玉樹藏族自治州雜多縣水文調(diào)查成果及分析

婁淵朋，馬二永，劉益曉，翁茂峰

（中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,陜西 西安 710065）

0 引言

雜多縣地處青藏高原中部,地勢由扎曲源頭與布當曲分水嶺向西側(cè)逐漸降低。西部位于昆侖山、唐古拉山腹地,兩山中間有莫云灘、旦榮灘和查榮灘三個高原盆地,全縣平均海拔4200 m 以上,從整體看,西部地區(qū)地形坦蕩,東部地區(qū)高山央峙。境內(nèi)河流縱橫密布,吉乃溝為扎曲一級支流,扎曲為瀾滄江上游主流,徑流主要是大氣降水及融冰雪水。

水庫工程位于青海省玉樹州雜多縣,是一座以縣城供水和灌溉供水為主要任務的Ⅳ等小（1）型水利工程。壩址以上流域面積34.4 km2,河長7.6 km。根據(jù)理論方法計算,壩址處多年平均徑流量為1175 萬m3。

由于壩址以上流域面積較小,按照《青海省水文手冊》（2018 版）[1]推薦的方法計算徑流及洪水成果偏小,與實際情況差異較大。本文首先分析了《青海省水文手冊》（2018 版）[1]推薦方法在青海西南地區(qū)小流域水文計算中可能會造成偏差。此外,由于此地屬高海拔地區(qū),調(diào)查難度大,無可用的歷史調(diào)查水文數(shù)據(jù),因此進行徑流及洪水調(diào)查。

通過浮標法、顏色試蹤法、暢流期懸桿流速儀法等幾種適用于本地區(qū)的調(diào)查方法,進行調(diào)查；然后實測得到工程壩址處徑流數(shù)據(jù),吉乃溝、洼里溝、清水溝尋找到的4 處洪痕縱橫斷面和洪水位,以及歷史洪水重現(xiàn)期訪問情況分析；最后得到95%頻率年平均流量以及不同重現(xiàn)期的洪水調(diào)查序列結(jié)論。

1 水文計算方法及成果

1.1 徑流理論計算方法及成果

（1）工程流域徑流特性

工程流域為大陸性季風區(qū)雨源性區(qū)域,徑流來源為降雨、融雪混合補給,還有一定量的地下泉水補給。

（2）徑流計算

徑流計算采用徑流深等值線法、雙曲正切模型法、水文比擬法三種方法,計算所得結(jié)果（表1）多年平均徑流量為1175 萬m3,多年平均流量為0.372 m3/s。

表1 徑流計算成果表

（3）徑流成果選用及合理性分析

徑流成果比較見表2,除與流域面積較大的香達站水文比擬法和雙曲正切模型法計算結(jié)果相差較大之外,與其他各結(jié)果徑流深及徑流系數(shù)相差都在20%以內(nèi),最終采用了資料比較可靠的下拉秀站計算結(jié)果。

表2 各方法徑流計算結(jié)果比較表

統(tǒng)計香達、下拉秀及新寨站插補延長系列年徑流特征參數(shù),結(jié)果見表3,多年平均徑流深隨著流域面積的增大而減小,設計成果基本合理。

圖1 下拉秀站年徑流量頻率曲線

表3 壩址及臨近水文站徑流統(tǒng)計參數(shù)表

表4 壩址設計洪水成果比較表單位：m3/s

1.2 洪水理論計算方法及成果

（1）設計洪水計算

1）洪峰模數(shù)等值線法計算設計洪水[2]

式中：Qm,p為頻率為P的洪峰流量,m3/s；Kp為頻率為P的模比系數(shù)；M為洪峰模數(shù),由等值線圖查得；A為流域面積。

2）設計暴雨計算設計洪水——推理公式法[3-4]

其中Qm、τ采用下式計算：

當全面匯流條件下 τ ≤tc時：

當部分匯流條件下 >tc時：

流域匯流時間τ的計算公式為：

式中：Qm為洪峰流量,m3/s；F為流域面積,km2；τ為匯流時間,h；L為從分水嶺到出口斷面處的河長,km；J為沿流程L的坡面和主河道的平均比降,以小數(shù)計；m為匯流參數(shù)。

3）水文比擬法計算設計洪水

設計地區(qū)洪峰面積比指數(shù)n取0.67。采用該指數(shù)通過水文比擬法,將下拉秀站設計洪水推算至壩址處[5]。

（2）洪水成果選用及合理性分析

本階段采用推理公式法計算結(jié)果作為設計成果。

圖2 下拉秀站洪峰流量頻率曲線

2 水文計算中存在的問題及水文調(diào)查必要性

理論計算中存在的主要問題包括：

（1）工程流域面積較小,水文比擬法及洪峰模數(shù)法均不適合。

根據(jù)2.1小節(jié)機組的造價分析，在建設天然氣發(fā)電方面，平均造價約為0.068億元/MW。因此，島內(nèi)建設天然氣電廠投資F(億元)與建設容量S(MW)的近似關(guān)系為：

（2）工程區(qū)域化參數(shù)較多,青西南地區(qū)由于測站數(shù)目及資料的限制導致洪水結(jié)果誤差較大。

（3）工程流域存在大量地下泉眼涌水,實際徑流大于理論計算成果。

3 水文調(diào)查方法與過程

3.1 水文調(diào)查內(nèi)容

水文調(diào)查主要內(nèi)容包括：①徑流調(diào)查。②徑流補給源調(diào)查。③歷史洪水調(diào)查。④測量洪水痕跡高程,河道縱、橫斷面。⑤收集與歷史洪水有關(guān)的文獻文物的考證及影像資料。

3.2 水文調(diào)查方法

（1）徑流調(diào)查

采用浮標法、顏色試蹤法、暢流期懸桿流速儀法等測流方法[6-7],現(xiàn)場進行實測。

（2）洪水調(diào)查

與當?shù)刂鞴懿块T溝通,確定各洪痕點位置洪水發(fā)生的時間,最后推算相應重現(xiàn)期。資料整編及成果分析。包括測量成果整理、調(diào)查訪問或查勘情況整理、洪峰流量計算等工作。

4 水文調(diào)查成果分析

4.1 計算方法

（1）徑流計算方法[4,8]

式中：Q為流量,m3/s；A為過水斷面面積,m2；V為流速,m/s。

（2）洪水計算方法

①曼寧公式計算[4]

式中：Q為流量,m3/s；A為過水斷面面積,m2；R為水力半徑,m；n為糙率；J為水面比降。

②堰流公式計算[4,9]

式中：Q為洪峰流量,m3/s；b為過水堰凈寬；H0為包括行進水頭的堰前水頭；m為自由溢流的流量系數(shù),它與堰型,堰高等邊界條件有關(guān),m=0.385；s為側(cè)收縮系數(shù)。

4.2 計算成果

（1）徑流計算成果

據(jù)徑流計算公式計算得到流量分別為0.678 m3/s、0.255 m3/s、0.519 m3/s。

徑流量計算成果見表5。

表5 徑流量計算成果表

對實測流量進行年內(nèi)及年際轉(zhuǎn)化,計算95%頻率年徑流。計算步驟如下：

①通過收集分析2019 年及2020 年下拉秀水文站實測徑流成果,確定徑流頻率為20%。年內(nèi)分配模型見表6。

表6 實測流量年內(nèi)分配模型 單位：m3/s

②確定實測年徑流量與95%頻率年徑流量的年際轉(zhuǎn)化系數(shù)為0.58。

經(jīng)上述計算得到95%頻率年徑流量為1549 萬m3,年平均流量為0.491 m3/s。

（2）洪水調(diào)查成果

采用曼寧公式推算出各河段洪水計算成果見表7。

表7 各河段洪水計算成果表

根據(jù)上表結(jié)果,利用面積指數(shù)法將各河段洪水成果推算至吉乃溝壩址處,壩址處流域面積為34 km2,面積指數(shù)取0.67,計算成果見表8,計算公式如下[4]：

表8 壩址處洪水計算成果表

表9 壩址處徑流成果比較表

式中：Q1、Q2為參證河段洪峰流量、壩址處洪峰流量,m3/s；F1、F2為參證河段流域面積、壩址處流域面積,km2；n為面積指數(shù)。

（3）計算成果比較

①徑流成果比較

95%頻率年平均流量根據(jù)理論計算值為0.246 m3/s,徑流調(diào)查計算值為0.491 m3/s。兩者相差較大,是由于吉乃溝存在多處泉眼,且泉眼出流量較大。

②洪水成果比較

工程壩址理論計算值與此次洪水調(diào)查計算值比較見表10。

表10 壩址處洪水成果比較表

5 結(jié)論

通過走訪調(diào)查和現(xiàn)場實測,對吉乃溝及鄰近流域進行了徑流、洪水調(diào)查,分析算出工程壩址的95%頻率年平均流量為0.491 m3/s,相比理論計算值0.246 m3/s 變化了99%,變幅較大,經(jīng)過分析主要影響因素為地下泉眼涌水。分析計算出工程壩址10 年一遇的洪峰流量為24.0 m3/s, 20 年一遇的洪峰流量為31.3 m3/s。最終水文成果采用實測數(shù)據(jù)作為工程設計依據(jù)。