西南岩溶地区径流计算研究——以云南某水库计算为例

姜姗姗，韩冬梅

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

拟建的某水库位于珠江流域西江水系南盘江右岸一级支流清水江上游南丘河，云南省文山州境内。清水江发源于砚山县的回龙水库，依次流经砚山、丘北、广南3 个县，于丘北县的坝达村汇入南盘江，全长229 km，集水面积5 117 km2，总落差790 m，河道平均坡降3.4‰。清水江南支为南丘河，北支为清水河，南丘河、清水河汇合后称清水江。南丘河发源于砚山县回龙水库，河流呈南北流向，流经砚山城区、者腊、干河、维摩等乡镇，进入丘北县天星乡，在法白堂上村与清水河交汇后进入清水江，全长110 km，集水面积1 746 km2，落差140 m，河道平均比降4.1‰。境内多为岩溶地貌，地表水展布格局受岩性和地质构造的控制，径流存在异向排泄的问题，分水岭难以确切划分，如长岭街、岔路口等地，大面积溶斗网格排列十分典型。某水库坝址以上流域岩溶发育，存在地表水分水岭与地下水分水岭不一致的情况，因此坝址流域面积的计算要结合水文地质图扣除地表水分水岭与地下水分水岭不一致的岩溶区面积。经量算，坝址地表集水面积为1 539 km2，扣除岩溶区面积后，坝址径流面积取1 171 km2。

坝址断面附近设有清水河水文专用站，有2017—2019 年3 a 实测资料，坝址下游清水江干流上革雷站有1970—2005 年长系列水文观测资料，革雷站下游清水江水文站有2001—2019 年观测资料。因此，以革雷站为设计参证站，同时参考清水河水文专用站实测成果。

1 坝址年径流分析计算

某水库坝址处清水河水文专用站仅有3 a 的实测流量资料，本次分别采用径流深等值线图法、水文比拟法、降水径流关系法3种方法推算坝址径流。

1.1 径流深等值线图法

根据文山州1956—2013 年径流深等值线图，通过读图确定坝址多年平均径流深。先分析1956—2013、1970—2019 年时段多年平均降水量情况，再分析是否需要对读图成果进行修正，利用坝址以上集水面积乘以径流深计算坝址以上流域1970—2019 年多年平均径流量。经分析计算，坝址多年平均径流深为330 mm，由此计算坝址以上流域1970—2019年多年平均径流量为3.86亿m3。

1.2 水文比拟法

某水库所在的清水江流域有北桥、革雷、清水江3个国家基本水文站，但只有革雷站资料系列较长，以革雷站为设计依据站，采用下式计算各坝址径流量：

式中：W革雷,i，W革雷,i分别为坝址，革雷站第i年径流量（亿m3）；F坝址，F革雷分别为坝址，革雷站径流计算面积（km2）；P坝址，i，P革雷，i分别为坝址以上流域，革雷站以上流域第i年降水量（mm），采用泰森多边形法计算。

其中，坝址以上流域面平均雨量计算采用天星、树皮、清水河、五家寨、大新寨和阿野共6 个雨量站资料，革雷站以上流域面平均雨量计算采用腻脚、大戛勒、树皮等共11个雨量站资料。

根据式（1）计算，坝址1970—2019 年多年平均径流量为3.77亿m3、径流深为322 mm。

1.3 降水径流关系法

根据革雷站降水径流关系，按下式计算坝址逐年径流量：

式中：W坝址采用，i，W坝址查图，i分别为坝址第i年采用的径流量（亿m3），坝址第i年根据坝址降水量由革雷站以上流域P-R关系查得的径流量（亿m3）；W革雷站实际，i，W革雷站查图，i分别为革雷站第i年实际天然径流量（亿m3），革雷站第i年根据革雷站降水量由革雷站以上流域P-R关系查得的天然径流量（亿m3）。

按此方法，先根据革雷站以上流域P-R 关系确定坝址逐年径流查算值，然后乘以革雷站同一年径流实际值与径流查图值的比例，以对坝址径流进行离散化处理。经计算，坝址1970—2019 年多年平均径流量为3.63亿m3、径流深为311 mm。

从计算成果来看，径流深等值线图法、水文比拟法、降水径流关系法3 种方法推算坝址年径流量呈依次减少趋势，但总体较为接近，相对误差在7%以内，详见表1。

表1 不同方法坝址1970—2019年多年平均径流量对比 亿m3

2 坝址径流年内分配

通过对比清水河水文专用站径流月分配与革雷站径流月分配过程发现，两站点径流年内分配差异较大，因此直接采用革雷站径流月分配成果不合理。

造成坝址和革雷站径流月分配过程不一致的原因可能是地下暗河的调节作用。革雷站以上的6条暗河中，出露点在坝址以上的有4条，流量合计值为0.87 m3/s，占坝址多年平均流量的7.7%；出露点在坝址—革雷站之间的有2 条，革雷站以上暗河流量合计值为8.1 m3/s，占革雷站多年平均天然流量的24.2%。与革雷站相比而言，坝址径流中由暗河形成的地下径流占比明显偏低，地表径流占比明显偏高。由暗河形成的地下径流由于具有多年调节作用，相对稳定，年内变化不大，地表径流由于主要受当年降水影响，年内变化较大。由于大泉、汇流富集带无明显地带性差异，总体来看，坝址径流年内分配应比革雷站更加不均匀，汛期6—10 月占比更高，非汛期11—5月占比更低。因此，采用2种方法分析坝址径流月分配情况。

2.1 根据革雷站月分配过程进行修正

在坝址1970—2019 年逐年年径流量的基础上，按革雷站逐年各月径流占比计算坝址同一年的逐月径流，作为初步成果。在此基础上，对清水河水文专用站径流进行还原计算，得到坝址天然径流直接计算成果。基于革雷站逐月天然径流，采用水文比拟法计算坝址月径流，得到坝址径流间接计算成果。枯期（11—5 月）直接计算值占间接计算值的比例为0.43。因此，在坝址径流年内分配初步计算成果的基础上，以枯期径流乘以0.43 的系数得到枯期修正后的径流，然后将枯期原径流与修正后的径流差值分配到汛期，得到坝址径流年内分配的采用成果。

2.2 根据水文专用站插补延长计算

虽然清水河水文专用站观测年限较短，但作为坝址专用水文站其观测成果对确定坝址径流有非常重要作用。鉴于数据较少的情况，本次对清水河水文专用站和下游清水江水文站2017—2019 年逐日径流进行相关分析，根据相关关系插补延长清水河水文专用站径流，两者相关关系如图1所示。从图1可以看出，两者相关性较好，以此插补延长清水河水文专用站径流作为坝址径流，插补后计算坝址1970—2019年多年平均径流量为3.33亿m3。

图1 清水河和清水江水文站径流相关关系

通过上述2 种方法计算的坝址径流年内分配，如图2所示。

图2 两站相关法和修正法计算的坝址径流年内分配过程

从图2可以看出，2种方法计算的年内分配成果较为接近，说明对参证站月分配过程进行修正是合理的。

3 结论

本次计算清水江流域某水库坝址径流时，充分考虑了岩溶地区水文地质特性，同时确定坝址集水面积时充分考虑了灰岩区漏水情况及流域地表水分水岭与地下水分水岭不一致情况。在此基础上，采用径流深等值线图法、水文比拟法以及降雨径流关系法3 种方法计算了坝址年径流，同时对坝址径流年内分配计算方法进行了探索。

径流深等值线图法综合考虑了降水量、高程、区域平衡等因素，是规划阶段常用的方法，工程设计阶段还需在此基础上结合拟建工程的具体情况做进一步分析复核；水文比拟法综合考虑了坝址降水量、革雷站降水量及径流量等因素，比较充分地反映了坝址与设计依据站的降水及下垫面条件；降水径流关系法在水文比拟法基础上又考虑了径流系数等因素，充分地反映了坝址与设计依据站降水及下垫面条件；径流相关法虽然出现年份较短，但是水文专用站是直接反映坝址径流的站点，对其进行延长分析，成果也较为可靠。实际进行工程设计时，根据具体情况合理选择计算方法和成果。