忠太水庫設計徑流計算分析

(1.云南省能源投資集團有限公司，云南 昆明 650228；2.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051)

在云南省西北部“三江并流”(怒江、瀾滄江、金沙江)區內，由于受南支槽和地形條件(主要為縱向嶺谷的“通道-阻隔”作用)的影響，區內北部(北緯大于26°)的大部分地區出現“桃花汛”小雨期，即在3月進入雨季，年內降水在3—4月、5—10月出現一小一大兩個峰值；而北緯26°以南地區“桃花汛”小雨期漸趨消失，降水量年內分配表現為“單峰型”[1-3]。

該地區瀾滄江中游左岸支流永春河上游的塘上水文站、瀾滄江右岸一級支流臘普河上的塔城水文站，年內徑流隨雨季呈現雙峰特征，最大峰值出現在8月，次大峰值出現在4月。怒江中游左岸一級支流迪麻洛河上的迪麻洛電站壩址設計徑流計算和瀾滄江中游右岸一級支流妥洛河上的妥洛河水電站年內徑流分配都以塘上水文站為參證站；塔城水文站也是該地區設計徑流計算重要的水文參證站[4-5]。

水文比擬法、年徑流深等值線圖法和徑流系數法是推求無資料地區設計徑流常用的方法，設計徑流年內分配一般通過水文比擬法獲得，在滇西北雙雨季地區無資料流域的設計徑流計算中，水文參證站選擇是否合適對設計徑流影響很大[6]。在該地區忠太水庫的設計中，通過比較不同水文站的降雨-徑流特性，并分析不同徑流分配模式對興利調節計算的影響，為工程設計徑流的參證站選擇提供合理依據。

1 項目概況

忠太水庫位于金沙江右岸一級支流撒榮河上，是云南省迪慶州德欽縣奔子欄鎮及羊拉鄉精準扶貧集中安置搬遷點的農村人畜飲水和灌溉水源工程，總庫容166.30萬m3，興利庫容93.80 萬m3，年供水量430.41萬m3。

2 設計流域水文特性

2.1 流域概況

忠太水庫臨近水系見圖1。忠太水庫所在的撒榮河是金沙江右岸一級支流，發源于云嶺山脈北段東坡的白茫雪山，是金沙江與瀾滄江的分水嶺，峰頂終年積雪不化。撒榮河流域面積為80.10km2，河長18.06km，河源海拔5000m，河口海拔2105m，天然落差2895m，平均坡降160.3‰。撒榮河山高谷深，形成陡峻的波狀地形，河床坡降大，河谷狹窄，由上游至下游河谷縮窄而兩岸山坡更陡；流域形狀均為狹長型，水系發育，羽狀小支流較多，坡降大。

撒榮河流域由低到高經歷了亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒帶幾個氣候區，立體氣候十分明顯；從河口到分水嶺，跨越了從北亞熱帶到高山草原帶的多個植被帶。撒榮河上游段(海拔3000m以上)植被覆蓋良好，氣候類型為暖溫帶、溫帶和寒帶，主要植物類型為山地濕性常綠闊葉林、針葉林及高山草甸等；而下游段(海拔3000m以下)接近金沙江干熱河谷，氣候類型為亞熱帶和暖溫帶，主要植物類型為干熱河谷灌叢，植被覆蓋較差。

擬建的忠太水庫位于撒榮河上游的賽坡村與撒榮村之間，距德欽縣城直線距離約25km。忠太水庫壩址徑流面積31.92km2，占撒榮河徑流面積的39.9%，壩址處河床海拔3106m，壩址以上河長8.87km，河道平均比降為214.2‰。

2.2 水文基本資料情況

忠太水庫所在撒榮河上無水文站，臨近水文測站資料情況見表1，水文站點分布見圖1。古學水文站和奔子欄水文站控制流域面積與忠太水庫相差過大，不宜作為設計流域的參證站，因此主要以德欽氣象站和上橋頭、阿東水文站作為本設計流域水文分析的參證站。

表1 忠太水庫臨近水文測站情況

2.3 設計流域水文特性分析

撒榮河是金沙江上游右岸一級支流，屬降水、地下水和冰雪融水混合補給類型，受降水影響最大，徑流分布與降水分布基本相應，徑流在時程分配和地區分布上極不均衡，徑流年內分配不均，豐、枯變化大，具有明顯的季節性。流域內年徑流量垂直變化十分明顯，根據云南省年降水量等值線圖和年徑流深等值線圖，撒榮河流域內年降水量介于400～1200mm之間，年徑流深從河口的100mm增加至山頂800mm，徑流深隨海拔增加明顯[7]。忠太水庫壩址位于撒榮河上游，植被良好，是撒榮河流域徑流較為豐沛的區域。

圖1 忠太水庫臨近水系及水文站點分布

圖2 撒榮河流域臨近站點多年平均降水年內變化情況

圖3 撒榮河流域附近站點多年平均徑流深年內變化情況

撒榮河流域鄰近測站各月多年平均降水量、月徑流深分別見圖2、圖3。距離撒榮河流域最近的阿東水文站、德欽氣象站、上橋頭水文站、塔城水文站的多年平均降水年內變化趨勢基本一致，均呈現出雙雨季特點，即在3—4月出現一個較小峰值，在7—8月出現一個較大峰值；塔城水文站降水量較多，雙雨季特征更為明顯，3—4月的雨季峰值比較突出，阿東、德欽、上橋頭3個站點的雙雨季特征較塔城站弱。結合多年平均徑流深年內變化來看，塔城水文站徑流與降雨相應，體現出雙汛期特征，徑流在4月出現一個峰值，在8月出現一個更大的峰值；阿東、上橋頭水文站雖然年內降水有2個峰值，但年內徑流分配并沒有2個峰值，而是呈現單汛期特征，即只在7—8月出現一個徑流峰值。

阿東水文站所在的阿東河流域，與撒榮河流域只有一山之隔，兩河均發源于白茫雪山，降水徑流特性最為接近；而距離撒榮河流域較近的德欽氣象站降水特性與阿東水文站相似，與撒榮河流域距離較近、同屬金沙江上游一級支流的上橋頭水文站徑流特性與阿東水文站相似。綜上，推斷撒榮河流域的水文特性為：雨季為3—10月，降水多集中在4—8月，體現出不明顯的雙雨季特征；汛期開始于5月，結束于10月，年內徑流只有在7—9月出現一個峰值。

3 設計徑流計算

3.1 計算方法

采用水文比擬法和徑流深等值線圖法計算忠太水庫設計徑流，水文比擬法按面積比擬并考慮降雨和徑流系數修正[8]。分別以上橋頭、阿東水文站為參證站，徑流深等值線圖法根據忠太水庫壩址徑流區流域中心位置，通過《云南省水資源調查評價成果圖集》 (簡稱“省圖集”)中多年平均年徑流深等值線圖、年徑流變差系數Cv等值線圖進行計算[8]:

(1)

式中：W設計、W參證分別為設計流域、參證站流域多年平均徑流量，萬m3；F設計、F參證分別為設計流域、參證站流域徑流面積，km2；P設計、P參證分別為設計流域、參證站流域多年平均降雨，mm；α設計、α參證分別為設計流域、參證站流域徑流系數，通過《迪慶藏族自治州水資源分析與評價》查得[9]。

3.2 徑流計算成果比較及選用

上橋頭站水文比擬、阿東站水文比擬和徑流深等值線圖法計算得到的忠太水庫設計徑流成果見表2，多年平均徑流量分別為1461.1萬m3、1485.5萬m3、1500.2萬m3，3種途徑推求的年徑流量相差不大。上橋頭站為鄰近忠太水庫的金沙江支流上的國家水文基本站點，位于金沙江左岸一級支流崗曲河(交界河)上，控制徑流面積2432km2，距離忠太水庫直線距離58km，水文觀測資料年限長、精度高，成果可靠。阿東站所在的阿東河與設計流域位于同一分水嶺的兩側，兩河均發源于金沙江與瀾滄江分水嶺白茫雪山，徑流特性更為較近。但阿東站只有1979—1991年的實測資料、觀測年限較短，通過與上橋頭站月徑流系列建立相關關系進行插補延長，水文比擬計算結果較上橋頭站水文比擬的結果略大。3種途徑計算結果中，上橋頭站水文比擬的設計流域年徑流量結果最小，所以忠太水庫設計年徑流采用上橋頭站水文比擬的成果，并以上橋頭站各設計頻率典型年月分配過程計算忠太水庫各頻率年內徑流分配。

表2 忠太水庫不同方法設計年徑流成果比較

4 不同參證站設計徑流對水庫興利庫容的影響

年內徑流分配對水利工程規模有直接影響[10]，基于忠太水庫P=75%設計年徑流量，分別選用上橋頭站、塔城站P=75%典型年的月過程分配后按“以需定供”原則進行興利調節計算，結果見表3、表4。上橋頭站單汛期月分配過程計算得到的興利庫容為93.8萬m3；塔城站雙汛期月分配過程計算的興利庫容為66.7萬m3，比上橋頭站對應的興利庫容小30%。因為單汛期月徑流分配更不均勻，而雙汛期月徑流分配對供水更有利，所需的興利調節庫容更小，從不利于工程的角度，應選擇單汛期的上橋頭站作為參證站進行典型年月徑流分配，與降雨-徑流特性分析的參證站選擇的結論一致。

表3 內分配采用上橋頭站水文比擬結果興利調節計算

表4 年內分配采用塔城站水文比擬結果興利調節計算

5 結 論

本文對位于雙雨季地區忠太水庫設計流域的水文特性及參證站選擇進行了分析，并采用不同方法計算了忠太水庫設計徑流，得出以下結論：

a.忠太水庫屬缺資料地區，參考周邊水文測站資料進行流域水文特性分析，設計流域雖位于雙雨季地區，但年內徑流分配為單峰特征(單汛期)；若能對設計流域進行長期實地調查觀測或構建水文模型進行模擬分析，可進一步驗證忠太水庫流域的降雨-徑流特性。

b.阿東、上橋頭水文站均可作為忠太水庫設計徑流參證站，采用水文比擬法進行忠太水庫設計徑流計算，并與查等值線圖法計算成果對比，推薦采用上橋頭站水文比擬計算成果。

c.一般以水利水電工程的設計徑流作為興利調節計算的基礎資料，而對位于雙雨季地區的忠太水庫來說，同樣的設計年徑流采用不同參證站的年內徑流分配模式(單汛期或雙汛期)進行水庫興利調節計算，其結果差別很大，從而對水庫興利庫容和規模確定產生較大影響。因此，在設計徑流年內分配計算中應考慮其對興利調節計算及水庫規模的影響，從對工程更不利的角度為水文參證站的選擇提供依據，進而更合理地確定工程規模。