云南墨江小勐連水庫取水可靠性分析

曹啟桓

（廣東珠榮工程設計有限公司，廣東 廣州 510610）

0 引言

為了建設可靠的水利工程，使其滿足供水需求，需要對水資源進行論證。邢凱等[1]以巢湖為例，對取水可靠性進行分析；蓋繼明[2]以沈家臺為例，對取水方案及可靠性進行分析；陳詩[3]以顧洞河為例，對水源保證情況進行研究；姬戰生[4]以杭州南沙平原河網為例，對新建設取水口的可靠性進行研究；王超[5]以西平鄉為例對水資源取水可靠性進行分析；譚成[6]以牤牛河為例，對水源進行論證并對取水可靠性進行分析；除上述研究之外，有大量的專家針對不同的工程情況，對水資源可靠性進行實例驗證[7～10]。對取水可靠性進行分析，是進行科學工程建設的前提，以墨江小勐連水庫為例，對取水可靠性進行分析。

1 工程概況

墨江哈尼族自治縣（以下簡稱墨江縣）位于云南省南部、普洱市東部。區內現狀已建有一座小(2)型水庫，即現狀小勐連水庫，該水庫建于1960年，水庫最大壩高20.00 m，壩頂長度57.00 m，正常蓄水位1317.00m，水庫總庫容71.2萬m3，興利庫容58.9萬m3。該水庫是一座以灌溉為主的水庫，承擔下游300畝農田的灌溉任務。而水庫下游耕地較多，是墨江縣耕地較為集中成片的地區，現狀缺水嚴重，現狀小勐連水庫來水量充足但興利庫容過小，調蓄能力極為有限，加上渠道配套的限制，現狀只能滿足設計300畝耕地的灌溉需求，小勐連水庫現狀P=75%年可供水量僅為14.86萬m3，已遠不能滿足下游的用水需求，為了改善水資源短缺現狀，建設可靠的供水工程，需要對水資源進行論證。

2 降水補給分析

墨江縣地處東南亞季風低緯度高海拔區，具有山地季風氣候特點，降雨多受孟加拉灣暖濕氣流影響，區域內干濕季節比較分明，降水年內分布呈現出一定的規律性，每年11月至次年4月份，主要受北來季風影響，降水量很少，僅占全年15.23%，為干季；而5月至10月份，來自南部孟加拉灣暖濕氣流加強，受其影響，區域降水明顯增加，期間降水量占全年84.77%。墨江縣域內高差變化較大，根據多年統計資料分析，降水隨著高程變化也呈現出一定的規律性，即降水量隨著海拔的增加而增加，分析其原因，海拔相對低處，在暖濕氣流控制范圍內，氣流下沉而相對增溫，導致降水減少；隨著海拔升高，暖濕氣流抬升，受切變線、冷鋒、低渦、季風、低壓等天氣系統的影響，相對溫差增加，導致降雨量也隨之增加，呈現出降雨量隨著海拔升高而增加的特性。

收集了墨江氣象站、鎮沅氣象站實測統計資料和周邊其他三個水庫設計降水成果，對小勐連水庫設計降水成果進行比較分析，見表1及圖1。

表1 周邊站點/水庫設計降雨成果統計表

圖1 降雨—高程關系

點繪降水和高程的關系線并推得關系式如下:

式中:P為年降雨量，mm；H為高程，m。

該關系式表明，在墨江氣象站鄰近范圍內，高程每增加100 m，多年平均降雨量約增大49.4 mm。

小勐連水庫壩址以上流域平均高程采用網格法推求，經計算，壩址以上流域平均高程為1420 m。根據年降水量～高程關系，算得壩址以上流域多年平均年降雨量為1396 mm。降水成果與其他數據配合均較好，點據均落于線上或分布在平均線附近，說明成果符合本地區的一般規律，大趨勢也與其他成果相吻合，因此降水分析采用的方法基本合理，計算成果是可信的。

3 徑流特征

3.1 參證站選取

由于小勐連水庫集水面積僅為22.3 km2，而忠愛橋水文站集水面積為3562 km2，兩者相差過大，不宜采用忠愛橋水文站為參證站。

常林河水庫設計時曾設立專用站，其徑流計算以壩卡河專用站為參證站，通過分析計算壩卡河專用站的設計徑流量，建立常林河專用站與壩卡河專用站徑流之間的關系，將壩卡河專用站的徑流分析成果轉換到常林河水庫，最終得到常林河水庫年徑流成果。常林河水庫建成后，由于多方面原因，其水文觀測只運行了一年，仍缺乏足夠的實測數據。又因常林河徑流成果本身也是由壩卡河專用站推求，所以本次小勐連水庫設計徑流計算不考慮采用常林河專用站（水庫站）作為參證站，而是直接采用壩卡河水文專用站為參證站。

3.2 年徑流量計算

壩卡河站實測期為1984年1月至1986年3月、1989年8月至10月、1990年1至5月和1991年1至5月，與忠愛橋站建立同期月徑流關系，圖2中反映出三個突出點，即1985年6月、7月和1989年9月，形成點據高懸的緣故，主要是受局部暴雨影響，使壩卡河發生特大洪水。若撇開這三個特殊點據，其余汛枯點據分布呈線性且無明顯偏離，故目估定線并推得關系式:Q壩卡河專用站=0.031Q忠愛橋站+0.30。經統計檢驗，除三個特殊點外，其余落在關系線±10%外包線以內的點超過75%，相關系數達0.90，說明定單一線合適。

依據上述關系式插延出壩卡河專用站缺測年份的流量資料，使其滿足最短計算系列長度，并對徑流成果進行參數統計分析，得出壩卡河水文專用站統計參數成果，該成果已經通過省級技術主管部門的評審，見表2。

表2 已有壩卡河水文專用站統計參數成果表

圖2 壩卡河與忠愛橋站月平均流量關系圖

壩卡河水文專用站徑流復核計算成果（多年平均流量2.87 m3/s）比原有成果（多年平均流量3.00 m3/s）小了5.33%；這是因為延長的水文資料系列（2000年～2013年）正好處于一個枯水年組，忠愛橋水文站2000年～2013年多年平均流量69.04 m3/s，僅為1966年～1999年多年平均流量(85.93 m3/s)的80.34%；這與近年來西南地區徑流偏小，尤其是2010年前后西南大旱災導致的徑流明顯偏小的事實相符。因此，資料延長后，計算成果使得徑流系列資料更具有代表性，可以認為壩卡河水文專用站徑流復核計算成果（多年平均流量2.87 m3/s）是合理的，本次計算采用該成果。

小勐連水庫年徑流量CV值參考壩卡河專用站年徑流量CV值確定，因壩卡河專用站相比小勐連水庫所在流域更接近哀牢山中部分水嶺，其高程達到了1600m，多年平均降雨量達到了1710mm，年際間降雨量相對水庫設計流域更穩定，相應地年際間的徑流量也更穩定；反映到年徑流量CV值，壩卡河應該比小勐連水庫所在流域的小；另外，考慮到小勐連水庫集水面積又比壩卡河站集水面積小，所以小勐連水庫流域年徑流量的CV值應該比壩卡河站的年徑流量CV值(0.30)大，結合CV值在該地區的變化規律，本次計算小勐連水庫年徑流量CV值取為0.35。

表3 小勐連水庫徑流計算成果表（水文比擬法）

3.3 設計徑流年內分配計算

年徑流分配典型過程一般是基于年水量與設計值相近；年水量在時段內分布不均勻，枯段較枯，對灌溉及供水不利；符合本地區降水、徑流特性三個原則綜合確定的。

小勐連水庫所在的烈馬河流域無實測資料，其干流布竜河上游的常林河水庫氣候條件、流域面積與下墊面情況等都與設計流域相似，小勐連水庫設計年徑流的年內分配可采用已通過相關評審的常林河水庫初步設計報告中的年內分配比進行分配，分配結果見表4。

表4 小勐連水庫設計徑流年內分配成果表 單位:萬m3

4 供水范圍內用水量分析

小勐連水庫工程為墨江哈尼族自治縣拆除重建民生工程。工程開發任務為提供農村人畜生活供水以及農田灌溉用水。到規劃水平年，小勐連水庫可為聯珠鎮的愧竜村、會亮村、仁里村與壩洛村以及新安鎮的莫約村與鄧控村共兩鎮六村的8176人口、4530頭大牲畜、7196頭小牲畜提供有質量保障的安全飲用水以及為小勐連灌區共24584畝耕地提供有保障的灌溉用水。為此，水庫的用水組合包含農田灌溉用水以及人畜生活用水。

4.1 農田灌溉用水

根據需水預測分析結果，農田灌溉用水見表5。

4.2 農村人畜生活用水

根據需水預測分析結果，農村人畜用水見表6。

表5 灌溉用水量計算成果表(P=75%) 單位:萬m3

5 取水可靠性分析

5.1 可供水量分析

設計枯水年(P=75%)情況。小勐連水庫在設計枯水年(P=75%)天然來水為1173.2萬m3，扣除生態基流水量157.06萬m3，水庫調節過程中的蒸發和滲漏損失總量81.57萬m3，在滿足灌區內的綜合用水量913.54萬m3后，水庫還產生21.03萬m3的棄水，說明小勐連水庫設計枯水年的天然來水量能滿足灌區綜合用水的要求，水量供需達到平衡。

表6 人畜用水量計算成果表(P=95%) 單位:萬m3

表7 小勐連水庫設計枯水年(P=75%)可供水量成果表 單位:萬m3

5.2 可靠性分析

小勐連水庫壩址處多年平均徑流量為1570.6萬m3。工程實施后，設計枯水年(P=75%)壩址來水量為1173.2萬m3，總供水量為913.54萬m3，其中農村人畜用水39.91萬m3，農田灌溉用水873.63萬m3；扣除生態基流水量157.06萬m3，水庫調節過程中的蒸發和滲漏損失總量81.57萬m3，在滿足灌區內的綜合用水量913.54萬m3后，水庫還產生21.03萬m3的棄水，說明小勐連水庫設計枯水年(P=75%)的天然來水量能滿足灌區綜合用水的要求。

6 結論

為了改善墨江縣水資源短缺問題，將壩卡河水文站作為參證站，通過對多年資料的收集，使用水文比擬法進行徑流經分析和計算，并對徑流量穩定性進行分析。同時對工程灌溉區域內灌溉用水和生活用水進行分析，分析設計枯水年(P=75%)水庫的可供水量，得出小勐連水庫設計枯水年(P=75%)通過天然水源補給即可滿足灌區用水需求。