無(wú)資料流域水庫(kù)徑流計(jì)算方法的探討

孟慶峰，徐 潔

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002）

0 前言

羊叉河水庫(kù)所在河流為烏江支流貓?zhí)拥囊患?jí)支流羊叉河上，壩址以上流域集水面積22.7 km2，主河道河長(zhǎng)11.3 km，主河道平均坡降24.2‰。設(shè)計(jì)壩址以上流域無(wú)任何實(shí)測(cè)降水量及徑流資料，根據(jù)周邊測(cè)站的地理分布、產(chǎn)匯流條件，資料情況等綜合考慮，選取麥翁水文站為水文參證站。選取麥格寨雨量站（距離設(shè)計(jì)流域最近）為降水參證站。因該水庫(kù)具有灌溉功能，只有清鎮(zhèn)氣站具有蒸發(fā)資料，因此同時(shí)選用清鎮(zhèn)氣象站為雨量參證站進(jìn)行比較。其他雨量站做面上降水及分析參考用。

1 不同的徑流計(jì)算方法

（1）方法1：以麥翁水文站為參證站，考慮集水面積、面降水量、徑流系數(shù)及徑流變差系數(shù)CV修正的水文比擬法[1~2]進(jìn)行年徑流計(jì)算，用麥翁水文站的徑流分配過(guò)程進(jìn)行分配。

麥翁水文站經(jīng)插補(bǔ)延長(zhǎng)后具有1961年～2014年共53年(水文年)的徑流資料系列。壩址的徑流以麥翁水文站為參證站，按水文比擬法并結(jié)合降水、徑流系數(shù)及CV修正來(lái)推求。

經(jīng)分析，麥翁水文站以上流域面降水量以麥翁、三個(gè)山、二官寨、樂(lè)平、平壩等5站為代表，其多年平均面降水量為1243.5 mm；羊叉河水庫(kù)壩址以上面降水量以在流域分水嶺附近的麥格寨雨量站代表，其多年平均面降水量為1161.7 mm。

羊叉河水庫(kù)壩址多年平均流量按下面公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

根據(jù)《貴州省地表水資源》的有關(guān)等值線圖，并結(jié)合水文站的徑流CV綜合確定壩址處CV取0.34。由于水文站的徑流CV為0.33，與壩址處的有一定差異，采用上面的公式計(jì)算的壩址的徑流CV與水文站的CV是一致的，根據(jù)計(jì)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(jì)年均流量頻率曲線。根據(jù)水文參證站的實(shí)測(cè)歷年年均流量及對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)頻率，結(jié)合參證站采用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，計(jì)算出參證站相應(yīng)年份的理論年均流量值，結(jié)合壩址采用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，計(jì)算出壩址相應(yīng)年份的理論年均流量值，即：Q參證站實(shí)測(cè)÷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，按水文站分配率分配可得到水庫(kù)的徑流過(guò)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(jì)算的壩址成果。

（2）方法2：以麥格寨雨量站為參證站，采用降水徑流同頻率相應(yīng)法[3]推求年徑流，用麥格雨量站的降水分配過(guò)程進(jìn)行分配，并對(duì)枯水進(jìn)行控制。

降水徑流同頻率相應(yīng)法假定設(shè)計(jì)流域降水與參證流域歷年徑流之經(jīng)驗(yàn)頻率相一致。先確定設(shè)計(jì)流域徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)，點(diǎn)繪理論P(yáng)-Ⅲ型曲線，再根據(jù)降水情況確定逐年之徑流深、徑流量。根據(jù)麥格寨雨量站的降水資料，結(jié)合《貴州省地表水資源》成果，并按照枯水調(diào)查分析成果控制，采用降水徑流同頻率相應(yīng)法作出壩址處的年徑流成果。

根據(jù)麥格寨雨量站1964年～2014年歷年年降水資料系列，得出其多年平均降水量為1161.7 mm（水文年），年降水量變差系數(shù)CV為0.19，偏態(tài)系數(shù)CS為2CV（壩址的降水量統(tǒng)計(jì)參數(shù)采用麥格雨量站的成果，多年平均降水量1161.7 mm，CV=0.19，CS/CV=2）。

查《貴州省地表水資源附圖》，設(shè)計(jì)流域的多年平均年徑流系數(shù)在0.53左右。根據(jù)所作的降水分析成果以及上述水文比擬法成果，計(jì)算得本工程多年平均徑流深為616 mm；再查“多年平均徑流深等值線圖”知本流域的多年平均徑流深在600 mm～700 mm之間，說(shuō)明本工程的多年平均徑流深是合理的。徑流的變差系數(shù)根據(jù)《貴州省地表水資源》中的公式:

式中:CVy為年徑流變差系數(shù)；CVx為年降水變差系數(shù)，CVx=0.19；F為集水面積，F(xiàn)＜100 km2時(shí)取F=100 km2；α為年徑流系數(shù)；m、β、γ 為地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，m=0.7，β=0.04，γ=1.3。

計(jì)算得CV=0.34，結(jié)合《貴州省地表水資源》上有關(guān)等值線圖及麥翁站的徑流CV，取年徑流的變差系數(shù)CV=0.34偏態(tài)系數(shù)CS取 2CV。

根據(jù)麥格寨雨量站歷年降水量的經(jīng)驗(yàn)頻率在年徑流深設(shè)計(jì)頻率曲線上查得一徑流深，再用年降水量的實(shí)測(cè)值與同一經(jīng)驗(yàn)頻率查降水頻率曲線上的理論值進(jìn)行修正，即可得到逐年的徑流深。徑流的年內(nèi)分配，按降水分配率分配并對(duì)枯水進(jìn)行控制可得到水庫(kù)的徑流過(guò)程。

根據(jù)麥翁水文站歷年枯水資料分析，并結(jié)合《貴州省枯水調(diào)查等值線圖》成果，壩址處最小月流量枯水模數(shù)以1.5 L/(s·km2)控制。

（3）方法3：以麥格寨雨量站為參證站，采用降水徑流同頻率相應(yīng)法推求年徑流，用麥翁水文站的徑流分配過(guò)程進(jìn)行分配。

壩址處歷年年徑流量采用降水徑流同頻率相應(yīng)法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法同前。徑流的年內(nèi)分配按麥翁水文站相應(yīng)年份徑流分配率來(lái)分配。

（4）方法4：以清鎮(zhèn)氣象站為參證站，采用降水徑流同頻率相應(yīng)法推求年徑流，用清鎮(zhèn)氣象站的降水分配過(guò)程進(jìn)行分配，并對(duì)枯水進(jìn)行控制。

方法4與方法2一致，只是將參證站變?yōu)榍彐?zhèn)氣象站。根據(jù)清鎮(zhèn)氣象站1961年～2014年歷年年降水資料系列，得出其多年平均降水量為1146.6 mm（羊叉河水庫(kù)壩址以上面降水量以在流域分水嶺附近的麥格寨雨量站代表，其多年平均面降水量為1161.7 mm），年降水量變差系數(shù)CV為0.17，偏態(tài)系數(shù)CS為2CV。徑流系數(shù)取0.53，徑流深為616 mm，徑流CV取0.34。按清鎮(zhèn)氣象站降水分配率進(jìn)行分配并對(duì)枯水進(jìn)行控制可得到水庫(kù)的徑流過(guò)程。

（5）方法5：以清鎮(zhèn)氣象站為參證站，采用降水徑流同頻率相應(yīng)法推求年徑流，用麥翁水文站的徑流分配過(guò)程進(jìn)行分配。

壩址處歷年年徑流量采用清鎮(zhèn)氣象站降水徑流同頻率相應(yīng)法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法同前。徑流的年內(nèi)分配按麥翁水文站相應(yīng)年份徑流分配率來(lái)分配。

表1 羊叉河水庫(kù)壩址徑流分析計(jì)算比較成果表

2 徑流計(jì)算成果分析

由表1可知，方法2與方法4多年平均統(tǒng)計(jì)參數(shù)成果差異較小，也就是說(shuō)麥格寨雨量站或清鎮(zhèn)氣象站為參證站，對(duì)多年平均徑流成果的影響較小。建立麥格寨雨量站與清鎮(zhèn)氣象站年降水量相關(guān)關(guān)系分析（見(jiàn)圖1），其相關(guān)系數(shù)僅為0.67，相關(guān)性較差；從清鎮(zhèn)氣象站及麥格寨雨量站歷年年降水量過(guò)程線圖來(lái)看（見(jiàn)圖2），且年際差異比較明顯。因設(shè)計(jì)流域集水面積較小，且麥格寨雨量站位于設(shè)計(jì)流域分水嶺附近，降水特征基本反映設(shè)計(jì)流域的情況；清鎮(zhèn)氣象站距離設(shè)計(jì)流域較遠(yuǎn)，清鎮(zhèn)氣象站不適合作為設(shè)計(jì)流域的參證站，因此以清鎮(zhèn)氣象站為參證站的方法4和方法5徑流計(jì)算方法及成果不可取。

圖1 麥格寨雨量站與清鎮(zhèn)氣象站年降雨量相關(guān)關(guān)系曲線圖

圖2 清鎮(zhèn)氣象站與麥格寨雨量站歷年年降水量過(guò)程線圖

圖3 麥格寨雨量站與麥翁水文站年徑流相關(guān)關(guān)系曲線圖

從麥格寨雨量站年降水量與麥翁水文站年徑流相關(guān)分析來(lái)看（見(jiàn)圖3），其相關(guān)系數(shù)為0.73，相關(guān)性也不好。因此以麥翁水文站為參證站，采用水文比擬計(jì)算的方法1的徑流成果也不是很合適。

從上面的分析來(lái)看，可以否定方法1、方法4及方法5的徑流成果。

因此設(shè)計(jì)壩址徑流以麥格寨雨量站為參證站，采用降水徑流同頻率相應(yīng)法推求年徑流，差異只是分配問(wèn)題；方法2是以麥格寨雨量站的降水過(guò)程進(jìn)行分配，并考慮枯水控制；方法3則是以麥翁水文站的徑流過(guò)程進(jìn)行分配。從方法2與方法3的徑流計(jì)算成果來(lái)看，方法2計(jì)算的枯水徑流要偏大一些，11月~次年4月枯半年方法2比方法3成果大29.9%，最小月方法2比方法3成果大12.5%；方法2計(jì)算的11月~次年4月枯半年占全年凈流量的20.8%，方法3計(jì)算的11月~次年4月枯半年占全年凈流量的16.0%。主要原因是降水過(guò)程進(jìn)行分配，并進(jìn)行枯水控制可能加大枯水徑流成果（①是降水徑流的非同步性，徑流要滯后些，②枯水期匯流條件的差異）。從鄰近的水文站徑流成果來(lái)看，麥翁水文站同期枯水期11月~次年4月徑流占全年徑流量的15.4%；修文水文站枯水期11月~次年4月徑流占全年徑流量的17.3%。

圖4 麥格寨雨量站月降水量與麥翁水文站月徑流相關(guān)關(guān)系曲線圖

從麥格寨雨量站月降水量與麥翁水文站月徑流相關(guān)分析來(lái)看（見(jiàn)圖4），相關(guān)系數(shù)為0.81，相關(guān)性尚可；從興利調(diào)算分析，在同樣的供水量情況下，方法2計(jì)算的興利庫(kù)容較方法3要小5%左右；綜合考慮，壩址徑流以麥格寨雨量站為參證站，采用降水徑流同頻率相應(yīng)法推求年徑流，以麥翁水文站的徑流過(guò)程進(jìn)行分配方法3計(jì)算的徑流成果。

3 結(jié)論

羊叉河水庫(kù)徑流采用5種方法計(jì)算，并從羊叉河流域的徑流特性及周邊麥翁水文站、麥格寨雨量站、清鎮(zhèn)氣象站的分布情況、流域特性以及相關(guān)性等方面，結(jié)合工程供水安全等方面因素，綜合選定了以麥格寨雨量站為參證站，采用降水徑流同頻率相應(yīng)法推求年徑流，以麥翁水文站的徑流過(guò)程進(jìn)行分配的徑流成果，成果安全可靠，為其他無(wú)資料流域水庫(kù)徑流計(jì)算及如何選擇最終成果提供了借鑒。