商南縣清油河徑流分析

許祥斌

1 概況

發源于商南縣沙坪鄉蘇溝的清油河，在過風樓鎮徐家店村匯入丹江。清油河流域北高南低，全流域面積369 km2，主河道全長58 km。屬亞熱帶與暖溫帶過度地帶，氣候溫和，四季分明，雨量較多，無霜期長，熱量充足。清油河流域植被良好，土壤濕度大，坡面侵蝕較弱，兩岸均以巖石，礫石為主，河岸穩固，水流侵蝕作用不明顯。為了解決下游3個鎮的用水問題，規劃在清油河鎮團坪村以南0.6 km處修建清油河供水工程，需對該處多年平均徑流量和興利庫容進行分析。

2 參證站多年平均徑流量分析

2.1 清油河水文分析

清油河上的過風樓雨量站，有1965～2010年共46年的實測降水量資料，其多年平均降水量為795 mm，年最大降水量為1013.6 mm，年最小降水量為420.1 mm，兩者比值為2.4，說明流域內降水量年際變化較大。降水量的48.2%集中在6至8月，9、10月多連陰雨降水量占總量的18.7%，其次降水量相對較多的四、五月份占總量的14.2%，而11月至次年3月5個月的降水量僅占全年的18.9%，說明本流域范圍降水年內分配不均勻。清油河徑流主要由降雨補給，其水情隨降水的變化而變化，河流的水量汛期主要由降雨補給，枯水期依靠穩定的地下水補給。因此徑流量的年際變化與降水量的年際變化極為相似，而流域受季風氣候的影響，降水量年際變化大，具有夏季降水量大而集中，冬季降水量小的特點。徑流與降水量有共同特點：年際變化大，年內分配不均勻，7～10月徑流量約占全年徑流量的64.8%，11～次年6月徑流量為全年徑流量的35.2%。該流域內多年平均徑流深為260 mm，多年平均徑流量9599 萬 m3。

2.2 參證站選取

清油河水庫壩址以上無水文測站與雨量站，清油河流域僅在流域下游設有過風樓雨量站，該站設立于1964年9月。鄰近流域西邊為武關河，東邊為縣河，武關河流域內1959年設立有武關水文站和庾家河、巒莊和武關三個雨量站，均設立于1959年。武關河與清油河同屬丹江下游區的左岸支流，兩者的流域下墊面和氣候條件較為相似，因此它們的降雨和流域產匯流機制十分相近。所以本次設計將武關河上的武關水文站及3個雨量站，作為本次徑流分析計算的參證站。商商南縣氣象站距工程區相對較近，其實測氣象資料可近似反映工程區的氣象情況，因此將商南縣氣象站作為工程區氣象代表站。

2.3 參證站徑流分析

2.3.1 系列豐、枯變化規律分析

武關水文站有1960～2014年共55年的徑流連續系列，其中，特豐年份有1964和1983年，年徑流量分別為5.98億m3、4.19億m3，分別為多年平均徑流量的3.7和2.6倍；特枯年份有1986和1999年，年徑流量分別為0.379億m3、0.36億m3，分別為多年平均徑流量的0.2倍；平水年份有1967和1988年，年徑流量分別為1.594億m3、1.62億m3，接近多年平均徑流量。從圖1看出，豐水年組有1963～1965年，3年的平均流量為3.386億m3，為多年平均徑流量的2.1倍；豐水年組還有1982～1985年，4年的平均徑流量為2.98億m3，為多年平均徑流量的1.86倍；枯水年組有1999～2002年，4年的平均徑流量為0.74億m3，為多年平均年徑流量的0.46倍；平水年組有1967～1970年，4年的平均徑流量為1.6億m3，等于多年平均徑流量。從武關水文站55年徑流連續系列總體上看，包括了豐、平、枯水年連續系列，基本反映了河流徑流的時空變化。

2.3.2 統計參數穩定性分析

武關站的順、逆時序差積曲線如圖2所示，為雙峰型，表示組成系列的豐、枯歷時較短，且變幅較大，該徑流連續系列具有代表性。順時序和逆時序累加計算年徑流均值和變差系數值，并分別點繪徑流量均值歷時變化圖3，變差系數歷時變化圖4。從圖上可以看出，年份系列短時，均值相對變幅較大，但是隨著年份的逐漸增加，均值的變幅越來越小，最后趨于穩定；同樣對于變差系數，年份系列越短時，它的相對變動越大，隨著系列的逐漸增加，最終也趨于穩定。上述分析說明，武關站1960～2014年55年的徑流連續系列資料代表性較好。

圖1 武關站年徑流量歷時曲線圖

圖2 武關站年徑流量差積歷時曲線圖

圖3 武關站年徑流量均值歷時曲線圖

圖4 武關站年徑流量變差系數歷時曲線圖

2.4 參證站年徑流量頻率分析

對武關站55年的徑流連續系列進行頻率分析計算，統計參數選用矩法初步估算，其均值為1.58億m3，變差系數Cv=0.63，再用適線法調整參數確定，線型采用P—Ⅲ型曲線。在適線時，著重考慮中、下部的徑流點據，適當考慮上端較大的徑流點據，確定出理論頻率曲線。經分析計算，多年平均徑流量為1.58 億 m3，Cv=0.63，Cs=2Cv。

3 清油河供水工程年徑流量計算

3.1 清油河壩址處年徑流量計算

根據武關站的徑流分析計算成果，清油河水庫壩址年徑流量采用水文比擬法，并考慮雨量修正。清油河水庫采用過風樓雨量站計算流域面雨量，武關站采用庾家河、巒莊、武關三個雨量站計算流域面雨量，利用兩者的同步降雨系列資料，按下式推算設計壩址斷面處的設計年徑流量：

式中：Wp壩、Wp參為分別為壩址處和參證站頻率為P的年徑流量，萬m3；f、F為分別為壩址與參證站的流域面積f=145 km2，F=724 km2；h、H為分別為壩址與參證站的多年平均面雨量，mm，利用清油河和武關站各自雨量代表站1965～2014年的降雨同步系列，h=795 mm，H=771 mm。

經計算，清油河水庫壩址徑流修正系數為0.2065，多年平均徑流量為3263萬m3，其年徑流量計算成果見表1。壩址處徑流年內分配采用武關站月徑流占年徑流量的百分比進行計算，年內分配見表2。

表1 清油河水庫壩址不同頻率的年徑流量計算成果表單位：萬m3

表2 清油河水庫年徑流量年內分配成果表 單位:萬m3

3.2 徑流成果的合理性分析

3.2.1 采用其它徑流計算方法論證合理性

采用徑流深計算法對水文比擬法求得的結果進行檢驗：由《商洛地區實用水文手冊》（1960～1985年）查得流域中心多年徑流深為250mm，武關站多年平均徑流量為1.72億m3；本次計算的武關站長系列（1960～2014年）多年平均徑流量1.58億m3，修正手冊上的徑流深為230 mm。則設計流域多年平均徑流量W=1000×R×F，清油河壩址多年平均徑流量為3335萬m3。

3.2.2 計算成果的合理性分析

上述徑流深法計算成果與水文比擬法計算成果基本接近，采用水文比擬法是用武關站作為參證站，鑒于清油河水庫和武關站的控制流域同屬丹江下游區，降雨和下墊面特性較為相似。且武關站的實測資料系列長達55年，資料系列的代表性也較好，故采用水文比擬法計算清油河水庫的設計徑流是可靠的。

丹江（商洛段）北岸各支流年徑流深在200～300 mm之間，變差系數Cv在0.55～0.65之間，年徑流深呈上游大下游小的變化規律。清油河水庫的徑流統計成果符合丹江（商洛段）北岸年徑流統計參數的變化規律，因此，清油河水庫的年徑流量計算成果是合理的。

綜合上述，以武關水文站為參證站，采用水文比擬法計算清油河水庫的設計徑流成果是基本合理的。

根據武關站1960～2014年55年的旬徑流系列，比擬推算得清油河壩址處55年各旬徑流量，壩址上游無大型取水工程，因此壩址處來水量為天然河道來水量，徑流調節計算采用清油河壩址處1960～2014年55年的旬徑流系列。清油河水庫1960～2014年共55年的徑流系列見表3。

4 徑流調節計算

清油河上游無已建取水工程，因此清油河水庫的入庫水量即為清油河水庫上游河道的天然來水量。水庫首先保證滿足壩址下游河道的生態基流，后考慮城鎮生活生產供水。根據《水利工程水利計算規范（SL104-2015)》規定，水庫徑流調節計算采用長系列時歷法，以旬為計算時段。結合本流域天然來水和城鎮用水特性，水利年度取7月中旬～次年7月上旬，以選擇的正常蓄水位對應的庫容為初始調節庫容，統計供水破壞時段，計算供水保證率，若旬保證率滿足95%（同時破壞時段的破壞深度不超過30%）的設計要求時，說明假定庫容合適，若不滿足設計要求，重新假定水庫庫容進行計算，直至滿足要求。經過對清油河水庫1960～2014年55年的入庫水量逐旬進行連續調節計算，求得清油河水庫壩址能滿足縣城830萬m3年供水量95%保證率要求時，相應的興利庫容為692萬m3，對應的正常蓄水位為652m。

5 結語

清油河水庫以上流域內無水文、雨量站，為了計算庫區徑流量，文中采用水文比擬法，以武關水文站和3雨量站為參證站，采用矩法和適線法，求得武關水文站多年平均徑流量為1.58億m3。再用水文比擬法和徑流深算法求得水庫壩址處多年平均徑流量為3335萬m3。根據來水區及受水區情況，徑流經調節計算，其興利庫容為692萬m3，滿足受水區用水需求，可供工程建設進行參考。

表3 清油河水庫壩址年徑流系列 單位：萬m3