降雨径流关系法在水资源论证中的应用

2014-02-28

四川水利 2014年4期

(四川省水文水资源勘测局，成都，610036)

径流来水量计算是水资源论证中非常重要的部分。目前，对无资料地区径流量的推求方法较多，也较成熟，但在如何系统地利用降雨资料推求地区径流量的相对较少。

隧洞进出口取水口径流来水量的计算是一项复杂且重要的工作，由于隧洞区域水资源的脆弱性和有限性，其径流来水量(简称径流量)的精确计算，对隧洞区域的水资源开发与综合利用、水土保持、生态环境保护及其可持续发展，具有非常重要的意义。因此，本文主要就如何系统地利用降雨资料推求隧洞出口取水口非闭合小流域径流来水量计算进行探讨。

1 降雨径流关系计算法

降雨径流关系法是指工程所在流域附近找不到参证流域，但若具有较长系列的降雨资料，经分析有较好的代表性，可根据算出的多年平均年降雨量和查出的多年平均年径流系数，进而得到多年平均年径流量。

此法相对于无资料地区径流量的其他推求方法精度较高，由于资料收集的程度，其它计算方法各有局限。如无资料流域移置水文相似区内相似流域的实测水文特征值的水文比拟法，要求流域的相似程度高，特别是流域下垫面比较接近，流域面积不超过15%为宜。其关键是找到有实测资料的参证流域，对于小流域一般的实测资料比较匮乏，难以找到合适的有实测资料的参证流域，且运用此法所求径流量偏差较大；等值线图法则是利用我国已绘制的全国和分省(区)的水文特征等值线图、表进行径流量的估算，等值线图一般按照中等流域资料绘制，小流域的实用性较差，且小流域一般是非闭合的或河槽下切不深，不能全部汇集或较少汇集地下径流，所以等值线图的误差可能很大。

降雨径流关系法适用于气候湿润雨量丰沛地区，如我国长江流域及其以南各省，年径流量和年降雨量之间关系密切。这种雨源型河流流域的径流主要由降水补给，径流特性与降水一致，即年际变化不大、年内分布不均。但在气候干燥少雨地区，降雨径流关系不密切，运用降雨径流关系法不适合，误差较大。

2 实践应用

2.1 项目介绍

2.1.1 项目位置。叙永至大村铁路乐园隧洞出口消防用水项目，位于古蔺县德跃镇凤凰村，东经105.41°、北纬28.03°，直距德跃镇政府所在地约2.04km，直距古蔺县县政府所在地约12.65km。

2.1.2 项目地形地貌。项目所在区域属四川盆地南缘山地与云贵高原过渡带，主要为低中山地貌，总体北低南东高，山体多呈东西走向，与构造线基本一致。山峦重叠，地形起伏，高差悬殊，海拔高程350m～1000m，相对高差200m～700m；沟谷基本上沿构造线发育，谷深坡陡，一般呈“V”形，局部为“U”形，宽谷谷底大多辟为农田；灰岩地区岩溶地貌显著，表面溶蚀严重，多石林、石柱等典型灰岩地貌特征；且溶蚀洼地、溶洞、暗河较多，洼地呈串珠状相连，暗河时隐时现，与地表水相通形成本区主要的排水通道。山坡植被一般较茂密，坡脚与斜坡地段多辟为旱地和水田，山势较陡处多为杉木林或松木。

洞址属剥蚀低中山地貌，地面高程800m～1446m，相对高差646m，少量地形相对平缓处辟为旱地及水田，大多地段人迹罕至，植被发育。

2.1.3 项目气象水文。项目区域古蔺县地处四川盆地南部边缘向贵州高原过度地带，具有四川盆地气候和贵州高原气候特征。其主要气候特点为四季分明，雨热同季，夏季炎热，冬季不太寒冷；气温差异大，无霜期长，年降雨量偏少，湿度适中，日照较充足，常年多夏伏旱，全县垂直气候明显。古蔺县不同地域气温分布差异大，具有四川盆地南部高温和贵州高原乍寒乍暖的特点，年平均气温17.6℃，气温年较差20.5℃，气候大陆性特征比较显著，气温年际变化16.8℃～18.6℃。极端气温的分布差异明显，7月为最热月，平均气温27.5℃，1月为最冷月，平均气温7.0℃，全年极端气温大于等于35℃的日数26.7d。不同季节日照变化差异大，夏季最多，冬季最少，夏季日照564h，占年日照时数的43%，冬季日照123h，占年日照时数的9.6%。年平均无霜期300.1d，年际变化在232d～365d之间，平均初霜日出现在12月16日，终霜日出现在2月16日。平均降雨量753.8mm，约2/3集中在5～8月份。

项目区域温暖潮湿，雨量充沛，地表径流较丰富，树枝状冲沟较发育，区内沟槽大多常年有水，但水量较小，多为基岩裂隙水，主要由大气降水补给，受季节影响变化较大，旱季水量较小，以杉木坪为分水岭，以西的水流入震东河，以东的水流入古蔺河。洞址区最大的地表水体为位于出口处的一条无名河沟，宽5m～12m，深约0.6m～1.2m，流向大致自西向东，勘测期间流量约3m3/s,流量不稳定，受季节影响变化大。

洞址区地下水类型，可划分为松散岩土类孔隙型潜水、基岩裂隙水。岩性主要为三叠系砂以及侏罗系泥岩夹为主，地下水以基岩裂隙水为主，泥岩富水性、导水性差；出口段泥灰岩浅部风化较强，裂隙发育，局部夹盐溶角砾岩，溶蚀作用较强烈，富水性较好；砂岩具备良好的地下水赋存空间和运移通道，富水性及导水均较好。

2.1.4 项目取水水源。本项目利用附近的无名河作为建设项目的取水水源，无名河控制集雨面积为28.48km2，无实测水文资料，属于无资料地区。但流域附近有小水雨量站、古蔺雨量站、箭竹坪雨量站等，各雨量站雨量资料每年都进行了单站资料整编和综合合理性检查，资料成功可靠，可供使用。故选用小水、古蔺、箭竹坪雨量站雨量资料推求流域来水量，进行相关的水源论证。

2.2 项目取水水源来水量计算

2.2.1 取水水源资料

无名河位于古蔺县德跃镇凤凰村，为古蔺河的二级支流，属长江干流及部分支流水系的赤水河流域，集雨面积为28.48km2。其中，古蔺河设有古蔺水文站，无名河无水文(位)站，无实测流量资料。

2.2.2 水文站雨量站布设及资料情况

流域附近有箭竹坪、古蔺、小水雨量站，流域所在干流古蔺河设有古蔺水文站，因取水口所在河流集水面积仅28.48km2，古蔺水文站断面以上集水面积达379km2，集水面积相差13余倍，并且地形地貌相差悬殊，故古蔺水文站水文资料不能直接用于本取水口水源论证。鉴于取水口所在地属无资料小流域，本次论证以箭竹坪、古蔺、小水3个雨量站的降雨资料作为本流域的降雨资料。其雨量站点情况见表1所示。

表1 工程取水口河段附近雨量站基本情况

2.2.3 资料评价

2.2.3.1 降雨资料的可靠性评价。箭竹坪等三个雨量站采用20cm雨量器观测雨量，每年观测资料都经过四川省水文水资源勘测局整编，符合《水文测验规范》和《水文资料整编规范》，资料精度可靠。

2.2.3.2 资料的一致性评价。箭竹坪等三个雨量站自从设站以来未经过调整，附近没有高的树木和建筑物影响，雨量观测，降雨资料具有一致性。从均值和Cv值统计参数来看，当资料系列长度大于或等于30年时，统计参数稳定，故认定所选用资料满足一致性要求。

2.2.3.3 资料的代表性评价。箭竹坪等三个雨量站属于省级基本雨量站，采用人工观测和雨量自记观测，资料精度高，观测项目齐全。其中箭竹坪雨量站有50年的观测资料，小水雨量站有47年的实测资料，古蔺雨量站有72年的实测资料，可满足计算要求。

2.2.4 来水量分析

2.2.4.1 建设项目流域径流计算。流域面平均降雨量统计参数，参证站采用箭竹坪、古蔺、小水3个雨量站，降雨资料系列按3个站都有的1966～2012年共47年逐年降水量成果。按数学期望公式Pm=[m/(n+1)]×100%计算经验频率，采用P-Ⅲ型曲线进行适线，经过统计分析计算，得到设计流域多年平均降雨量为991.54mm，Cv=0.15，CS=2.5Cv。乐园隧洞出口取水口流域不同设计保证率下年降水量成果见表2。

表2 不同保证率下的设计年降雨量成果

2.2.4.2 降水～径流系数。根据《四川省水资源及其开发利用现状调查评价》(2004年)成果，查泸州市古蔺河流域多年平均径流系数等值线图，取水口所在区域多年平均径流系数α介于0.35～0.45之间。根据当地植被、地形、地质、枯水流量等实际条件，经综合分析，确定该取水口所在区域多年平均径流系数α为0.36。

2.2.4.3 取水口所在断面逐年径流量及设计保证率年径流量。根据1966～2012年共47年的降雨系列资料，用降雨径流法推算得到各年径流量，用P-Ⅲ频率适线法进行计算，得到多年平均来水量为1042.61万m3，Cv=0.15，Cs=2.5Cv。乐园隧洞出口取水口流域不同保证率年径流量分析计算成果见表3，降雨～径流成果见表4

表3 取水口流域不同保证率年径流量分析计算成果

表3 取水口流域设计保证率下的年降雨～径流成果

根据以上计算，得到乐园隧洞出口取水口流域由降雨量推求径流的统计参数，径流深度为366mm，Cv=0.15，Cs=2.5Cv。

2.2.4.4 径流成果合理性分析。为了分析径流成果的合理性，现对项目取水口所在流域古蔺河和赤水河的降雨径流成果进行分析，分析结果如表5、表6所示。

表5 取水口所在流域水文站径流特征值统计(一)

表6 取水口所在流域水文站径流特征值统计(二)

2011年古蔺县为特大干旱年，是自1952年恢复雨量观测以来的降水量最小的一年。从表

5、表6中统计参数看出，降水量越小，土壤渗透、植被吸收和蒸发所占比例越大，径流系数越低。表中降雨～径流关系反映了古蔺河、赤水河来水的实际情况。从实测降水量与实测径流量,多年平均降水量与多年平均径流量的关系，结合泸州市2011年的降雨/径流等值线图分析，对比泸州市2011年的降雨/径流等值线图，查图得到年径流深度为350mm，Cv的值为0.15～0.20，均值和Cv值都非常接近。面上成果和点成果基本一致，本次论证径流量计算成果基本合理。