云南省保山市隆陽區甫家水庫徑流分析及蓄水驗證

楊正仙

（保山市大型灌區管理中心,云南 保山 678000）

甫家水庫最大壩高56.0 m,總庫容196.4 萬m3,為小（一）型水庫,水庫勘察設計工作由保山市隆陽區水利電力勘測設計隊承擔,并于2016 年完成初步設計,2017 年5 月開工建設,2019 年12 月16 日通過下閘蓄水階段驗收。目前,水庫已蓄水運行3 年多。

1 流域概況

1.1 自然地理及河流水系

甫家水庫位于云南省保山市隆陽區金雞鄉東北方向甫家村,距金雞鄉人民政府駐地4.5 km,距保山城約17.5 km。水庫攔蓄東河左岸一級支流黑沙河中上游的支流夏家壩河水,壩址以上徑流面積6.76 km2,主河長5.479 km,河道平均比降12.8%。水庫壩址海拔1715 m。

夏家壩河為黑沙河上游主流,發源于蘭王坡,自北東向南西流,沿途流經街子坡、棺材山、小松寨,在蟒龍寨與右岸支流交匯,全流域面積8.06 km2,主河長6.956 km,河道比降8.83%。經現場勘察,夏家壩河流域內共有13 個泉點出溢,主要分布于夏家壩河流域的沙子坡、長龍塘洼子、沙水井、劉家地、街子坡、馬鞍山和冷飯坡,根據區域水文地質資料,水庫徑流區泉水屬本區徑流補給,且年際、年內洪枯變化明顯。

甫家水庫流域地勢東高、西低,流域最高點為庫盆東南側的寶鼎寺,海拔2645.6 m,最低點位于水庫壩址,流域平均海拔2186.3 m。流域地勢起伏大,高差懸殊,上游山體寬厚完整,中下游呈狹長形河谷,兩岸地形坡度較陡,屬中低山地貌。流域內上游主要分布有白云巖、白云質灰巖、灰巖地層,地表覆土層薄,喬木及闊葉植被難于生長,主要生長有低矮的灌木和草,加之原來沙子坡砂場、劉家地砂場的開采（目前已全部封停）,流域內上游林草覆蓋相對較差；水庫庫區兩岸植被覆蓋相對較好,林木主要有思茅松、沙松等混合林及其它闊葉雜木林。流域內沖溝相對發育,滑坡、坍塌等物理地質現象不發育。

1.2 水文氣候特征

水庫位于北亞熱帶至南溫帶濕潤季風氣候區,具有冬春干燥、夏秋濕潤、冬無嚴寒、夏無酷暑、干濕季分明的氣候特點。每年11 月～次年4 月,在高空強盛大陸性干燥偏北氣流的控制下,天氣晴朗少雨,光照充足,蒸發量大。5 月～10 月由于受西南暖濕氣流的影響,氣溫較高、雨量充沛、降水日數增多。受地形條件影響,降水量空間分布不均勻,山區大于壩區,一般地,降水量具有隨海拔升高而增大的變化趨勢。

流域內的徑流包括地表徑流和地下徑流。地表徑流來源于降水,徑流量的年際、年內變化情勢及其空間分布與降雨量基本一致,但年內分配極不均勻,枯季（11 月～次年5 月）來水量較少,僅占年徑流的25%左右；最枯徑流常出現在1 月～4 月,占年徑流的10.9%左右；汛期6 月～10 月來水量較多,占年徑流的75%左右。地下徑流主要為徑流區內出溢地表形成的泉水。

洪水均由暴雨形成,地區分布及發生時間與暴雨基本一致。設計流域面積較小,河流較短,河道比降較大,屬典型的山區性小河流,洪水具有陡漲陡落、單峰尖瘦、峰高量小、歷時短的特點。

2 基本資料

2.1 基本資料情況

甫家水庫流域內缺乏水文氣象資料,其水文成果主要根據水文氣候成因相似的東河流域及其鄰近各水文站水文氣象資料分析。根據水庫位置及區域各站點分布情況,主要涉及青崗壩水文站、北廟水文站、小海壩水庫站、保山氣象站、施甸氣象站、朝陽雨量站和新光雨量站。

2.2 資料的可靠性和一致性分析

通過對鄰近流域內各水文站和氣象站觀測資料的復核審查,認為各水文站和氣象站各類資料的觀測、整編均符合國家有關行業標準和規范要求,資料可靠,可作為甫家水庫設計水文分析的基礎資料。

3 徑流分析

3.1 參證站選擇

青崗壩水文站以上流域屬山區,氣候成因與甫家水庫基本相似,但流域平均海拔相對較甫家水庫高,流域內巖溶地貌發育,流域下墊面因素同甫家水庫存在較大差異；柯街站控制徑流面積與甫家水庫相差太大；小海壩水庫降水深和徑流深遠大于甫家水庫。故不能將這3 個站作為徑流計算的參證站。

甫家水庫和北廟水庫站位于東河流域,均處于山區河流段,雖然地理環境有所不同,但位置距離不遠,為同一氣候區,在降水上有較好的相關關系,該區域的徑流量主要來源于降水量,所以可以選擇北廟水庫站作為本次水庫徑流分析的參證站。北廟水庫站控制面積119 km2,甫家水庫本區控制面積6.76 km2,雖然控制面積有一定差異,但都屬于山區小流域,流域下墊面因素和人類影響因素都比較相似,在沒有更為恰當參證站的情況下唯有選擇北廟水庫站為甫家水庫徑流分析的參證站。

3.2 北廟站年徑流統計參數

以北廟站還原及插補延長的50年（1964年～2014水文年）徑流系列為頻率分析的樣本,進行年徑流量的頻率分析計算,用數學期望公式計算經驗頻率,矩法公式初估其統計參數,以P-Ⅲ型理論頻率曲線為線型,適線法最終確定統計參數,北廟站多年平均徑流量為6654 萬m3,年徑流CV=0.32,CS=2 CV。

3.3 甫家水庫多年平均年徑流推求

甫家水庫流域屬無資料地區,年徑流計算采用無資料地區常用的水文比擬法和等值線查圖法進行。

（1）水文比擬法：根據同流域北廟站徑流頻率分析計算成果,利用年徑流的地區分布規律,以流域面積為主要參變量,按面積比移用北廟站的設計年徑流,移用時加入降水量因子的修正。

（2）等值線查圖法：根據《云南省水資源調查評價專題報告》（水資源四級區）中的《云南省1956～2000 年平均年徑流深等值線圖》進行推算。

3.3.1 水文比擬法

以北廟站為參證站,用面積比加降水量修正的水文比擬法推求得甫家水庫壩址多年平均徑流量為352 萬m3。

水文比擬公式為：

式中：W甫、F北分別為甫家水庫、北廟站多年平均徑流量；F甫=6.76 km2,F北=119 km2；P甫=1150 mm,P北=1235.3 mm；W北=6654 萬m3。

3.3.2 等值線查圖法

根據流域形心位置和《云南省1956 年～2000 年平均年徑流深等值線圖》查讀水庫所在位置的徑流深進行年平均徑流推算。查得甫家水庫流域年徑流深為550 mm,相應的多年平均徑流量為372 萬m3。CV值均為0.23。

3.3.3 成果采用

水文比擬法和等值線查圖法兩種方法推求的多年平均徑流成果比較接近,水文比擬法成果比等值線查圖法偏小5.35%,說明兩種計算方法的應用是合理的。從計算采用的資料來分析,查圖法所依據的《云南省水資源綜合規劃水資源調查評價成果圖集》比例尺小,加之設計斷面的徑流面積又較小,以此查讀的年徑流深并不能真實反映出區域降水和徑流變化較大的特性,誤差相對較大；另外,通過參證站查圖徑流深（約500 mm）和實測徑流深（559 mm）比較可看出,該區域查圖徑流深比實測徑流深偏小,說明本工程不宜直接采用等值線查圖法成果；水文比擬法依據鄰近站點北廟站的實測、還原或插補資料,且采用降水量進行修正,精度相對較高。故甫家水庫多年平均徑流量采用水文比擬法推算成果。

3.4 庫區泉水徑流估算

經現場勘察,甫家水庫徑流區內共有13 個泉點出溢,是甫家水庫水源的重要組成部分。這些泉點主要分布于水庫徑流區的沙子坡、長龍塘洼子、沙水井、劉家地、街子坡、馬鞍山和冷飯坡。2016 年3 月29 日,隆陽區水利電力勘測設計隊和金雞鄉水管站工程技術人員、甫家村干部對庫區出流量相對較大的13 個泉點進行了流量量測,實測得庫盆內泉點總流量為34.87 L/s,其中長龍塘洼子的5 個泉點（Q5～Q9）出溢流量為17.36 L/s,占水庫徑流區泉點總流量的50%。經調查走訪當地年長的村民,一致反映,這些泉點流量年際、年內洪枯變化明顯。

泉點徑流補給區分析：根據區域地質構造以及庫區出露的地層結構和巖性分析,按地層巖性及水文地質特性將水庫徑流區劃分為兩個水文地質分區。即三疊系中統河灣街組（T2h）白云巖及石炭系上統丁家寨組（C3d）白云質灰巖、灰巖分布區為I 區,為區內主要含水層,分布于庫區以東大坡、冷飯坡、寶鼎寺、大荒田、棺材山、大平地一帶。石炭系上統臥牛寺組（C3w）拉斑玄武巖分布區為Ⅱ區,即相對隔水層,分布于整個庫區。I 區接受地表徑流補給后,地下水通過巖溶裂隙向Ⅱ區運移,受Ⅱ區玄武巖阻隔,泉點沿巖層分界線呈群狀分布。

根據區域水文地質資料分析,認為徑流區泉水屬本區徑流補給,且年際、年內洪枯變化明顯。因此,本次徑流分析不單獨計算泉水流量。

4 水庫蓄水情況

水庫2019 年12 月16 日通過下閘蓄水階段驗收后下閘蓄水,供灌區農業生產和下游村鎮生活用水,目前,已蓄水運行了3 年多。通過3 年多來的蓄水驗證,水庫能蓄水至正常蓄水位,汛期溢洪道泄流,說明水庫徑流分析基本符合工程實際,徑流分析成果基本合理。

5 結語

徑流是水庫工程規模確定的重要因素,山區小型水庫工程多建設于小河流上,基本無徑流觀測資料,加之水庫前期勘測設計工作時間緊,在時間保證上沒有建立流量觀測站的條件。因此,徑流分析只能依據鄰近流域的水文站點實測徑流資料及省級出臺的水資源調查等值線圖進行分析估算。在徑流分析過程中,對參證站的選擇尤為重要,選擇與工程所在流域水文氣候條件、下墊面條件相似的水文站作為參證,推求的徑流成果才更符合流域實際,所確定的水庫工程規模既能充分利用流域水資源,又經濟合理,蓄水安全可靠。