资料短缺地区中小型水库的年径流分析

资料短缺地区中小型水库的年径流分析——以寻甸县木戛利水库为例

宁显昆

（昆明市水利水电勘测设计院）

摘要：年径流成果是水库工程设计的重要依据之一，其成果的精度直接影响着工程规模的确定和工程效益的发挥，但大多数中小型水库的流域内水文气象资料短缺，因此采用多种途径推求年径流是十分必要的。本文以寻甸县木戛利水库为例，通过对资料短缺地区中小型水库年径流的分析计算，说明常规的水文分析方法的适宜性。

关键词：资料短缺　木戛利水库　径流分析　方法

《水利水电工程水文计算规范》（SL278－2002）规定，径流资料短缺时，工程地址径流量可根据设计流域降水资料，采用设计流域或邻近相似流域的降雨径流关系估算，也可采用经主管部门审批的最新水文图集或水文比拟、地区综合等方法估算。

云南省内大多数中小型水库位于河流的源头，流域内实测水文气象资料往往短缺，因此应尽可能采用多种途径计算年径流，通过地区综合分析，进行多方面检查，论证其成果的合理性。本文以寻甸县木戛利水库年径流的计算为例，阐述中小型水库年径流分析常用的计算方法。

一、木戛利水库概况

木戛利水库位于金沙江流域普渡河右岸洗马河支流木戛利河的上游，木戛利河流域面积102.7km²，其中木戛利水库控制径流面积31.7km²。木戛利水库总库容1 237万m³，兴利库容849万m³，水库控制灌溉面积4.50万亩。

木戛利河流域属北亚热带季风气候区，湿季主要受来自孟加拉湾和北部湾的暖湿气流控制，湿度大，降水充沛；旱季受西伯利亚寒冷气流控制，干旱少雨，日照充足，空气干燥。经统计邻近的寻甸县气象站资料，多年平均气温14.4℃，多年平均日照时数2 161.9h，多年平均降雨量1 027.6mm，多年平均蒸发量1 998.6mm（20cm）。

二、基本资料特点

洗马河流域内曾建有大石房、甸尾、恩泽河、清水河、平和村等水文站，先后于1968年撤站，资料最长的大石房站也仅有15年实测系列。与木戛利河仅一山之隔的板桥河上曾设立过板桥河专用水文站，控制面积83.3km²，该站有1995年5月至1996年5月和1997年5月至1999年5月共3年实测资料。此外，在普渡河干流建有蔡家村、三江口2个水文站，两站资料均受到上游滇池调蓄和滇池出口至蔡家村站区间人类活动频繁的影响（各站点分布见图1）。由于无实测资料，经在径流深等值线图量算，木戛利河流域产水模数介于15～80万m³/km²，地区差异太大，量算成果精度不高。总之，木戛利水库流域内无实测水文资料，相邻地区站点资料系列短或者受人类活动影响剧烈，因此木戛利水库径流分析的基础资料非常短缺，是云南省新建中型水利工程少有的例子。

图1　各站点分布图

三、径流分析方法简介

结合资料条件及物理成因、气候特性相似的特点，采用水文比拟法、经验公式法和等值线图法等三种方法分析木戛利水库年径流量。

（一）水文比拟法推求年径流量

从云南省径流深及降水量等值线图来看，板桥河站所在流域的降水及径流与木戛利水库流域基本接近，可定性确定两流域径流的年及年内变化差异不大。尽管木戛利水库控制径流面积仅相当于板桥河站的38.1%，但在现有资料条件下，选择板桥河站为参证站推求木戛利水库的径流系列是基本可行的。

图2　小河站、板桥河站与完家村站月径流过程对照

1.板桥河站径流系列插补延长

（1）参证站选择

板桥河站仅有3年实测资料。从水库附近站点分布情况看，虽然洗马河流域内的各水文站均可选择为参证站，但由于各站相继于1968年撤销，邻近又无适合的站点来插补缺测径流量，因此上述各站均不宜作为参证站。从同期月径流量过程对照情况看（见图2），板桥河站与盘龙江小河站和富民大河完家村站对应均较好，且三站自然地理条件和气象特性相似，控制面积相近，故可选择上述两站作为板桥河站径流系列插补延长的参证站。

图3　板桥河站与小河站月平均流量相关图

图4　板桥河站与完家村站月平均流量相关图

（2）月径流相关分析

以板桥河站、小河站和完家村站1995年5月～1996年4月及1997年5月～1999年4月共3年的同期实测径流资料为依据，分别建立板桥河站与小河、完家村站的月径流相关关系（见图3、图4），点据基本呈带状分布，相关系数分别为0.82和0.96，相关方程为：Q板＝0.701Q小＋0.290Q板＝1.374Q完＋0.339。

（3）相关分析成果选用及径流系列的插补延长

根据月径流相关分析成果，小河站和完家村站均可作为板桥河站径流系列插补延长的参证站。虽然板桥河站与完家村站的相关关系好于小河站，但从资料条件、流域地理位置及插补延长成果等综合比较，均以小河站为优，鉴于相关系数的大小不是选取参证站的唯一标准，因此板桥河站径流系列插补延长的参证站选用小河站。据此，根据板桥河站与小河站的月径流相关方程插补延长出板桥河站的1954～2007年逐月径流系列。

2.木戛利水库设计年径流成果

根据板桥河站1954～2007年逐月径流系列成果，按照常规的水文比拟法，可推求得到木戛利水库1954～2007年逐月径流系列。

（二）地区综合法推求年径流量

木戛利水库所在的洗马河流域内曾设有大石房、甸尾、清水河、恩泽河等水文站，可根据各站径流资料建立年径流量地区综合公式推求木戛利水库年径流量。但由于上述各站实测年限较短，均需插补延长。从普渡河流域水文站点分布情况看，虽然蔡家村站和三江口站实测年限都较长，但受上游滇池调蓄和滇池出口至蔡家村站区间人类活动频繁的影响，两站实测径流量不具有天然状况，加之两站控制径流面积与洗马河流域各水文站相差悬殊，不宜直接作为参证站，为此，选用蔡家村至三江口站区间径流量系列作为参证系列，通过与洗马河流域各水文站建立年径流量关系后来插补延长各站缺测年份年径流量。对各站实测和插补组成的年径流量系列进行频率计算，并建立多年平均径流量（Q）和径流面积（F）的双对数关系（见图5），相关方程为：Q＝0.038 3F0.86，根据该方程即可计算得木戛利水库多年平均径流量。

图5　洗马河流域多年平均流量与面积关系图

（三）等值线图法推求年径流量

根据最新公布的“云南省1956年～2000年多年平均年径流深等值线图”，木戛利水库以上流域多年平均径流深为700mm，则木戛利水库多年平均径流量为2 220万m³。

四、成果选用及合理性分析

（一）成果选用

上述三种方法推求的木戛利水库多年平均径流量分别为2 300万m³、2 340万m³、2 220万m³，三种方法计算的成果相差在5%以内，以经验公式法计算成果稍大，等值线图法计算成果稍小，水文比拟法计算成果介于前两者之间。仅从数值看采用任一方法的成果均合理，需做进一步分析比较。从基础资料条件看，等值线图法成果系由1/100万等值线图量算，而等值线图比例尺太小，量算结果精度不高，资料条件略差，因此，该法计算成果不宜作为采用成果；经验公式法成果则根据洗马河流域各站资料综合得到，由于所依据的站点一方面是面积相差大，另一方面是面积与之相近的站点均位于迎风坡，其流域降雨量、产水模数明显较设计流域大，当按经验公式计算时，其结果较实际可能偏大，因此，该法计算结果也不宜作为采用成果；水文比拟法实质是移用板桥河站径流系数，而板桥河站径流统计参数系根据基本具有一定代表性的样本系列分析所得，且统计参数分布符合本地区水文规律，故以水文比拟法成果作为木戛利水库年径流量。

（二）径流系列的代表性分析

木戛利水库1954～2007年径流系列长度已满足规范要求。但对于总体而言，54年的样本系列仍是有限的。为此，选择与木戛利水库处于同一气候区且实测资料最长的昆明气象站为代表站，以该站实测和插补的1928～2007年的降水资料为依据，作年降水量系列的代表性分析，以此论证1954～2007年径流系列对总体的代表性。

图6　昆明气象站年降雨量系列代表性分析图

通过昆明气象站1928～2007年降水量系列代表性分析可知（见图6），年降水量的均值和Cv值均随系列的增长逐渐趋于稳定，并且呈现由丰到枯再到丰的变化周期。而1954～2007年降水量的均值和Cv值已基本趋于稳定，比总体仅偏小1.6%，说明昆明气象站1954～2007年降水量系列中已包含了丰、平、枯水段，基本可反映出较长时期内的降水年际变化特性。基于湿润地区径流与降水关系密切的规律，该段年径流系列所反映出的特性也能够反映较长时期内的径流年际变化特性，因此木戛利水库1954～2007年径流系列具有一定的代表性。

（三）降水径流过程对照分析

通过木戛利水库历年径流过程与昆明气象站降水过程对照（见图7），降雨径流过程的峰谷对应较好，丰枯变化基本一致，说明木戛利水库1954～2007年径流系列基本合理。

图7　木戛利水库年径流与昆明气象站年降水过程对照图

（四）径流特征值的合理性分析

洗马河流域内的产水模数具有自上而下递减的一般水文规律，流域内多年平均产水模数介于15～120万m³/km²之间。木戛利水库地处流域内支流的源头，流域平均高程较高，水系较发育，降水量较大，其产水模数在70万m³/km²以上是基本合理的。木戛利水库年径流量的Cv值，经与相邻的小江流域水文站点统计参数对比分析后，其值在地区分布上也基本协调。

综上所述，木戛利水库1954～2007年径流系列已具有一定的代表性，以其为依据计算的径流统计参数基本合理。

五、结　语

（1）对于资料短缺地区，只要计算方法正确、参证站选取适当，年径流量分析成果基本能够满足大部分工程设计的要求。因此，采用本文阐述的径流分析方法是可行的。

（2）鉴于水文规律在地区分布上的差异性，个别工程设计径流成果与实际情况存在一定的偏差，因此，应尽可能设立水文站，以实测资料来验证设计成果的合理性，同时为相似工程积累参证资料。

参考文献：

［1］昆明市水利水电勘测设计院.云南省昆明市寻甸县木戛利水库工程可行性研究报告，2009.

［2］昆明市给水工程设计院，云南省水利水电勘测设计研究院.昆明市清水海供水及水源环境管理项目引水工程可行性研究报告，2007.

［3］刘光文.水文分析与计算.北京：中国水利电力出版社，1989.

［4］SL278－2002.水利水电工程水文计算规范.

［5］许志敏，臧庆春.云龙水库径流分析.水利水电技术，2007（12）.