基于无资料地区多种方法的引乾济石调水工程来水量计算与分析

李 齐

（辽宁省葠窝水库管理局有限责任公司，辽宁 辽阳 111000）

1 工程概况

引乾济石调水工程是将汉江支流乾佑河水量穿越秦岭调入已建成的西安市石砭峪水库的跨流域调水工程，它是利用西康公路秦岭隧洞施工的有利条件修建输水隧洞，将柞水县乾佑河的水调入五台乡石砭峪水库，经过石砭峪水库统一调度调节后向西安市城区供水，增加城市生活和工业供水水量，并补充城区和下游河道生态环境用水。本工程是在老林河、太峪河、龙潭河上分别修筑低坝引水，由引水渠道引至隧洞前汇流池，经调节后入隧洞。引水线路全长21.85 km，其中18.05 km 为穿山隧洞，采取自流输水，引水洞最大输水流量为8 m3/s。为了保持下游河段的生活、生产和生态环境用水，流量小于0.2 m3/s 时不引水，在汛期尽可能多引，设计年调水量0.47 亿m3。

乾佑河为旬河支流，汉江二级支流，流域面积2505 km2，多年平均径流量6.88 亿m3，主要支流有老林沟、太峪河、龙潭河、安沙沟、卢材沟河、王家坪河、马房子河、县河、冷水河等。调水工程取水断面控制流域面积为262 km2，其中各条支流设计断面的汇水面积为老林河流域面积124 km2，太峪河流域面积76 km2，龙潭河流域面积62 km2。为了确定引水量，需要计算老林河、太峪河、龙潭河三条河流上低坝引水口处径流量，根据相关资料，河流上无水文实测资料，但在乾佑河上有柞水水文站，具有流量资料，为了避免单一方法计算结果的不准确性，采用面积比拟法和经验公式法（降雨量法和径流深法）对引乾济石各低坝引水口断面年径流量进行计算。

2 面积比拟法

采用参证流域面积比拟法计算取水断面径流量，参证站选用位于调水工程下游的柞水水文站，用面积比拟法推求设计流域年径流量[1]。计算公式如下：

式中：Q取水断面为引湑济黑调水工程湑水河取水口断面径流；Q柞水站为柞水站径流；K1为面积修正系数，为引乾济石调水工程乾佑河取水口断面控制流域面积与柞水水文站控制流域面积的比值；K2为降雨量修正系数，为老林雨量站控制流域多年平均面降雨量与柞水雨量站控制流域多年平均面降雨量的比值。

调水工程引水口位于柞水县县城西北约20 km 处的西康铁路秦岭隧洞南口附近，取水枢纽分别位于乾佑河上游支流老林沟、太峪河、龙潭河上，引水坝址以上总流域面积262 km2（老林沟流域面积124 km2、太峪河流域面积76 km2、龙潭河流域面积62 km2），柞水站控制流域面积457 km2，经计算老林沟、太峪河、龙潭河面积修正系数K1分别为0.2713、0.1663、0.1357。

秦岭山区降雨量随地形的起伏变化极为显著。相距20 km、高程相差仅150 m 的两雨量站多年平均降雨量相差80 mm，根据统计资料经计算得，老林雨量站多年平均降雨量836.4 mm，柞水雨量站多年平均降雨量759 mm，根据《水利工程实用水文水利计算》，对缺乏资料地区设计年径流量可以用降雨量进行修正。秦岭深山高程相差很大，河源高程接近2000 m，而取水口处高程不足1100 m，老林雨量站位于取水口附近，工程的流域面积均集中于老林站以上深山区，考虑降雨量随高程增加而显著增大的特点，取水工程流域平均雨量应远大于老林站的降雨量。经计算降雨量修正系数K2为1.102。

参证站多年平均径流量为1.4904 亿m3，采用面积比拟法和降雨量修正，设计流域各支流多年平均年径流量分别为：老林沟4457 万m3，太峪河2731 万m3，龙潭河2228 万m3，合计径流量9416 万m3。引乾济石调水工程各支流取水断面径流量成果见表1。

表1 引乾济石调水工程取水口断面径流量

3 经验公式法

经验公式法采用两种方法，分别为利用《商洛地区实用水文手册》中的由降水量推求设计流域多年平均径流深方法及参考《陕西省地表水资源》中所提供的“多年平均径流深等值线图”查算流域多年平均径流深方法[2-3]。

3.1 降雨资料推求取水断面年径流量

根据《商洛地区实用水文手册》，通过降水资料利用经验公式法推求流域设计年径流量。

（1）设计流域多年平均降雨量计算

引乾济石调水工程邻近有柞水雨量站1969 年～2010 年逐年降水量资料，取水工程流域内有老林雨量站1963 年～2010年共47 年逐年降水资料，其中1968 年以前部分年份缺测，缺测年份用邻近站雨量代替，对这两站年降水量作频率分析计算，目估适线，矩法计算统计参数，各频率年降水量成果见表2。

表2 各频率年降水量

（2）设计流域多年平均年径流量计算

根据《商洛地区实用水文手册》，流域多年平均年径流量计算采用公式如下：

式中：W 为流域多年平均年径流量，单位为万m3；F 为取水口以上流域面积，单位为km2，为262 km2；Y 为多年平均年径流深，Y=6.6×10-10×H4×F0.025，单位为mm；H 为流域多年平均年降水量，采用老林站多年平均降水量代替流域多年平均降雨量，为836.4 mm。

经计算，多年平均年径流深Y 为371.24 mm。利用径流深计算出各河多年平均年径流量为：老林河4603 万m3，太峪河2821 万m3，龙潭河2302 万m3，三河合计径流量9726 万m3。

表3 各支流取水口断面径流量

（3）各频率设计年径流量计算

根据《陕西省地表水资源》“年径流深变差系数等值线图”及“Cs/Cv 等值线图”取Cv=0.4，Cs/Cv=2.5，查出P—Ⅲ型曲线的模比系数Kp 值表，计算出各频率设计年径流量见表4。

表4 引乾济石调水工程取水口断面径流量

3.2 多年平均径流深推求设计年径流量

根据《陕西省地表水资源》，从“多年平均径流深等值线图”可查出设计流域多年平均径流深为380 mm。采用平均径流深与流域面积计算设计流域多年平均年径流量，计算结果分别为：老林河4712 万m3，太峪河2888 万m3，龙潭河2356 万m3，合计为9956 万m3。取Cv=0.40,Cs/Cv=2.50 确定P-Ⅲ曲线的模比系数Kp 值表，计算出各频率设计年径流量见表5。

表5 引乾济石调水工程取水口断面径流量

4 计算结果对比与分析

三种方法计算的调水工程各频率年径流量成果见表6。对以上三种方法推求的调水工程设计年径流量进行分析如下：经验公式法两种计算方法结果较相近，该两种方法均是通过推求流域多年平均径流深，进而利用P—Ⅲ曲线的模比系数Kp 求得年径流量。用降雨量公式求径流深，是根据地区降雨～径流深相关关系总结出来的，本身反映了径流深的变化规律，故而推求的设计径流量接近查算径流深等值线图的结果。面积比拟法利用柞水水文站31 年径流量资料的分析成果，在将参证站的径流量比拟至设计流域时，考虑到秦岭山区高程差异大，降雨量变幅大，用降雨量比值修正之后，其结果略小于经验公式的计算结果。由于经验公式是利用地区综合参数间接推算年径流，且地区综合参数采用的资料只到1980年，其代表性较差；面积比拟法采用实测径流资料的分析成果，其成果精度较高可信度大，推算出的年径流量较经验公式法小。故调水量计算采用面积比拟法修正后的计算成果。

表6 三种方法计算取水断面径流量成果对比 单位：万m3

5 结论

通过采用三种不同方法计算引乾济石调水工程来水量，经分析确定以面积比拟法修正后的计算成果作为引水量，精度与可靠性较高，能够较好的反映实际来水量。但是由于河流上无水文监测站，为了更好提高调水工程来水保障程度，建议在取水低坝处设置水量监测站，同时也要保障输水管线安全供水，避免破坏导致漏损，并且调水过程中也要考虑生态水量。