西阳河流域李家河水电站径流分析

李博远

（中国农业大学 水利与土木工程学院，北京100083）

西阳河流域李家河水电站径流分析

李博远

（中国农业大学 水利与土木工程学院，北京100083）

在无资料地区径流分析成果情况下，根据流域水文下垫面调查，流域或相近流域水文调查成果进行比较分析后，确定设计径流成果，既能保证成果的合理可靠性，也可满足设计精度要求。以西阳河流域李家河水电站为例，论述了无资料地区设计径流计算方法和过程，得出了设计径流成果。

径流分析；产流；双曲正切模型；幂函数模型

1 流域概况

西阳河流域位于山西省中条山南麓，干流发源于山西省沁水县下川乡境内，流经垣曲县历山、英言、蒲掌、窑头直入黄河，河道总长53km，河道纵坡1.2%，流域面积450.9km2。流域内地势北高南低，整个河段穿行于峡谷之中。

李家河水电站工程坝址位于山西省垣曲县历山镇李家河村附近，控制流域面积202.2km2，河道长28km，纵坡2.3%。李家河水电站控制流域位于西阳河上游，森林茂密，植被良好，受人类活动影响小，水土流失轻微。

西阳河流域属于温暖带半干旱半湿润地区，流域多年平均气温13.2℃，实测极端最高气温41.5℃（1966年6月22日），极端最低气温-14.5℃；多年平均降水量667.0mm，其中6～9月降水量站全年降水量的72.4%；多年平均蒸发量2143.5mm，在空间上蒸发量随地形变化而变化，随海拔高程的增加而衰减；实测最大风速24m/s，平均风速2.5m/s。

2 径流分析方法

西阳河流域无水文测站，无资料地区径流分析的一般方法有等值线法、相似流域参证站比拟法、水文模型法等。

水文模型法通过大量水文测站实测径流数据，采用回归分析的方法建立经验水文模型，或者根据水文学原理建立数学模型后，根据水文测站实测数据率定参数，确定模型。水文模型法是建立在大量实测数据基础上的，模型的通用性强、精度较高，是无资料地区径流计算常用的方法之一。

3 水文模型法径流分析

3.1 水文模型

山西省地表径流计算的水文模型主要包括幂函数和双曲正切两种模型，这两种模型表达了流域不同水文下垫面条件下年降水量与地表径流之间的变化规律。

幂函数模型的数学表达如式（1）：

当流域由多种产流地类组成时，流域产流复合参数a通过式（2）计算：

式中 A为设计流域面积 （km2）；Ai为第i类产流地类的面积（km2）；ai为第i类产流地类产流参数（mm）。

双曲正切模型的数学表达式如式（3）、（4）：

山西省基流均值计算模型的的数学表达式如式（5）：

对于设计流域包含不同水文下垫面的基流模型的数学表达如式（6）：

式中 Ai为流域第i地类面积（km2）；ci为流域第i地类产流参数（mm）；K0i为流域第i类无效相对降水。

3.2 径流分析计算

3.2.1 地表径流计算

3.2.1.1 流域参数确定

径流计算的流域参数包括流域面积、产流地类组成和流域分区等，流域面积可根据地形图量测得出，产流地类组成可查《山西省水文下垫面产流地类图》结合现场调查情况确定。西阳河李家河水库坝址控制流域面积202.2km2，水文下垫面产流地类分别为灰岩森林山地30.4km2，变质岩森林山地171.8km2。流域分区可查《山西省水文分区图》，西阳河流域属于东区。

3.2.1.2 模型参数确定

径流水文模型各参数可查 《山西省水文计算手册》相关图表，并结合流域现场调查所得植被、地形地貌资料确定。

山西省多年平均降水量507.6mm，西阳河流域降水量使用流域内落凹、望仙2处雨量站实测降水资料计算值707.0mm，由此计算出相对降水K=1.393mm。西阳河流域西阳村以上植被条件较好，灰岩森林山地和变质岩森林山地的参数a分别取值5mm和38mm。参数b根据水文分区取2.72。

产流地类可能最大损失Zmi根据流域植被情况较好的实际情况，灰岩森林山地取2400mm，变质岩森林山地取1050mm。

3.2.1.3 地表径流计算

根据以上参数和模型方法计算西阳河李家河水库坝址地表径流，如表1。

表1 李家河水库地表径流计算 单位：mm

幂函数模型计算得出地表径流81.4mm，双曲正切模型计算得出地表径流79.8mm，二者径流结果相差2%，基本一致。从安全角度考虑，将较小径流结果作为以兴利为主要任务的水利工程径流成果，因此确定双切正切模型结果79.8mm作为地表径流成果。

3.2.2 基流计算

3.2.2.1 模型参数确定

《山西省水文计算手册》给出了基流计算的产流参数ci和K0的取值表，表中根据流域植被情况、地质地貌情况列出了上限值、下限值和一般值。西阳河李家河水库坝址控制流域计算时按一般水平取值。具体取值如表2。

表2 李家河水电站基流分析计算

3.2.2.2 基流计算

基流计算详情如表2。流域产流参数c的复合值83.2mm，综合相对无效降水参数K0为0.82。模型法计算所得流域基流48.1mm。

3.2.3 设计径流

设计径流由流域径流均值、变差系数和偏态系数3个参数计算得出。流域径流由地表径流和基流组成，即R=Rs+Rg，则李家河水库径流均值R为128.9mm。李家河水库地表径流量1610万m3，基流量970万m3，径流总量2580万m3。李家河设计径流成果如表3。

表3 李家河水库设计径流成果

4 设计径流成果合理性分析

选用相邻流域泗交水文站作为参证站，分析本区域径流计算结果的合理性。泗交水文站位于夏县泗交镇泗交村王家河上，位于本研究区域附近。从流域参数特征分析，泗交水文站控制流域面积13.9km2，与设计流域相比，流域面积相差较大，不宜作为参证站直接采用。但泗交站水文下垫面为变质岩森林与设计流域相似，流域平均年降水量699.7mm，与设计流域接近。因此可用其验证设计径流成果的合理性。

泗交水文站多年平均径流深154.0mm，径流系数0.22，西阳河李家河水库径流深128.9mm，径流系数0.18。二者相近，考虑到灰岩森林产流条件差于变质岩森林，可能最大损失Zm应大于变质岩森林区，因此设计径流成果的径流系数小于泗交站，且设计流域与参证流域气候相同，径流相近，因此设计径流成果是合理可靠的。

5 结语

水文模型是无资料地区径流计算的重要途径，采用水文模型计算时，参数选择除依靠查各种手册成果外，一定要进行流域实地调查。调查的主要内容包括流域植被覆盖程度、地表岩性裂隙发育强度、破碎风化程度、地形坡度、沟壑发育程度。依靠调查情况合理确定各参数取值，并应对枯水情况进行调查，论证径流成果的合理性和可靠性。

［1］山西省水利厅.山西省水文计算手册［K］.郑州：黄河水利出版社，2011.

［2］SL77—2013，小型水电站水文计算规范［S］.

［3］山西省水利厅.山西省水文计算手册选用站水文下垫面产流地类图册［M］.郑州：黄河水利出版社，2011.

［4］山西省水利厅.山西省水文计算手册编制方法与技术［M］.郑州：黄河水利出版社，2011.

［5］山西省水利厅.山西省清泉水流量调查成果［M］.郑州：黄河水利出版社，2011.

The runoff analysis of Xiyang River Lijiahe Power Station

LI Bo-yuan
（College of Water Resources and Civil Engineering ，China Agricultural University， Beijing 100083，China）

The runoff analysis achievement of area without data is one of the main gist that can be use to determine the water project scale.After we get the runoff result by different analyses method，according to the hydrologic underline investigation， watershed or similar watershed analysis and compare， design runoff achievement can not only ensure the reasonableness and reliability of the result，but satisfy the request of the design accuracy.Taking the Xiyang River Lijiahe hydropower station for an example， the paper illustrates the method and process of design runoff circulation， and draws the conclusion of the design runoff.

runoff analysis； runoff producing； hyperbolic tangent model； power function model

TV747 文献标识码：B 文章编号：1672-9900（2017）06-0029-03

2017-10-08

李博远（1994-），男（汉族），山西太原人，硕士研究生，主要从事水利水电方向研究，（Tel）13934244069。

尹健婷）