)，據(jù)此計算C區(qū)地表和地下年總水量為0.046 m3/s，即145.1萬m3。C區(qū)降雨入滲系數(shù)為0.3，根據(jù)大氣降水滲入法公式可得年地下水量為0.033 m3/s，即104.1萬m3。因此，C區(qū)年地表水量為41.0萬m3，按徐花屯水文站汛期5—10月徑流量占全年徑流總量的78%計算， C區(qū)地表徑流量為32.0萬m3，平均流量為0.010 m3/s。

② 汛期枯水模數(shù)控制法。C區(qū)附近區(qū)域出露的泉點枯季流量大都在1.0～3.0 L/s左右，再結(jié)合《貴州省河流枯水調(diào)查與統(tǒng)計分析》，C區(qū)95%枯水模數(shù)取2.0 L/(s·km2)，汛期枯水模數(shù)按照枯期模數(shù)的2～3倍取，則本次C區(qū)的汛期枯水模數(shù)為4.0 L/(s·km2)(為95%枯水模數(shù)的2倍)。由此而得，C區(qū)汛期流量為0.015 m3/s，即年徑流量47.3萬m3。

從以上兩種計算方法的成果可看出，二者成果相差不大。據(jù)此，C區(qū)汛期流入歸化水庫的地表水量取二者的均值，平均流量為0.013 m3/s，年徑流量為39.7萬m3。

(4)壩址年徑流。經(jīng)上述計算，采用疊加法，求得歸化水庫壩址多年平均徑流量如表4所示。

表4 歸化水庫壩址多年平均徑流計算成果

上述成果表明，歸化水庫壩址多年平均入庫流量為3.315 m3/s，入庫徑流總量為10 451.5萬m3，其中A+E區(qū)多年平均徑流量占總量的97.79%，B+D區(qū)占總量的1.83%，C區(qū)僅占0.38%。因C區(qū)徑流量是簡化計算，且集水面積僅占總面積的1.38%，從供水安全的角度考慮，本次壩址徑流計算不計入C區(qū)徑流。據(jù)此可得，歸化水庫壩址多年平均流量為3.302 m3/s，即多年平均徑流量為10 411.8萬m3。

(5)設(shè)計徑流。根據(jù)疊加后的年徑流，推求歸化水庫的設(shè)計年徑流。因壩址集水面積為徐花屯水文站集水面積的2.56倍，故采用面積加降水加徑流系數(shù)修正的水文比擬法來進(jìn)行徑流計算時，考慮徑流Cv的修正。查《貴州省地表水資源》中相關(guān)等值線圖，設(shè)計流域年徑流Cv為0.28。

歸化水庫位于白甫河支流歸化河上，壩址集水面積不計C區(qū)共272.2 km2。對江水文站位于白甫河上，集水面積1944.0 km2，將對江水文站實測歷年逐月平均流量按水文年進(jìn)行統(tǒng)計和頻率分析計算，并以P-Ⅲ型曲線適線，該站Cv值為0.23。徐花屯水文站位于白甫河上段倒天河段，集水面積為104.8 km2，該站Cv值為0.28。根據(jù)以上分析，并結(jié)合本地區(qū)已有工程分析成果確定，本次設(shè)計歸化水庫壩址年徑流的Cv取為0.28。根據(jù)計算的壩址處多年平均流量，并根據(jù)確定的徑流Cv，得到壩址處設(shè)計年均流量頻率曲線。根據(jù)徐花屯水文站的實測歷年平均流量及對應(yīng)的經(jīng)驗頻率，結(jié)合參證站采用的統(tǒng)計參數(shù)，計算出參證站相應(yīng)年份的理論年徑流量值，結(jié)合壩址采用的統(tǒng)計參數(shù)，計算出壩址相應(yīng)年份的理論平均流量值，即：Q參證站實測÷Q參證站理論×Q壩址理論，即可得到壩址逐年的年均流量。徑流的年內(nèi)分配，按徐花屯水文站分配率分配可得到水庫的徑流過程。采用水文比擬法并結(jié)合降水、徑流系數(shù)及徑流Cv修正計算的壩址成果列于表5。

表5 歸化水庫設(shè)計徑流成果(水文比擬法)

2 降水徑流頻率相應(yīng)法

基于水庫壩址上游集水面積的分區(qū)情況，A+E區(qū)為水庫的主要集水區(qū)，該部分徑流量采用降水徑流頻率相應(yīng)法計算；B+D區(qū)地下徑流量采用大氣降水滲入法計算；C區(qū)地表徑流量采用年徑流模數(shù)法-大氣降水滲入法和汛期枯水模數(shù)控制法綜合計算；主要影響水庫壩址徑流量成果的是A+E區(qū)，所以本小結(jié)水庫壩址徑流量計算方法總體為降水徑流頻率相應(yīng)法。

使用降水徑流頻率相應(yīng)法仍按“分塊計算再疊加”的方法計算。

(1)A+E區(qū)年徑流計算。畢節(jié)氣象站多年平均年降水量為916.8 mm，Cv=0.17，Cs=2Cv；歸化水庫控制流域多年平均年降水量為910.5 mm，Cv=0.17，Cs=2Cv，多年平均年徑流系數(shù)在0.40～0.45之間，取0.42，計算得多年平均徑流深為382.4 mm。查“貴州省多年平均年徑流深等值線圖”，得本流域中心多年平均年徑流深為400 mm 左右，兩者成果相差不多，本工程的多年平均徑流深采用382.4 mm是合理的。壩址以上計入降水徑流頻率相應(yīng)法的集水面積為265.2 km2(A+E區(qū))。經(jīng)計算多年平均徑流量為10 141.2萬m3,多年平均流量3.216 m3/s。

徑流的變差系數(shù)根據(jù)《貴州省地表水資源》中的公式計算，見式(3)[3]：

(3)

式中：Cvy為年徑流變差系數(shù)；Cv x為年降水變差系數(shù)，取0.17；α為年徑流系數(shù)，取0.42；m、β、γ為地區(qū)性經(jīng)驗參數(shù)，取m=0.7，β=0.04，γ=1.1；F為集水面積，F(xiàn)<100 km2時取F=100 km2，取265.2 km2。

計算得Cvy=0.29，結(jié)合《貴州省地表水資源》上有關(guān)等值線圖，取年徑流的變差系數(shù)Cvy=0.28，偏態(tài)系數(shù)Cs=2Cvy。

(2)B+D+C區(qū)年徑流計算。采用上述大氣降水滲入法計算B區(qū)和D區(qū)年徑流成果，采用年徑流模數(shù)法-大氣降水滲入法計算C區(qū)年徑流成果，相關(guān)成果見表6。

表6 B區(qū)、D區(qū)、C區(qū)年徑流成果

(3)疊加后壩址年徑流。水庫壩址5個區(qū)的水量和疊加成果如表7所示。

表7 歸化水庫壩址多年平均徑流量計算成果

分區(qū)計算疊加后，歸化水庫壩址多年平均徑流總量為10 372.2萬m3，多年平均入庫流量為3.290 m3/s，其中A+E集水區(qū)多年平均徑流量占總量的97.77%，B+D區(qū)占總量的1.84%，C區(qū)僅占0.38%。因C區(qū)徑流量是簡化計算，且集水面積僅占總面積的1.38%，從供水安全考慮，本次壩址徑流計算不計入C區(qū)徑流。據(jù)此可得，歸化水庫壩址多年平均徑流量為10 332.5萬m3，即多年平均流量為3.277 m3/s。

(4)設(shè)計徑流。假設(shè)歸化水庫年徑流深與畢節(jié)氣象站年降水的經(jīng)驗頻率一致，按經(jīng)驗頻率查出年降水的P-Ⅲ型曲線的理論值，再根據(jù)歸化水庫年徑流的統(tǒng)計參數(shù)，可得到歸化水庫歷年徑流理論值系列；再移用畢節(jié)氣象站年降水量理論值與實際值的比例到年徑流，從而確定歸化水庫對應(yīng)年份的年徑流實際值，如公式Y(jié)i=(Pi/Pp)·Yp所示。有了年徑流深后，按畢節(jié)氣象站降水的年內(nèi)分配計算歸化水庫徑流深的年內(nèi)分配，并進(jìn)行枯水控制?？菟刂频姆椒閇2]：根據(jù)分析計算出的壩址斷面處最小月P=95%的枯水模數(shù)，其值為1.83 L/(s·km2)，若壩址斷面出現(xiàn)月平均流量小于壩址處最小月P=95%的枯水流量，則該月的流量修正為最小月P=95%的枯水流量，增加的部分從豐水期平均流量最大的月份扣除。這樣就得到1951—2020年共70個水文年逐月徑流深系列。按不同時段推求歸化水庫的設(shè)計年徑流，成果見表8。

表8 歸化水庫設(shè)計徑流成果

3 徑流成果比較

根據(jù)水文比擬法和降水徑流頻率相應(yīng)法計算出的歸化水庫壩址歷年長系列徑流成果，匯總相應(yīng)徑流統(tǒng)計參數(shù)計算成果列于表9。

表9 歸化水庫壩址徑流統(tǒng)計參數(shù)成果對比

由表9可知，采用水文比擬法計算水庫壩址多年平均徑流量10 411.8萬m3，采用降水徑流頻率相應(yīng)法計算水庫壩址多年平均徑流量10 332.5萬m3，兩種方法計算成果值差異較小，僅為0.7%。從年內(nèi)分配分析，采用水文比擬法計算枯水段11月—次年4月平均徑流量2291.6萬m3，Cv為0.30，占多年平均徑流量的22.01%；采用降水徑流頻率相應(yīng)法計算枯水段11月—次年4月年均徑流量1720.7萬m3，Cv為0.36，占多年平均徑流量的16.65%，略顯偏小。上述兩種方法計算成果的最大差異主要在全年和枯水段11月—次年4月Cv的差異，采用水文比擬法時考慮了Cv的修正，其計算成果與流域年內(nèi)年際分配規(guī)律相吻合，故本次設(shè)計推薦水文比擬法作為設(shè)計徑流成果。

4 徑流成果合理性分析

(1)歸化水庫控制流域多年平均年降水量為910.5 mm，多年平均徑流系數(shù)為0.42，徑流深為382.4 mm，與降水、徑流深的區(qū)域分布是基本相符的，年徑流變差系數(shù)取值0.28，符合年徑流變差系數(shù)區(qū)域分布規(guī)律。

(2)年徑流量隨統(tǒng)計時段的增加而增加，變差系數(shù)Cv相應(yīng)則減小，反映了徑流變化的一般規(guī)律，符合區(qū)域變化規(guī)律。

(3)經(jīng)兩種計算方法比較，二者結(jié)果基本接近，多年平均流量相等；其中水文比擬法枯水期徑流和最小月徑流更接近實際。

(4)壩址處最小月平均徑流模數(shù)為3.11 L/(s·km2)，與《貴州省河流枯水調(diào)查與統(tǒng)計分析成果》等值線成果基本一致。

綜上所述，設(shè)計壩址處徑流成果符合地區(qū)規(guī)律，成果合理。

5 結(jié) 論

歸化河流域為非閉合流域，歸化水庫壩址有特性不同的5個地表和地下集流區(qū)，本次采用水文比擬法及降水徑流頻率相應(yīng)法進(jìn)行徑流計算，并按照 “分塊計算再疊加”的方法進(jìn)行推求。采用徐花屯水文站及畢節(jié)氣象站作為徑流分析參證站，經(jīng)過水文比擬法與降水徑流同頻率相應(yīng)法徑流成果對比分析，最終推薦以徐花屯水文站為參證站的水文比擬法徑流成果為本次設(shè)計成果。經(jīng)過計算成果合理性分析，成果安全可靠，為巖溶地區(qū)非閉合流域水庫徑流計算及成果選擇提供了借鑒。