基于無資料地區多種方法的引乾濟石調水工程來水量計算與分析

李 齊

（遼寧省葠窩水庫管理局有限責任公司，遼寧 遼陽 111000）

1 工程概況

引乾濟石調水工程是將漢江支流乾佑河水量穿越秦嶺調入已建成的西安市石砭峪水庫的跨流域調水工程，它是利用西康公路秦嶺隧洞施工的有利條件修建輸水隧洞，將柞水縣乾佑河的水調入五臺鄉石砭峪水庫，經過石砭峪水庫統一調度調節后向西安市城區供水，增加城市生活和工業供水水量，并補充城區和下游河道生態環境用水。本工程是在老林河、太峪河、龍潭河上分別修筑低壩引水，由引水渠道引至隧洞前匯流池，經調節后入隧洞。引水線路全長21.85 km，其中18.05 km 為穿山隧洞，采取自流輸水，引水洞最大輸水流量為8 m3/s。為了保持下游河段的生活、生產和生態環境用水，流量小于0.2 m3/s 時不引水，在汛期盡可能多引，設計年調水量0.47 億m3。

乾佑河為旬河支流，漢江二級支流，流域面積2505 km2，多年平均徑流量6.88 億m3，主要支流有老林溝、太峪河、龍潭河、安沙溝、盧材溝河、王家坪河、馬房子河、縣河、冷水河等。調水工程取水斷面控制流域面積為262 km2，其中各條支流設計斷面的匯水面積為老林河流域面積124 km2，太峪河流域面積76 km2，龍潭河流域面積62 km2。為了確定引水量，需要計算老林河、太峪河、龍潭河三條河流上低壩引水口處徑流量，根據相關資料，河流上無水文實測資料，但在乾佑河上有柞水水文站，具有流量資料，為了避免單一方法計算結果的不準確性，采用面積比擬法和經驗公式法（降雨量法和徑流深法）對引乾濟石各低壩引水口斷面年徑流量進行計算。

2 面積比擬法

采用參證流域面積比擬法計算取水斷面徑流量，參證站選用位于調水工程下游的柞水水文站，用面積比擬法推求設計流域年徑流量[1]。計算公式如下：

式中：Q取水斷面為引湑濟黑調水工程湑水河取水口斷面徑流；Q柞水站為柞水站徑流；K1為面積修正系數，為引乾濟石調水工程乾佑河取水口斷面控制流域面積與柞水水文站控制流域面積的比值；K2為降雨量修正系數，為老林雨量站控制流域多年平均面降雨量與柞水雨量站控制流域多年平均面降雨量的比值。

調水工程引水口位于柞水縣縣城西北約20 km 處的西康鐵路秦嶺隧洞南口附近，取水樞紐分別位于乾佑河上游支流老林溝、太峪河、龍潭河上，引水壩址以上總流域面積262 km2（老林溝流域面積124 km2、太峪河流域面積76 km2、龍潭河流域面積62 km2），柞水站控制流域面積457 km2，經計算老林溝、太峪河、龍潭河面積修正系數K1分別為0.2713、0.1663、0.1357。

秦嶺山區降雨量隨地形的起伏變化極為顯著。相距20 km、高程相差僅150 m 的兩雨量站多年平均降雨量相差80 mm，根據統計資料經計算得，老林雨量站多年平均降雨量836.4 mm，柞水雨量站多年平均降雨量759 mm，根據《水利工程實用水文水利計算》，對缺乏資料地區設計年徑流量可以用降雨量進行修正。秦嶺深山高程相差很大，河源高程接近2000 m，而取水口處高程不足1100 m，老林雨量站位于取水口附近，工程的流域面積均集中于老林站以上深山區，考慮降雨量隨高程增加而顯著增大的特點，取水工程流域平均雨量應遠大于老林站的降雨量。經計算降雨量修正系數K2為1.102。

參證站多年平均徑流量為1.4904 億m3，采用面積比擬法和降雨量修正，設計流域各支流多年平均年徑流量分別為：老林溝4457 萬m3，太峪河2731 萬m3，龍潭河2228 萬m3，合計徑流量9416 萬m3。引乾濟石調水工程各支流取水斷面徑流量成果見表1。

表1 引乾濟石調水工程取水口斷面徑流量

3 經驗公式法

經驗公式法采用兩種方法，分別為利用《商洛地區實用水文手冊》中的由降水量推求設計流域多年平均徑流深方法及參考《陜西省地表水資源》中所提供的“多年平均徑流深等值線圖”查算流域多年平均徑流深方法[2-3]。

3.1 降雨資料推求取水斷面年徑流量

根據《商洛地區實用水文手冊》，通過降水資料利用經驗公式法推求流域設計年徑流量。

（1）設計流域多年平均降雨量計算

引乾濟石調水工程鄰近有柞水雨量站1969 年～2010 年逐年降水量資料，取水工程流域內有老林雨量站1963 年～2010年共47 年逐年降水資料，其中1968 年以前部分年份缺測，缺測年份用鄰近站雨量代替，對這兩站年降水量作頻率分析計算，目估適線，矩法計算統計參數，各頻率年降水量成果見表2。

表2 各頻率年降水量

（2）設計流域多年平均年徑流量計算

根據《商洛地區實用水文手冊》，流域多年平均年徑流量計算采用公式如下：

式中：W 為流域多年平均年徑流量，單位為萬m3；F 為取水口以上流域面積，單位為km2，為262 km2；Y 為多年平均年徑流深，Y=6.6×10-10×H4×F0.025，單位為mm；H 為流域多年平均年降水量，采用老林站多年平均降水量代替流域多年平均降雨量，為836.4 mm。

經計算，多年平均年徑流深Y 為371.24 mm。利用徑流深計算出各河多年平均年徑流量為：老林河4603 萬m3，太峪河2821 萬m3，龍潭河2302 萬m3，三河合計徑流量9726 萬m3。

表3 各支流取水口斷面徑流量

（3）各頻率設計年徑流量計算

根據《陜西省地表水資源》“年徑流深變差系數等值線圖”及“Cs/Cv 等值線圖”取Cv=0.4，Cs/Cv=2.5，查出P—Ⅲ型曲線的模比系數Kp 值表，計算出各頻率設計年徑流量見表4。

表4 引乾濟石調水工程取水口斷面徑流量

3.2 多年平均徑流深推求設計年徑流量

根據《陜西省地表水資源》，從“多年平均徑流深等值線圖”可查出設計流域多年平均徑流深為380 mm。采用平均徑流深與流域面積計算設計流域多年平均年徑流量，計算結果分別為：老林河4712 萬m3，太峪河2888 萬m3，龍潭河2356 萬m3，合計為9956 萬m3。取Cv=0.40,Cs/Cv=2.50 確定P-Ⅲ曲線的模比系數Kp 值表，計算出各頻率設計年徑流量見表5。

表5 引乾濟石調水工程取水口斷面徑流量

4 計算結果對比與分析

三種方法計算的調水工程各頻率年徑流量成果見表6。對以上三種方法推求的調水工程設計年徑流量進行分析如下：經驗公式法兩種計算方法結果較相近，該兩種方法均是通過推求流域多年平均徑流深，進而利用P—Ⅲ曲線的模比系數Kp 求得年徑流量。用降雨量公式求徑流深，是根據地區降雨～徑流深相關關系總結出來的，本身反映了徑流深的變化規律，故而推求的設計徑流量接近查算徑流深等值線圖的結果。面積比擬法利用柞水水文站31 年徑流量資料的分析成果，在將參證站的徑流量比擬至設計流域時，考慮到秦嶺山區高程差異大，降雨量變幅大，用降雨量比值修正之后，其結果略小于經驗公式的計算結果。由于經驗公式是利用地區綜合參數間接推算年徑流，且地區綜合參數采用的資料只到1980年，其代表性較差；面積比擬法采用實測徑流資料的分析成果，其成果精度較高可信度大，推算出的年徑流量較經驗公式法小。故調水量計算采用面積比擬法修正后的計算成果。

表6 三種方法計算取水斷面徑流量成果對比 單位：萬m3

5 結論

通過采用三種不同方法計算引乾濟石調水工程來水量，經分析確定以面積比擬法修正后的計算成果作為引水量，精度與可靠性較高，能夠較好的反映實際來水量。但是由于河流上無水文監測站，為了更好提高調水工程來水保障程度，建議在取水低壩處設置水量監測站，同時也要保障輸水管線安全供水，避免破壞導致漏損，并且調水過程中也要考慮生態水量。