劉渭妮，田 濤，潘 文

(1.陜西先河水利工程有限公司，陜西 咸陽 712000；2.陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710018；3.嵐皋縣水旱災(zāi)害防治監(jiān)測站，陜西 安康 725400)

0 引言

淳化縣位于渭北黃土高原南部邊緣地帶，屬旱腰帶核心地段，為嚴(yán)重干旱缺水地區(qū)，干旱缺水嚴(yán)重影響著縣域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，特別是城關(guān)鎮(zhèn)及周邊地區(qū)群眾生活用水一直受到干旱威脅，為解決城關(guān)鎮(zhèn)、秦河發(fā)展服務(wù)中心、潤鎮(zhèn)、鐵王、車塢、卜家、石橋等地8.71萬人的生活用水，建設(shè)屯莊水庫工程可為群眾生活和高效農(nóng)業(yè)灌溉供水，具備常規(guī)水源和抗旱應(yīng)急水源的雙重任務(wù)。屯莊水庫工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為小(1)型。工程樞紐由大壩、泄洪放水洞、溢洪道、輸水管道等建筑物組成。水庫正常蓄水位911.5 m，最大壩高40.5 m，總庫容829.2萬 m3，水庫建成后每年可向城關(guān)鎮(zhèn)及農(nóng)村生活供水量190.31萬 m3，向城關(guān)、潤鎮(zhèn)、鐵王塬面灌溉供水量42.06萬 m3。為區(qū)域農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水提供水資源保障。由于水庫壩址區(qū)無水文測站，缺乏實測水文數(shù)據(jù)資料。為準(zhǔn)確地開展水庫工程設(shè)計工作確定徑流量，選取壩址下游淳化水文站作為參證站，對壩址處的徑流量進(jìn)行計算對比，確定徑流量成果的合理性。

1 流域及壩址概況

1.1 冶峪河流域特征

冶峪河是石川河一級支流，渭河的二級支流，發(fā)源于淳化縣與耀縣交界的英烈山, 由西北向東南流經(jīng)淳化縣、涇陽縣口鎮(zhèn)出峪，相繼東流經(jīng)云陽鎮(zhèn)至雙河口與南流而下的清峪河相匯后，繼續(xù)東流，注入石川河。冶峪河全長77.8 km，流域面積619.2 km2，河道平均比降10.1‰，其中淳化縣城以上流域面積 282 km2。冶峪河流經(jīng)縣城段長度為4 km，流域以上植被覆蓋率較高，約在 85%左右，分為荒山荒坡天然植被和人工植被，冶峪河河道水量主要來源是夏季暴雨和秋季降雨。冶峪河河口以上地勢北高南低，主峰海拔高程 1 808.9 m，流域地處鄂爾多斯臺地南沿，黃土高塬侵蝕地貌特征非常明顯，主要地貌類型有中低山丘陵地貌和黃土高塬溝壑地貌，中低山丘陵區(qū)面積約占 30%，植被良好，水土流失輕微，黃土高塬溝壑區(qū)占70%，溝壑縱橫，塬面破碎，坡度較陡，是主要的水土流失區(qū)。冶峪河流域主要河道特征見表1。

表1 冶峪河流域主要河道特征值表

1.2 屯莊水庫概況

屯莊水庫壩址位于冶峪河干流上游河段，距淳化縣城2.5 km，壩址以上控制流域面積185 km2，占全流域面積的29.9%。冶峪河干流屯莊水庫壩址下游11 km處修建有黑松林水庫，黑松林水庫壩址以上控制流域面積334 km2，占全流域面積的52.8%，是一座以灌溉為主，兼有防洪任務(wù)的中型水庫。

屯莊水庫壩址缺乏氣象資料，故借用淳化氣象站資料加以說明。淳化縣氣象站高程為海拔993 m，多年平均氣溫9.9℃，1月最低，平均-4.3℃，極端最低氣溫-21.3℃，7月最高，平均23℃，極端最高氣溫 39.5℃。多年平均無霜期 185 d，最長無霜期 198 d，最短無霜期180 d。年日照時數(shù)2 171.7 h，日照率為49%。多年平均地面溫度11℃，最大凍土深度為60 cm，平均風(fēng)速2.4 m/s，最大風(fēng)速21 m/s，同時風(fēng)向E。

1.3 流域水文站網(wǎng)布設(shè)

1960年 7月陜西省水利廳在冶峪河淳化縣附近設(shè)立了淳化水文站，該站位于北緯34°47′，東經(jīng) 108°35′，測流斷面距上游擬建的屯莊水庫壩址2.5 km，控制流域面積282 km2，淳化水文站的觀測有 1961 年至今的水位、流量、泥沙、蒸發(fā)、降水等資料。另外，冶峪河在淳化縣先后設(shè)立了淳化、安子哇、秦河、南村和卜家等雨量站，這些雨量站觀測資料均在25 a以上。雨量站點見表2。冶峪河淳化水文站及該站以上流域的雨量資料均已在水文年鑒上刊布，從測驗和整編情況看，觀測符合有關(guān)技術(shù)規(guī)定和規(guī)范，整編方法合理，基本資料可靠。

2 流域徑流特性

冶峪河流域的徑流主要是由降雨形成，降雨和下墊面的特性決定著該河的徑流特性。該流域降雨具有年際變化較大，年內(nèi)分配不均的特點，雨量主要集中在 7-9月；流域的下墊面主要為黃土高塬少量的丘陵溝壑區(qū)，植被較差。冶峪河的水量在汛期主要由雨水補(bǔ)給，枯水季節(jié)依靠穩(wěn)定的地下水補(bǔ)給。徑流的年際變化較大，年內(nèi)分配不均，據(jù)冶峪河淳化站 1961-2015年共55 a的實測資料，多年平均徑流量1 180萬 m3，最大年徑流量2 807萬 m3(1964年)，最小年徑流量446萬 m3(2008年)，最大值和最小值分別為平均值的2.38倍和0.378 倍，平水年有1965 年、1990年、2012年，徑流量分別為1 182萬 m3、1 199萬 m3和1 170萬 m3，接近多年平均徑流量。

表2 冶峪河降雨量分析選用雨量站統(tǒng)計表

3 徑流計算分析

3.1 徑流還原計算

冶峪河淳化水文站有1961-2015年55年流量觀測資料，由于淳化水文站以上有子房溝、辛店、武家山、后溝等7座小型水庫，這些水庫的總庫容為371萬 m3，因此需要將淳化水文站的實測資料還原成天然徑流量。1972年以前淳化站以上建成的水庫只有總庫容為22萬 m3的五合水庫(2008 年已淤平)，由于該水庫的庫容較小，因此對淳化水文站 1972年以前的觀測徑流量不做還原。剩余的6座水庫中，營盤水庫2010 年已淤平，另外5座水庫均在2010-2011 年進(jìn)行了除險加固，加固后水庫原有的灌溉和供水對象沒有變化，水庫總庫容為343.5萬 m3，供水人口0.4 萬人，生活用水量1.0萬 m3。本次只對 1972-2015 年的年徑流量進(jìn)行還原計算，還原水量分為兩部分，即灌溉用水量和生活用水量。

3.1.1 灌溉用水量

灌溉面積：系根據(jù)淳化站以上水庫的庫容占全縣水庫庫容之比，按全縣水庫歷年的灌溉面積估算得到。淳化縣各水庫歷年灌溉面積值來自各個水庫的除險加固資料。計算時，淳化縣及水文站以上水庫的總庫容均考慮了水庫的淤積，淤積情況來自除險加固設(shè)計時的實測資料。根據(jù)灌溉面積、灌溉水量、灌溉水回歸系數(shù)計算出歷年灌溉用水量，見公式(1)：

W=(1-0.2)×W

(1)

式中：W為灌溉水量，萬 m3；灌溉水回歸系數(shù)為0.2。

3.1.2 生活用水量

淳化水文站以上7個水庫中辛店水庫和子房水庫為農(nóng)村供水水庫，生活用水量的計算根據(jù)《淳化縣辛店水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》(2011年7月)和《淳化縣子房水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》(2011年6月)得到。灌溉和生活還原水量見表3。

3.1.3 徑流還原計算結(jié)果分析

綜上計算結(jié)果，1972年、1975年、1976年、1978年還原水量分別為74.3萬 m3、123.6萬 m3、154.6萬 m3、188.2萬 m3，1972-2015年44年多年平均還原水量為135.2萬 m3，最大還原水量為188.2萬 m3，最小還原水量74.3萬 m3。將計算得到的1972-2015年灌溉用水量和生活用水量加上同期淳化水文站的實測徑流量即為淳化站的天然來水量。

淳化水文站還原后的1972-2015 年天然年徑流系列加上該站1961-1971 年的實測年徑流量系列，組成淳化站的天然年徑流系列為：1961-2015 年。

表3 灌溉和生活還原水量計算表

3.2 徑流系列代表性分析

冶峪河淳化水文站1961-2015年55年徑流系列實測整編資料還原成果，徑流資料具有可靠性和一致性。年徑流均值、變差系數(shù)穩(wěn)定性分析：隨著系列的增加均值和Cv均趨于穩(wěn)定：徑流系列的豐、枯變化規(guī)律分析：55 a系列有兩個較短的豐水段(1982-1988年、1960-1964年)、一個平水段(1965-1981年)和一個枯水段(1989-1998 年)組成，其中包括豐、平、枯水年組。以上分析表明淳化站的天然年徑流系列具有較好的代表性。

3.3 年徑流計算

根據(jù)淳化站1961-2015年55年天然徑流系列進(jìn)行頻率分析，統(tǒng)計參數(shù)采用矩法初步計算，其均值為1 325萬 m3，Cv=0.39，再用適線法調(diào)整確定，線型采用皮-Ⅲ型曲線，確定統(tǒng)計參數(shù)為，多年平均徑流量采用W=1 325萬 m3，Cv=0.40，Cs/Cv=3.0，頻率曲線見圖1，不同頻率徑流量見表4。

圖1 冶峪河淳化站徑流量頻率曲線圖

表4 淳化站不同頻率天然徑流量表 萬m3

3.4 徑流年內(nèi)分配

根據(jù)淳化站 55 a實測徑流資料統(tǒng)計，7-10 月徑流量占全年徑流量46.8%，而12-2月徑流量僅占全年徑流量18.8%。多年平均年內(nèi)月分配見表5。

表5 淳化站徑流年內(nèi)月分配表 萬m3

3.5 設(shè)計斷面多年平均徑流量計算

采用流域面積比，并進(jìn)行雨量修正，采用公式(2)推求屯莊水庫壩址多年平均徑流量。

W設(shè)=W參×F設(shè)/F參×P設(shè)/P參

(2)

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

淳化雨量站多年平均面雨量585.8 mm，秦河雨量站多年平均面雨量604 mm。經(jīng)計算，屯莊水庫壩址多年平均徑流量為896萬 m3。

3.6 淳化站系列代表性分析

冶峪河淳化水文站有1961-2015年55年徑流觀測資料，這在中小流域系實測資料較長測站，但對總體而言，均為容量有限的樣本，因此，需對徑流系列代表性進(jìn)行分析。

3.6.1 系列豐、枯變化規(guī)律分析

作淳化站年徑流量與歷時關(guān)系圖見圖2，在52年徑流系列中，特豐年有1964、1983和1988 年，徑流量分別為2 807萬 m3、2 653萬 m3和2 878萬 m3，為多年平均徑流量2.19倍、2.07倍和2.25倍；特枯年有1997年、2002年、2008年和2009年，徑流量分別為579萬 m3、525萬 m3、645萬 m3，為多年平均徑流量0.452倍、0.41倍和0.504倍；平水年有1986、1993年，徑流量分別為1 261萬 m3和1 312萬 m3，接近多年平均徑流量。豐水年組有1983-1985年，三年平均徑流量為2 315萬 m3，為多年平均徑流量1.80倍；枯水年組有1999年-2009年，7年平均徑流量為849萬 m3，為多年平均徑流量0.66倍；平水年組有1991年-1994年，4 a平均徑流量為1 337萬 m3，接近多年平均徑流量。

圖2 冶峪河淳化水文站年徑流量過程線圖

3.6.2 統(tǒng)計參數(shù)穩(wěn)定分析

1)均值、變差系數(shù) Cv 值與歷時關(guān)系分析

正時序和逆時序累加計算年徑流量平均值和變差系數(shù)Cv值，并點繪 W～T、Cv～T 關(guān)系圖，見圖3和圖4。從圖可知，均值、Cv值系列愈短，變幅愈大，隨著系列的增長，均值、Cv 值趨于穩(wěn)定。正時序計算，當(dāng)n大于45 a時，均值變化范圍在1 330～1 403萬 m3之間，Cv值變化范圍在0.38～0.40之間；逆時序計算，當(dāng)n大于46 a時，均值變化范圍在1 120～1 490萬 m3之間，Cv值變化范圍在0.41～0.47之間。

圖3 冶峪河淳化站年徑流量、Cv 與歷時關(guān)系順時序圖 圖4 冶峪河淳化站年徑流量、Cv 與歷時關(guān)系逆時序圖

圖5 冶峪河淳化站年徑流量差積曲線圖

2)差積曲線差積曲線的形式為∑(Ki-1)，Ki 為各年徑流量的模比系數(shù)。淳化站徑流量差積曲線為單峰型，見圖5。表示組成系列的豐、枯歷時長，且變幅大，需要較長系列才可具有代表性，這在中、小流域系實測資料較長測站。

通過以上分析，說明冶峪河淳化站 1961-2015 年徑流系列代表性較好。

3.7 屯莊水庫壩址設(shè)計徑流量

屯莊水庫壩址位于淳化水文站以上約2.5 km 處，水庫設(shè)計年徑流量計算采用面積比法，并進(jìn)行雨量修正，不同頻率徑流量見表6，徑流年內(nèi)月分配見表7。

表6 屯莊水庫不同頻率徑流表 萬 m3

表7 屯莊水庫上壩址徑流年內(nèi)月分配表 萬 m3

3.8 成果合理性分析

(1)冶峪河淳化斷面以上流域面雨量為585.8 mm，平均徑流深為60.5 mm；秦河斷面以上流域面雨量為609.1 mm，平均徑流深為68.5 mm。安子哇斷以上流域面雨量為614.2 mm，平均徑流深為72.5 mm。各個斷面多年平均面雨量均大于淳化站多年平均徑流深。

(2)冶峪河流域上王莊以上植被條件好，故產(chǎn)流條件好。淳化縣城以下為黃土塬梁溝壑區(qū)，植被較差，產(chǎn)流條件也差。年降水量由上游向下游遞減，徑流深也由上游向下游遞減，這是符合冶峪河流域徑流變化規(guī)律的。

4 結(jié)語

本文通過選擇淳化水文站長系列水文資料，對冶峪河流域屯莊水庫壩址處連續(xù)徑流系列，徑流特性進(jìn)行分析。并對徑流量進(jìn)行計算，對成果合理性進(jìn)行了分析。計算方法規(guī)范，依據(jù)可靠，成果合理。計算徑流具有一定的代表性、合理性，為水庫徑流調(diào)節(jié)計算提供參考依據(jù)，也為類似的河流徑流計算提供參考。