无实测资料地区径流分析计算方法探讨
2017-12-20，
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(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001)
无实测资料地区径流分析计算方法探讨
党晓军，沈鹏飞
(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001)
设计径流量计算是关系水库规模的一件很重要的工作,对于无实测资料地区，特别是参证站与设计流域下垫面不完全相同的情况下,其设计径流量计算十分复杂。本文以冯坊河水库为例，通过分析千河支流冯坊河与千河干流千阳水文站下垫面情况，将千阳水文站控制流域地貌划分为千河南部石山稍林区和千河北部残塬丘陵区，从而计算出与设计流域下垫面情况相同的千河北残塬丘陵区年径流量，然后按面积比拟法并考虑降雨修正计算得冯坊河水库设计年径流量，并通过地区水文手册径流深等值线法进行验证，提出了分区计算水库设计径流的思路。
径流；冯坊河水库；面积比拟；千阳
在水库工程设计中，常常需要计算河流水库断面相应于设计标准的年径流量及各时段径流的分配，即设计年径流计算。在缺乏实测径流资料的情况下，设计年径流量一般通过间接途径推求，目前常用的方法有相似流域面积比拟法、年径流深等值线图法等。本文以冯坊河水库为例，进行无资料地区且与参证站下垫面情况不完全相似情况下设计径流的分析计算。
1 概况
冯坊河是千河的一级支流，冯坊河水库坝址位于冯坊河商家堡村，坝址以上河道全长20.5 km，控制流域面积155.8 km2，河道平均比降为18.1‰；坝址以上流域地处千河北部山区的丘陵沟壑区，冲沟发育，沟梁纵横起伏交错，山头黄土盖帽，流域内人烟稀少，耕地少，植被较好,其下垫面情况为千河南残塬丘陵区。冯坊河水库及邻近流域水系站网分布式意图见图1。
图1 冯坊河水库及邻近流域水系站网分布式意图
冯坊河属于无资料河流，其临近千河干流修建有千阳水文站，千阳水文站控制流域面积为2 935 km2，流域面积较大，流域内径流量受地形、地貌、气候影响，差异较大，千阳水文站以上流域下垫面情况与设计流域下垫面情况不完全相似，如果直接采用千阳站进行计算，设计成果将会偏差较大，因此本文提出对千阳水文站按其下垫面情况进行分区处理，按照区内径流特征分析，将千阳水文站控制流域划分为千河南部石山稍林区和千河北部残塬丘陵区，从而计算出于设计流域相似的丘陵区径流量，按面积比拟法并用降雨修正得到冯坊河水库设计年径流量。
2 千河流域径流分析
2.1 千河径流特性
千河径流主要由降水补给，具有年际变化大，年内分配不均的特点。降水量年内分配因受大气环流和地形的影响，使千河流域降水量的分配具有时空分配不均的特征。7、8、9三个月的降水占年降水量的54.8%以上。
受降水分配的影响，千河流域径流年内及年际分布不均。根据千阳站1957～2015年实测资料统计，多年平均径流量3.53亿 m3，最大年径流量9.79亿 m3(1964年)，最小年径流量0.46亿 m3(1997年)，最大值和最小值分别为多年平均值的2.77倍和0.13倍；千河的径流主要集中在7～10月，其径流量站全年径流的58%，枯水期12～3月5个月的径流量仅占年径流的13%。
2.2 千阳水文站径流量分析计算
按千阳水文站径流特征及下垫面情况分析，可将千阳水文站控制流域划分为千河南部石山稍林区和千河北部残塬丘陵区，其中石山稍林区控制流域面积为911 km2，残塬丘陵区控制流域面积为2 024 km2，冯坊河水库下垫面情况与其残塬丘陵区相似。
2.2.1 参证站设计年径流计算
1)径流还原
千河流域千阳水文站以上有24.04万 hm2灌溉面积，按实际调查的用水定额，计算用水量，灌溉水回归系数按0.20考虑，将千阳水文站1957～2015年实测径流量还原成天然径流量。
2)千阳站设计年径流
根据千阳水文站1957～2015年59年天然年径流系列进行频率计算，按矩法估算统计参数初值，采用P-Ⅲ型曲线适线，统计参数如下：均值为3.73亿 m3、Cv=0.54、Cs/Cv=2.5，千阳站年径流量频率曲线图见图2。
3) 段家峡水文站设计年径流
段家峡水文站位于千河上游，控制流域面积为628 km2，其控制流域内地质、地貌、植被、气候与千河南部石山稍林区流域特征基本相同，因此千河南部石山稍林区设计年径流量计算，可依据段家峡水文站为参证站。
图2 千阳站年径流量频率曲线图
段家峡水文站观测有1960～1970年11年水文观测资料，千河千阳站和段家峡站径流具有较好的对应关系，段家峡水文站年径流的插补延长方法采用段家峡站实测年径流和千阳站同期天然年径流相关计算，相关方程：W段=0.323 W千1.014，相关系数：r=0.98。段家峡实测年径流与千阳同期天然年径流相关关系图见图3。
图3 段家峡实测年径流与千阳同期天然年径流相关关系图
图4 段家峡站年径流量频率曲线图
从而可得段家峡水文站插补延长后1957～2015年径流系列，其多年平均值为1.35 亿 m3。
根据插补延长后段家峡水文站1957～2015年59年径流系列进行频率计算，按矩法估算统计参数初值，采用P-Ⅲ型曲线适线，统计参数如下：均值为1.35亿 m3、Cv=0.53、Cs/Cv=2.5。
段家峡站年径流量频率曲线图见图4。
2.2.2 千河北部残塬丘陵区设计年径流量
段家峡水文站控制流域面积为628 km2，千河南部石山稍林区流域面积为911 km2，按面积比拟法可求得千河南部石山稍林区不同频率年径流量，并从千阳水文站不同频率年径流量中扣除，既得千河北部残塬丘陵区不同频率年径流量，见表1。
表1 千河流域不同频率年径流量表 亿 m3
3 冯坊河水库坝址断面年径流分析
拟建冯坊河水库为中型水库，工程的主要任务为城乡供水和灌溉供水为主,坝址位于千阳县千河一级支流冯坊河流域，坝址以上控制流域面积155.8 km2。冯坊河水库设计年径流分析分别采用相似流域面积比拟法、水文手册等值线图法进行计算，选取面积比拟法作为冯坊河水库设计值。
3.1 面积比拟法
冯坊河水库控制流域面积处于残塬丘陵区内，其设计年径流量可用千河北部残塬丘陵区年径流量用面积比拟法并用雨量修正计算，其表达式为：
W设=w参×F设/F参×p设/p参
式中：W设、W参分别为设计站、参证站年径流量；F设、F参分别为设计站、参证站流域面积；p设、p参分别为设计站、参证站流域平均降雨量(经计算，设计流域与参证流域平均降雨量均为650 mm，因此修正系数为1)。
可得到冯坊河坝址处的设计年径流量,成果见表2。
表2 冯坊河水库坝址不同频率年径流量成果表 亿m3
3.2 等值线图法
根据《宝鸡地区实用水文手册》径流深等值线图查算,冯坊河水库坝址以上径流深为90 mm，折合年径流量分别为1 400万 m3。
3.3 设计径流计算成果分析
3.3.1 设计年径流量
根据千河千阳水文站实测资料分区按面积比拟法和宝鸡地区水文手册等值线图法分别计算得冯坊河坝址多年平均径流量见表3，从表中可以看出，两种方法计算成果差别不大，按千阳水文站实测资料分区按面积比拟法计算得坝址处设计值较小，因此选用实测资料分区计算，较符合实际，因此可采用千河实测资料分区按面积比拟法计算成果作为冯坊河水库设计值。
3.3.2 设计径流年内分配
冯坊河水库坝址处径流量年内月分配系采用千阳站实测年内月分配系数进行分配，根据上述分配系数可计算出冯坊河水库坝址的年内月分配。成果见表4。
表3 不同方法计算坝址处年径流量表
表4 冯坊河水库坝址多年平均径流年内月分配表
4 结语
水库设计径流量的计算是关系到水库规模大小的一件很重要的工作,对于无资料地区的径流量计算更是一项较复杂的工作，在无实测径流资料或实测径流资料很少不能直接作为水文分析计算的地区，通过本文上述实例对参证站下垫面进行分区分析，提出了无资料地区且参证站与设计流域下垫面不同的情况下的计算方法，具有一定的参考意义。
TV121
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1004-1184(2017)05-0188-03
2017-06-14
党晓军(1975-)，男，陕西华县人，工程师，主要从事水文工程设计方面工作。
