关于闭合流域与袭夺外流域水库径流计算方法的探讨

李 聃,侯 凯,陈天虹

(毕节市勘测设计研究院，贵州 毕节 551700)

1 工程概况

赖子河水库所在河流为长江流域乌江水系干流三岔河上游二塘河段，坝址以上流域面积236 km2，占二塘河流域面积的29.5%，其中明流区集雨面积176 km2，伏流区集雨面积60 km2，并袭夺外流域(新河流域)面积为30.8 km2。流域属典型的山区雨源型河流，径流主要由降水补给，径流特性与降水特性基本一致，即年际变化小而年内分配不均，径流主要集中在5—10月，占全年径流总量的81.8%，枯季径流相对平稳。根据阳长水文站实测资料统计，最大年平均流量为61.8 m3/s，最小年平均流量为18.3 m3/s，最大年平均流量与最小年平均流量之比为3.4，最大年平均流量和最小年平均流量分别是多年平均流量的1.46倍和0.43倍。

2 阳长水文站年径流计算

阳长水文站上游约1.5 km处为纳雍电厂的三岔河取水口。纳雍电厂总装机规模2400 MW，分一厂(4×300 MW)和二厂(4×300 MW)，各厂设计取水量均为3051 m3/h，设计保证率为97%，年取水量为1831万m3。循环水排放量为326 m3/h，耗水量为2725 m3/h。取水设施于2002年12月建成投入使用，取水系统2003年4月移交生产，一厂1#、2#、3#、4#机组投产时间分别为2003年3月、8月，2004年4月、9月；二厂1#、2#、3#、4#机组投产时间分别为2005年6月、10月，2006年6月、12月。由于电厂耗水量较大，需考虑此部分水量还原计算。

为使得阳长水文站统计资料2003—2012年的径流系列具有一致性，需进行径流还原计算。本次初设复核采用分项调查法，根据收集到的纳雍电厂2003—2012年月发电量，逐月计算电厂取水的耗用水水量，平均年均还原流量0.596 m3/s。根据调查，由于电厂机组为分期投产且电厂取水流量根据实际运行情况进行调整，因此，还原流量与设计取水流量不完全一致。通过收集到的纳雍电厂2003—2012年取水记录进行校核，本次复核的还原水量成果合理可供本次设计使用。

阳长水文站1958—2012年径流资料按水文年5—10月、11—次年4月、最小月等时段进行频率分析计算，并以P-Ⅲ型曲线适线，成果见表1。从成果上看，径流统计参数符合区域变化规律。

表1 阳长水文站水文年径流分析计算成果表

3 坝址径流计算

赖子河上、下坝址径流计算主要依据邻近的阳长水文站多年实测资料，依据《水利水电工程水文计算规范》SL 278—2002[1]，因设计流域集水面积约占水文参证站控制集水面积的20%左右，故采用面积加降水、径流系数修正的水文比拟法和降雨径流频率相应法两种方法进行计算，水文比拟法以阳长水文站作为参证站，降雨径流频率相应法以威宁气象站作为参证站。

(1)闭合流域径流计算。用水文比拟法计算闭合流域径流，为了控制流域内降雨对径流的影响，以盐仓、二塘、威宁气象站及牛吃水水文站作为牛吃水水文站降雨量控制站，以盐仓、二塘和威宁气象站作为赖子河水库降雨量控制站，统计以上各站年降雨量，得到牛吃水水文站控制流域内多年平均面雨量为959.8 mm，赖子河水库流域内多年平均面雨量为868.6 mm。

表2 赖子河水库闭合流域水文比拟法设计年径流成果表

降雨径流频率相应法计算闭合流域径流，二塘河流域内有二塘，盐仓雨量站，向阳水文站，临近流域有威宁气象站；威宁气象站多年降雨量平均值为909 mm，根据《贵州省地表水资源》(贵州省1956—1979年平均年降水量等值线图、贵州省1956—1979年降水量变差系数Cv等值线图)赖子河流域年降雨量在900 mm等值线左右，年降雨变差系数在0.17左右。以威宁气象站年降雨量均值结合等值线图作为赖子河水库流域内多年平均降雨量均值，以威宁县年降雨量变差系数作为赖子河水库年降雨量变差系数，最终确定赖子河水库坝址以上流域多年平均降雨量为900 mm，变差系数为0.17[2]。

(1)

式中：Cv x为年降雨量变差系数，取0.17；F为流域面积，266.8 km2；α为多年平均径流系数，取0.45；r、β、m为地区性经验系数，取r=1.10、β=0.04、m=0.7。经计算得到赖子河水库坝址断面年径流变差系数Cv=0.28。

表3 赖子河水库降雨径流频率相应法年径流设计成果

(2)袭夺外流域径流计算分析。设计流域内有乐溪水库(新河流域)，经调查乐溪水库有30.8 km2的集雨面积袭夺外流域的径流量，在新河上修建的有冒水水库(与乐溪水库同期修建)，根据《威宁县水库工程登记卡片》，冒水水库背水坡存在漏水情况，但基本每年都能蓄满，渗漏水通过地下孔穴流至干河桥落水洞(洪水期，部分洪水经过地表进入落水洞下泄至乐溪水库)，在干河桥落水洞进行了踏勘，在落水洞洞口能听见水流声音，但无法进行测流。根据现场踏勘情况及地质专业的连通试验情况，确定本流域袭夺外流域(主要为新河流域)的地下水，枯期新河不断流，即袭夺新河流域部分地下径流。2010年4月28日，在乐溪水库坝址进行测流试验，测得坝址流量为112.0 L/s，由于2009年秋季、2010年5月，该地区发生大干旱，统计威宁气象站历年枯半年降水量得知，2009—2010年水文年枯半年降水量在历年(水文年)P-Ⅲ型频率曲线上的频率大致为95%，本次干旱的频率大致与95%相当，闭合流域枯水控制模数为3.00 L/s·km2，对应流量为38.7 L/s，本次测量中袭夺外流域的流量为73.3 L/s，对应的模数为2.37 L/s·km2，小于3.00 L/s·km2，即部分袭夺基流，由于地下孔穴过流能力有限，且枯期部分袭夺基流，可确定(袭夺外流域部分)枯期孔穴过流能力为73.3 L/s。由以上分析可得，95%频率下枯期袭夺外流域流量为73.3 L/s，折合成97%频率下为71.1 L/s。在汛期，袭夺外流域也有部分径流量通过干河桥落水洞进入设计流域，根据《贵州省地下水资源》成果分析，汛期枯水模数一般为枯期的2～3倍。本次枯期枯水模数取2.30 L/s·km2(按97%保证率取值)，汛期枯水模数取5.00 L/s·km2(为枯期模数的2.2倍)。

(3)坝址径流计算。以阳长水文站径流站分配率复核威宁气象站分配率，经分析，两种方法计算的丰水年所包含年份皆有1961年、1967年、1971年、1974年、1982年、1995年、1997年、2007年、2008年等年份，平水年皆包含1958年、1966年、1976年、1978年、1979年、1984、1992年、1999年等年份，枯水年皆包含1975年、1987年、1988年、1989年、1994年、1996年、2000年、2005年、2006年、2009年、2011年等年份，两种方法所计算的丰平枯分配基本一致，径流年内分配基本一致，两种方法的汛期都为5—10月，枯期为11月—次年4月，采用威宁气象站分配率的径流汛期径流量占全年的85%，采用阳长水文站分配率的汛期径流量占全年的83%，可见两个分配率的汛期所占全年比例基本一致，本次选择威宁气象站降雨分配率为水库径流分配率。对袭夺外流域径流过程进行简化处理，叠加到赖子河坝址处的径流过程，得到完整的坝址处来水过程。因枯期模数取值为97%保证率下，因此所得的径流结果偏安全。水文比拟法及降雨径流频率相应法成果见表4。

表4 赖子河水库径流计算成果对比表

从表4可以看出，两种方法所计算的年平均流量相差较小，误差为1.59%。年径流变差系数基本一致，水文比拟法所计算的枯水期径流量比降雨径流法所计算的枯水期径流量大8.16%，枯水期径流变差系数相差不大，从供水安全考虑，推荐降雨径流频率相应法计算成果作为设计成果。

4 径流成果合理性分析

对赖子河坝址处及下游水文测站、已建成的其它电站年径流统计参数进行比较。各水文站、电站年径流统计参数见表5。

表5 赖子河水库下游水文测站、电站径流成果表

从表5可看出，径流统计参数在地区上的分布基本合理。从径流模数、径流深看，由赖子河水库开始经金狮子二级电站、樱孜渡、牛吃水、阿珠、木浪至徐家渡坝址(或测站)，随着所控流域面积的依次增大，径流模数、径流深也相应增大，经分析，这与面降水在地区上的分布沿河流递增是相一致的。三岔河河源威宁一带多年平均降水量为850～950 mm，牛吃水站一带多年平均降水量为950～1250 mm，而牛吃水站至木浪区间多年平均降水量为1250～1500 mm，所以，径流与降水是相应的，本次水文计算的径流成果是符合地区降水特性的。综上所述，设计坝址处径流成果符合地区规律，成果合理。

5 结 论

赖子河水库坝址以上流域分为闭合流域和袭夺外流域。本次闭合流域采用水文比拟法及降雨径流频率相应法进行径流计算。采用阳长水文站及威宁气象站作为径流分析参证站，经对比分析推荐降雨径流频率相应法作为闭合流域计算方法及成果。袭夺外流域采用实地调查、枯水模数计算结合地质勘探确定袭夺外流域径流量。经过计算成果合理性分析，成果安全可靠，为其他闭合流域与袭夺外流域径流计算提供了借鉴。