关于石堡川河径流计算的几点看法

2011-05-03白忠奎

陕西水利 2011年2期

白忠奎

（渭南市石堡川水库灌溉管理局陕西澄城 715200）

随着水资源的日益短缺，充分利用河流水资源显得尤为重要。而合理配置和最大限度开发利用该流域水资源的关键问题就是掌握其径流规律和基础数值。本文在对石堡川河流域基本状况进行客观分析的基础上,通过水文比拟法和径流系数法计算该河多年平均径流量和径流深，并对其径流值从产汇流规律、降水的变差系数和地区分布规律等方面对其计算成果合理性进行分析，使之计算数值为最佳开发利用该河流水资源提供借鉴。

1 概况

石堡川河系北洛河左岸的一级支流，流域面积950.3 km2，河流全长79.3km，水库位于洛川县石头乡盘曲河村东500m处,坝址以上控制面积820 km2，占全流域的86.3%，河道长62.1km，占河道总长的78.1%，该流域属寒温带大陆性干燥气候区，常年多风，年日照时数2547h，无霜期202d，平均气温12.3℃，绝对最高气温39.4℃，绝对最低气温-16.7℃，多年平均降雨量549.2mm，最大蒸发量为1367mm，最小蒸发量为929mm。多年平均蒸发量为1192mm，该流域平均降水量575mm，6月～8月的降水量占年降水量的77.2%，径流补给来源决定了石堡川河的水文情势和变化规律，而石堡川河径流主要是由该流域降水汇流形成，其水情随降水的时空分布不同而改变。汛期河流来水量主要是靠降水补给，枯水期河流来水量主要靠地下水补给，故径流的年内分配不均匀，年际变化很大。由于该流域水量比较集中,汇流成石堡川河，故石堡川水库建于此河之上，研究石堡川河径流量对石堡川水库利用水资源并进行合理调配以及防汛保安工作有着重要的指导作用。

2 参证站的选择

计算年径流量时由于地形、下垫面以及植被的差异，会造成不同的汇流结果，所以计算河流径流量要根据河流的现状选择其计算方式。鉴于石堡川水库以上流域水文资料短缺，所以计算该河流径流量应采取水文比拟法和径流系数法。由于该流域主要由塬区和山区组成，其径流变化受气候和下垫面植被等诸多因素影响，故石堡川水库的年径流量采用塬区和山区分别计算后叠加。石堡川河流域三岔河口以上为黄土区，森林茂密，占该流域3/4，下垫面及气候条件与邻近的涺水河相似，而薜峰水库建立于涺水河，所以石堡川河山区径流量计算选择涺水河薜峰水库为参证站，薜峰水库集水面积为529 km2。该流域三岔河至石堡川坝址间属于黄土塬区，沟壑与丘陵交错，植被较差，下垫面及气候条件与邻近的仕望川河流域较相似。仕望川河建有大村水文站，故石堡川河塬区流量计算选择仕望川河大村水文站为参证站,大村水文站集水面积为2141km2。按《水利水电工程水文计算规范》，石堡川水库年径流采用面积比拟法，山区和塬区的参证站按面雨量修正后进行叠加，可计算出石堡川水库坝址的年径流量。

表1 石堡川流域频率曲线参数和计算成果

表2 石堡川水库与两参证站各项数值统计表

3 年径流计算方法

3.1 水文比拟法

通过该流域径流系列代表分析，辅之以水文比拟进行径流均值计算。此次石堡川水库坝址年径流量系列计算为39年，即从1960年至1998年。根据《渭南地区水文手册》相关资料，查询石堡川河、沁水河和仕望川河相关数据，因其径流资料与石堡川河径流资料是在同一条件下产生的，具有一致性，类比到石堡川水库同样也具有一致性。同时1960年～1998年39年径流系列对总体而言，只能属于一个容量有限的样本，要分析其代表性，也只能从径流资料系列的丰、枯水交替变化以及系列统计参数达到相对稳定的情况，来说明样本系列的分布是否能够代表总体规律。通过《渭南地区水文手册》查询，石堡川河流域与相邻或相近的参证站丰枯年基本相似，石堡川河1962年～1964年、1975年～1988年为两个丰水段，1966年～1974年、1989年～1997年为两个枯水段。在39年系列中，有特丰水年1964年、1988年，其年径流量分别为 20869 万 m3、19910 万 m3，约为多年平均径流的3倍多；特枯年为1995年、1997年，年径流量为2008万m3和839万m3，为平均径流量的1/3和1/10倍；平水年有1968年、1971年，年径流量分别为6350万m3、6308万m3。同时也可以看出：均值及Cv随系列增长趋于稳定，均值稳定在6400万m3左右，Cv稳定在0.9左右，以上表明石堡川水库年径流量系列具有一定的代表性。在此分析的基础上，查《渭南地区水文手册》对石堡川水库坝址1960年～1998年39年径流量系列进行频率计算，其流域年径流均值为6391万m3，Cv为0.85，通过采用PⅢ型曲线适线的方法，适线后均值为6400 万 m3，Cv=0.90，Cs=2.5Cv。该流域频率曲线和计算成果见表1。

3.2 径流系数法

通过查图法查询该流域降雨量推算径流系数，通过径流系数法计算石堡川河流域年径流量均值。目前石堡川水库坝址以上流域只有黄龙气象站观测降水,黄龙气象站位于石堡川水库坝址以上流域中心,降水资料系列长,基本能够反映出设计流域的降水变化规律。此次计算石堡川水库坝址以上流域年径流均值由山区和塬区叠加，该流域山区面雨量采用黄龙气象站的点雨量代替。经计算，多年平均面雨量为575mm，塬区面雨量计算采用石堡川河下游北塬雨量站点雨量与黄龙气象站点雨量算术平均，其值为554.9mm，该流域雨量为570 mm。通过《渭南地区水文手册》查询，参证站仕望川大村站以上流域雨量为575.5 mm,涺水河薛峰水库以上流域雨量为652.5mm,故石堡川河年雨量计算数值570 mm具有一定的科学依据。查《渭南地区水文手册》多年平均径流系数等值线图可知∶石堡川水库坝址以上径流系数为0.15，流域面雨量为570mm。根据公式W=0.1aFP,其中W为多年平均径流量万m3，a为径流系数，F为集水面积km2，P为面平均雨量mm，计算得石堡川水库坝址处多年平均径流量为7010万m3。

4 年径流量计算成果比较

两种方法计算石堡川河流域年径流量结果比较接近，多年平均径流量相差9.5%。由于年径流量变化不仅受下垫面、植被影响，受气候因素制约，采用径流系数法计算年径流量，只是从面上径流的变化规律分析估算石堡川水库坝址的年径流量，而水文比拟法推求设计流域年径流量按不同下垫面产汇流特性逐年分析，然后叠加，更符合流域实际情况。因此，石堡川坝址以上流域径流量计算采用水文比拟法计算比较合理，所以石堡川河流域年平均径流量为6400万m3，径流深为78mm。

5 成果合理性分析

5.1 径流量的均值从成因上是合理的

石堡川河流域特定的地形及植被条件限定了年径流分析计算方法。本次计算充分考虑了流域的特殊性，从产汇流的角度进行综合分析，确定与之相近或相邻的参证站，其选择比较合理。通过分山区和塬区分别计算，计算结果予以叠加，符合产汇流规律，故径流量的均值从成因的角度上是合理的。

5.2 径流量与本流域降水基本协调

石堡川的径流是由降雨产生的，其大小受小垫面植被等综合因素影响。从黄龙气象站降水量变化来看，多年平均降水量为575mm，年最大降水量为831.2mm，为多年平均值的1.4倍，年最小降水量为337 mm，为多年平均值的0.6倍，最大降水量为最小降水量的2.5倍。石堡川水库多年平均径流深为78mm，年径流量最大为22173万m3，是多年平均值的5.3倍，年径流量最小为909万m3，是多年平均值的0.14倍，最大年径流量为最小年径流量的24.4倍。从以上数据可以看出：石堡川水库坝址以上流域降水量大于径流深，而年降水的变差系数则小于年径流量的变差系数，故径流量与本流域降水量基本协调。