東湖水庫徑流和徑流調節計算與分析

張家松

（江門市科禹水利規劃設計咨詢有限公司,廣東 江門 529000）

1 工程概況

東湖水庫位于廣東省陽東區那龍鎮東南部那龍河上游,距325 國道4.50 km,東湖水庫是一座以灌溉、防洪為主,兼發電、供水、養殖及旅游業等綜合利用的大（2）型水庫。水庫集雨面積51.148 km3,總庫容12628 萬m3。設計灌溉面積13.85 萬畝。水庫還有保護下游五個鄉鎮總人口15 萬人、耕地15.5 萬畝的防洪效益。

2 資料的可靠性、代表性及一致性分析

東湖水庫降雨過程線及多年平均降雨量見圖 1。從圖 1可以看出,東湖水庫各年平均降雨系列在多年平均降雨量（圖中均值線）上下波動,沒有增大或減小的明顯趨勢,說明東湖水庫降雨量系列的一致性較好。

圖1 東湖水庫逐年降雨量過程線

東湖水庫年降雨量差積曲線見圖 2,年平均降雨量的差積曲線上升表示偏豐水年,下降表示偏枯水年,水平表示為平水年,曲線斜率反映豐枯程度。從圖 2可以看出,東湖水庫降雨量資料系列中,具有多個有完整的豐、平、枯變化周期,由此可見本次論證收集的資料具有良好的代表性。

圖2 東湖水庫降雨量系列差積曲線圖

東湖水庫實測年降雨量逐年累積平均值過程線見圖 3。從圖 3可以看出,自1961年~1965年間,東湖水庫區域降水呈現逐年增多的趨勢,隨后一直到2017年該水庫降雨量系列累積平均過程線隨年序變化變幅越來越小,最后趨于穩定。

圖3 東湖水庫降雨量均值變化線圖

綜上所述,本次論證所采用的實測降雨量系列數據可靠,一致性較好,資料系列中豐枯水平年交替出現,具有連續豐、枯的特性,系列趨于穩定,其具有較好的代表性及穩定性。

3 徑流計算

年徑流量計算是以降雨資料為依據,通過降雨徑流關系計算得出多年平均徑流深。對東湖水庫年降雨資料系列進行頻率計算,經驗頻率計算成果分別見表 1,P-III型頻率曲線成果見圖 4。

表1 東湖水庫實測年降雨量頻率計算成果表

圖4 東湖水庫年降雨量頻率曲線圖

查《廣東省水文圖集》得到東湖水庫多年平均年徑流深Y=1400 mm,多年平均降雨量2200 mm,多年平均蒸發量1300 mm,因此多年平均徑流系數a=1400/2200=0.636,根據實測資料多年平均降雨量X=2153.8 mm,則多年平均徑流深為1369.8 mm,年徑流變差系數Cvy由下面經驗公式計算：

式中：Cvx為年降雨量變差系數,由東湖水庫雨量站1961年~2018年57年雨量資料統計所得Cvx=0.27； 為年徑流系數,東湖水庫徑流系數 =0.636；F為水庫壩址以上集雨面積,F=51.148 km2；r為綜合影響系數,取r=1.4；n為指數,采用0.6；m為地區性經驗系數,采用0.06。

東湖水庫多年平均徑流量為1369.8×51.148×0.1=7006.3萬m3,根據上述公式計算得東湖水庫年徑流變差系數為Cvy=0.44,取Csy=2Cvy,根據P-Ⅲ型頻率曲線分布,計算得各頻率下東湖水庫的年徑流量,成果見表2。

表2 東湖水庫年徑流量頻率計算成果表

根據表 1可知,枯水年（P=90%）設計年降雨量1450.2 mm。根據選擇典型年的原則（年雨量接近設計年雨量及枯水期雨量占年雨量比例較小）,從降雨量資料中選1999 年5 月~2000 年4 月（X年=1494.2 mm）為枯水年的代表典型年,典型年降雨量年內分配計算成果見表 3。

表3 東湖水庫枯水年（P=90%）代表典型年降雨量分配成果表

設計年徑流由地表徑流和占河川徑流量10%的基流組成[1]。地表徑流的年內分配采用設計典型年的降雨量分配,基流按12個月平均分配,P=90%的設計年徑流分配見表 4。

表4 東湖水庫P=90%年徑流量分配成果表

4 水庫徑流調節計算

根據以上計算成果,現狀水平年90%的相應頻率來水量為3458.3 萬m3,東湖水庫灌區屬于南方濕潤地區,水資源較為豐富,灌區農作物主要為水稻,一年三熟制。依據《灌溉與排水工程設計規范》（GB 50288-99）,灌溉設計保證率取90%。據《陽東縣東湖水庫灌區改造工程初步設計報告》（2012.3）經過灌區改造后,灌區90%保證率的灌溉需水總量為6048.7萬m3,生態需水量為700.8萬m3。可見,該水庫用水總量遠大于來水量,因此需要進行多年調節計算。東湖水庫各頻率下來用水情況見表 5。

表5 東湖水庫各頻率下來用水情況表 單位：萬m3

多年調節所需的總興利庫容Vn等于年庫容V年和多年庫容V多年之和。其中,年庫容V年根據各來水量和用水量的統計參數,采用數理統計法,得出來水量與用水量平衡的頻率及水量進行水庫完全年調節計算,多年庫容V多年則由普列什科夫線解圖查算而得。水量損失放在多年庫容計算中考慮,年庫容調節計算時不計水量損失[2-5]。

4.1 年庫容計算

根據頻率計算,計算得來水量與用水量平衡處的頻率為65%,相應來水量為5482.8萬m3。按照來、用水量平衡的設計代表年份進行調節計算,年水量取平衡水量,年內分配分別取設計年內各月分配過程,計算得東湖水庫的年調節庫容V年=1214.0萬m3,來水量與用水量頻率曲線見圖 5,水庫年調節計算過程見表 6。

圖5 東湖水庫來水量與用水量頻率曲線圖

表6 東湖水庫年調節庫容計算 單位：萬m3

4.2 多年庫容計算

多年調節庫容按照考慮水損和不考慮水損的情況進行計算,水損包含庫容蒸發水損庫容滲漏水損,兩者計算如下[6-9]：

1）不考慮水損的多年調節庫容計算

根據P =95%、CVz=0.46、a =0.77,查普列什柯夫線解圖得：β多年=0.42,因此東湖水庫多年調節庫容為：V多年= β多年·Z=3547.1萬m3,東湖水庫所需總庫容為：V總=V年+V多年=1214.0+3547.1=4761.1萬m3

2）考慮水損的多年調節庫容計算

根據前面的計算,已知：多年平均蒸發量i=1300 mm,多年平均降雨量X=2200 mm,多年平均徑流深Y=1400 mm,E-601蒸發器改正系數K=0.91；V多年= 3547.1萬m3,V=V多年+V死= 3547.1+954=4411.1萬m3,查得相應的庫水面面積F=2.3 km2,采用以下經驗公式計算水庫的蒸發損失量：

根據P =95%、CVz=0.50、a =0.83,查普列什柯夫線解圖得：β多年=0.7,因此東湖水庫多年調節庫容為：V多年= β多年·Z=5911.8萬m3

5 結論

東湖水庫所需興利庫容為V總=V年+V多年,計算可得V總為7125.8萬m3,東湖水庫灌溉死水位20.0 m,相應庫容954萬m3；正常蓄水位31.0 m,相應庫容8964萬m3。東湖水庫現有的興利庫容為V興= V正- V死,計算可得V興為8010萬m3。

按以上興利調節計算可得：東湖水庫正常灌溉用水調節庫容7125.8萬m3,小于現有的興利庫容8010萬m3,故東湖水庫現有興利庫容能滿足東湖水庫灌區的灌溉用水要求。