云南省保山市隆阳区甫家水库径流分析及蓄水验证

杨正仙

（保山市大型灌区管理中心,云南 保山 678000）

甫家水库最大坝高56.0 m,总库容196.4 万m3,为小（一）型水库,水库勘察设计工作由保山市隆阳区水利电力勘测设计队承担,并于2016 年完成初步设计,2017 年5 月开工建设,2019 年12 月16 日通过下闸蓄水阶段验收。目前,水库已蓄水运行3 年多。

1 流域概况

1.1 自然地理及河流水系

甫家水库位于云南省保山市隆阳区金鸡乡东北方向甫家村,距金鸡乡人民政府驻地4.5 km,距保山城约17.5 km。水库拦蓄东河左岸一级支流黑沙河中上游的支流夏家坝河水,坝址以上径流面积6.76 km2,主河长5.479 km,河道平均比降12.8%。水库坝址海拔1715 m。

夏家坝河为黑沙河上游主流,发源于兰王坡,自北东向南西流,沿途流经街子坡、棺材山、小松寨,在蟒龙寨与右岸支流交汇,全流域面积8.06 km2,主河长6.956 km,河道比降8.83%。经现场勘察,夏家坝河流域内共有13 个泉点出溢,主要分布于夏家坝河流域的沙子坡、长龙塘洼子、沙水井、刘家地、街子坡、马鞍山和冷饭坡,根据区域水文地质资料,水库径流区泉水属本区径流补给,且年际、年内洪枯变化明显。

甫家水库流域地势东高、西低,流域最高点为库盆东南侧的宝鼎寺,海拔2645.6 m,最低点位于水库坝址,流域平均海拔2186.3 m。流域地势起伏大,高差悬殊,上游山体宽厚完整,中下游呈狭长形河谷,两岸地形坡度较陡,属中低山地貌。流域内上游主要分布有白云岩、白云质灰岩、灰岩地层,地表覆土层薄,乔木及阔叶植被难于生长,主要生长有低矮的灌木和草,加之原来沙子坡砂场、刘家地砂场的开采（目前已全部封停）,流域内上游林草覆盖相对较差；水库库区两岸植被覆盖相对较好,林木主要有思茅松、沙松等混合林及其它阔叶杂木林。流域内冲沟相对发育,滑坡、坍塌等物理地质现象不发育。

1.2 水文气候特征

水库位于北亚热带至南温带湿润季风气候区,具有冬春干燥、夏秋湿润、冬无严寒、夏无酷暑、干湿季分明的气候特点。每年11 月～次年4 月,在高空强盛大陆性干燥偏北气流的控制下,天气晴朗少雨,光照充足,蒸发量大。5 月～10 月由于受西南暖湿气流的影响,气温较高、雨量充沛、降水日数增多。受地形条件影响,降水量空间分布不均匀,山区大于坝区,一般地,降水量具有随海拔升高而增大的变化趋势。

流域内的径流包括地表径流和地下径流。地表径流来源于降水,径流量的年际、年内变化情势及其空间分布与降雨量基本一致,但年内分配极不均匀,枯季（11 月～次年5 月）来水量较少,仅占年径流的25%左右；最枯径流常出现在1 月～4 月,占年径流的10.9%左右；汛期6 月～10 月来水量较多,占年径流的75%左右。地下径流主要为径流区内出溢地表形成的泉水。

洪水均由暴雨形成,地区分布及发生时间与暴雨基本一致。设计流域面积较小,河流较短,河道比降较大,属典型的山区性小河流,洪水具有陡涨陡落、单峰尖瘦、峰高量小、历时短的特点。

2 基本资料

2.1 基本资料情况

甫家水库流域内缺乏水文气象资料,其水文成果主要根据水文气候成因相似的东河流域及其邻近各水文站水文气象资料分析。根据水库位置及区域各站点分布情况,主要涉及青岗坝水文站、北庙水文站、小海坝水库站、保山气象站、施甸气象站、朝阳雨量站和新光雨量站。

2.2 资料的可靠性和一致性分析

通过对邻近流域内各水文站和气象站观测资料的复核审查,认为各水文站和气象站各类资料的观测、整编均符合国家有关行业标准和规范要求,资料可靠,可作为甫家水库设计水文分析的基础资料。

3 径流分析

3.1 参证站选择

青岗坝水文站以上流域属山区,气候成因与甫家水库基本相似,但流域平均海拔相对较甫家水库高,流域内岩溶地貌发育,流域下垫面因素同甫家水库存在较大差异；柯街站控制径流面积与甫家水库相差太大；小海坝水库降水深和径流深远大于甫家水库。故不能将这3 个站作为径流计算的参证站。

甫家水库和北庙水库站位于东河流域,均处于山区河流段,虽然地理环境有所不同,但位置距离不远,为同一气候区,在降水上有较好的相关关系,该区域的径流量主要来源于降水量,所以可以选择北庙水库站作为本次水库径流分析的参证站。北庙水库站控制面积119 km2,甫家水库本区控制面积6.76 km2,虽然控制面积有一定差异,但都属于山区小流域,流域下垫面因素和人类影响因素都比较相似,在没有更为恰当参证站的情况下唯有选择北庙水库站为甫家水库径流分析的参证站。

3.2 北庙站年径流统计参数

以北庙站还原及插补延长的50年（1964年～2014水文年）径流系列为频率分析的样本,进行年径流量的频率分析计算,用数学期望公式计算经验频率,矩法公式初估其统计参数,以P-Ⅲ型理论频率曲线为线型,适线法最终确定统计参数,北庙站多年平均径流量为6654 万m3,年径流CV=0.32,CS=2 CV。

3.3 甫家水库多年平均年径流推求

甫家水库流域属无资料地区,年径流计算采用无资料地区常用的水文比拟法和等值线查图法进行。

（1）水文比拟法：根据同流域北庙站径流频率分析计算成果,利用年径流的地区分布规律,以流域面积为主要参变量,按面积比移用北庙站的设计年径流,移用时加入降水量因子的修正。

（2）等值线查图法：根据《云南省水资源调查评价专题报告》（水资源四级区）中的《云南省1956～2000 年平均年径流深等值线图》进行推算。

3.3.1 水文比拟法

以北庙站为参证站,用面积比加降水量修正的水文比拟法推求得甫家水库坝址多年平均径流量为352 万m3。

水文比拟公式为：

式中：W甫、F北分别为甫家水库、北庙站多年平均径流量；F甫=6.76 km2,F北=119 km2；P甫=1150 mm,P北=1235.3 mm；W北=6654 万m3。

3.3.2 等值线查图法

根据流域形心位置和《云南省1956 年～2000 年平均年径流深等值线图》查读水库所在位置的径流深进行年平均径流推算。查得甫家水库流域年径流深为550 mm,相应的多年平均径流量为372 万m3。CV值均为0.23。

3.3.3 成果采用

水文比拟法和等值线查图法两种方法推求的多年平均径流成果比较接近,水文比拟法成果比等值线查图法偏小5.35%,说明两种计算方法的应用是合理的。从计算采用的资料来分析,查图法所依据的《云南省水资源综合规划水资源调查评价成果图集》比例尺小,加之设计断面的径流面积又较小,以此查读的年径流深并不能真实反映出区域降水和径流变化较大的特性,误差相对较大；另外,通过参证站查图径流深（约500 mm）和实测径流深（559 mm）比较可看出,该区域查图径流深比实测径流深偏小,说明本工程不宜直接采用等值线查图法成果；水文比拟法依据邻近站点北庙站的实测、还原或插补资料,且采用降水量进行修正,精度相对较高。故甫家水库多年平均径流量采用水文比拟法推算成果。

3.4 库区泉水径流估算

经现场勘察,甫家水库径流区内共有13 个泉点出溢,是甫家水库水源的重要组成部分。这些泉点主要分布于水库径流区的沙子坡、长龙塘洼子、沙水井、刘家地、街子坡、马鞍山和冷饭坡。2016 年3 月29 日,隆阳区水利电力勘测设计队和金鸡乡水管站工程技术人员、甫家村干部对库区出流量相对较大的13 个泉点进行了流量量测,实测得库盆内泉点总流量为34.87 L/s,其中长龙塘洼子的5 个泉点（Q5～Q9）出溢流量为17.36 L/s,占水库径流区泉点总流量的50%。经调查走访当地年长的村民,一致反映,这些泉点流量年际、年内洪枯变化明显。

泉点径流补给区分析：根据区域地质构造以及库区出露的地层结构和岩性分析,按地层岩性及水文地质特性将水库径流区划分为两个水文地质分区。即三叠系中统河湾街组（T2h）白云岩及石炭系上统丁家寨组（C3d）白云质灰岩、灰岩分布区为I 区,为区内主要含水层,分布于库区以东大坡、冷饭坡、宝鼎寺、大荒田、棺材山、大平地一带。石炭系上统卧牛寺组（C3w）拉斑玄武岩分布区为Ⅱ区,即相对隔水层,分布于整个库区。I 区接受地表径流补给后,地下水通过岩溶裂隙向Ⅱ区运移,受Ⅱ区玄武岩阻隔,泉点沿岩层分界线呈群状分布。

根据区域水文地质资料分析,认为径流区泉水属本区径流补给,且年际、年内洪枯变化明显。因此,本次径流分析不单独计算泉水流量。

4 水库蓄水情况

水库2019 年12 月16 日通过下闸蓄水阶段验收后下闸蓄水,供灌区农业生产和下游村镇生活用水,目前,已蓄水运行了3 年多。通过3 年多来的蓄水验证,水库能蓄水至正常蓄水位,汛期溢洪道泄流,说明水库径流分析基本符合工程实际,径流分析成果基本合理。

5 结语

径流是水库工程规模确定的重要因素,山区小型水库工程多建设于小河流上,基本无径流观测资料,加之水库前期勘测设计工作时间紧,在时间保证上没有建立流量观测站的条件。因此,径流分析只能依据邻近流域的水文站点实测径流资料及省级出台的水资源调查等值线图进行分析估算。在径流分析过程中,对参证站的选择尤为重要,选择与工程所在流域水文气候条件、下垫面条件相似的水文站作为参证,推求的径流成果才更符合流域实际,所确定的水库工程规模既能充分利用流域水资源,又经济合理,蓄水安全可靠。