基于高程修正的降雨量對徑流系數成果影響分析
——以大容山高垌水庫為例

龐任宏，蔣華波

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 概述

大容山山脈地處北回歸線以南，屬南亞熱帶季風氣候，雨量充沛、雨季長。并且大容山山脈整體處于玉林盆地的水汽輸送通道上，因此導致該區域為廣西的暴雨集中區之一（山頂的蓮花頂站最高年降雨量達3000 mm以上）。

大容山高垌水庫位于大容山山脈（又稱南方西岳，屬于勾漏山山脈余脈）南麓、玉林市新圩鎮高垌村附近。大容山高垌水庫自身的集雨面積21.1 km2，控制流域山高峻嶺、平均海拔高程約720 m。同樣位于大容山山脈、與大容山高垌水庫緊鄰的中型水庫有蘇煙水庫、六洋水庫；此外，大容山高垌水庫周邊還有龍門水庫、大坡水庫、紅江水庫3座中型水庫。

大容山高垌水庫原屬于“三邊”工程，無實測的徑流資料；在水庫竣工的當年，東、西線引水渠也配套落成，其中：西線引水渠引走大坡、紅江2 座中型水庫，以及關塘、山心塘、竹脈坑、山草坪4座小型水庫的部分徑流；東線引水渠引走六洋1座中型水庫，貓地、黃竹根2座小型水庫的部分徑流。東、西線引水渠引水關系示意圖見圖1。

圖1 東、西線引水渠引水關系示意圖

自1997 年打通大容山高垌水庫通往蘇煙水庫的隧洞后，大容山高垌水庫就源源不斷地向玉林市的供水水源——蘇煙水庫供水，從此徹底改變了玉林市之前生活用水及工業用水奇缺，各機關、企事業單位及居民自行打井濫抽地下水成風的被動局面。因此合理地估算大容山高垌水庫的徑流量，對于助力玉林市的可持續發展有著非常重要的作用。

2 測站基本情況

大容山高垌水庫流域內及周邊有大容山高垌水庫站、蘇煙水庫站、六洋水庫站、龍門水庫站、大坡水庫站、紅江水庫站、貓地水庫站、山心塘水庫站、分別位于東、西引水渠上的白梅、大水沖雨量站，以及設置在大容山主峰上的蓮花頂雨量站。各站基本情況見表1。

表1 測站基本情況表

3 徑流分析

由于大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫均位于大容山山脈南麓，并且這3個水庫的流域緊鄰、下墊面相似，因此著重對比分析這3個水庫的徑流成果。

各水庫的徑流計算采用水庫反推流法計算，結果見表2。根據各水庫站的水位實測資料、出庫流量實測資料，以水量平衡原理還原計算出水庫壩址處凈入庫水量；同時根據當地水庫實際運行成果，蒸發、滲漏損失按3%考慮，則可計算得到天然入庫徑流量。水庫反推流計算公式如下：

表2 大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫反推流成果

式中：W凈為計算時段凈入庫水量，m3；△V為計算時段水庫蓄水變化量，m3；W出為計算時段水庫實測出庫流量，m3。

由表2 可知，采用反推流法計算的大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫自身流域的多年平均徑流量分別為3970 萬、6630 萬、4391 萬m3，對應的徑流深分別為1882、1287、1220 mm。根據《第三次廣西水資源調查評價》的等值線成果，該地區的降雨量在1800 mm 以上（暴雨集中區），蒸發量800～900 mm，徑流深800～1000 mm。考慮到該區域為小流域、暴雨集中區，而等值線成果為大江大河上的測站成果分析得到，因此水庫的徑流深成果大于等值線成果是合理的。

4 降雨分析

4.1 泰森多邊形法

由于目前收集到的蓮花頂雨量站的降雨資料（2013—2018年）系列較短，根據周邊測站的長系列降雨量差積曲線成果分析，蓮花頂雨量站2013—2018 年的降雨成果不包含完整的豐、平、枯水文過程，代表性不足。因此以剩余的10 個測站為基礎，采用泰森多邊形法分別計算大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的流域面雨量，成果見表3。由泰森多邊形法計算的各水庫流域面雨量成果與等值線成果對比，是相協調的。考慮到蓮花頂雨量站的降雨系列較短，因此本次沒有納入計算，在后續的研究中若進一步完善資料收集將有利于提高該方法的合理性。

表3 各水庫流域面降雨（泰森多邊形法）

4.2 流域平均高程與面雨量相關分析

4.2.1 流域高程分析

首先根據1∶1萬地形圖結合現有流域范圍線成果分析大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的流域控制范圍，然后利用DEM（數字高程系統）對流域控制范圍內的地形高程進行分析，最終得到各水庫的高程～面積曲線，并據此計算流域平均高程。

本次分析的各水庫流域面積與現有成果相差不大（見表4），因此維持現有成果，本次分析的范圍僅用于分析流域平均高程。

表4 各水庫流域面積與流域平均高程

4.2.2 降雨量與高程相關性分析

大容山山脈的降雨同時受臺風雨及鋒面雨影響，同時根據大容山山脈周邊降雨路徑特征分析，東線引水渠（大容山山脈南麓）降雨比西線引水渠（大容山山脈北麓）大。因此，分析大容山山脈高程～降雨相關關系時，需分別按大容山山脈南麓、大容山山脈北麓來考慮。

以大容山山脈的分水嶺為分界線，劃分為大容山山脈北麓與大容山山脈南麓，由于蓮花頂雨量站在大容山山脈分界線上，因此南麓和北麓均考慮采用蓮花頂雨量站進行分析。大容山山脈北麓與南麓的站點情況分別見表5、表6。根據現有成果，構建高程～降雨量相關關系曲線（見圖2）。

表5 大容山山脈北麓站點信息

表6 大容山山脈南麓站點信息

圖2 大容山山脈北麓、南麓高程～降雨量相關關系曲線

由圖2可知，大容山山脈北麓、南麓的高程與降雨量之間均存在明顯的相關關系。同時大容山山脈的南麓屬于迎風坡、北麓屬于背風坡，因此同一高程下南麓的降雨明顯強于北麓，這與當地的實際觀測情況是相符的。

此外，由于大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的流域平均高程均高于水庫站所在高程，因此從高程～降雨量相關關系的角度來看，以水庫站的降雨來代表全流域的降雨是明顯偏小的，即使以上水庫的控制流域均屬于小流域。

根據大容山山脈南麓的高程～降雨量關系與各水庫的流域平均高程，分別計算各水庫的流域面降雨，成果如下：大容山高垌水庫流域平均高程720 m，流域面降雨2323 mm；六洋水庫流域平均高程566 m，流域面降雨2149 mm；龍門水庫流域平均高程509 m，流域面降雨2094 mm。以上成果與等值線成果相協調。

5 徑流系數分析

經計算，各水庫徑流系數計算結果見表7。

表7 各水庫徑流系數分析

由表7可知：

（1）大容山高垌水庫利用水庫站資料和泰森多邊形法分別分析徑流系數時，其成果為0.98～1.03，根據高程～降雨量相關關系分析的徑流系數為0.81。大容山高垌水庫控制流域范圍內的植被保護非常好，人類活動少，水源涵養能力強，因此其徑流系數較高是合理的；但在考慮植被蒸騰作用及水面、陸面蒸散發作用后，其徑流系數趨近于1.00 明顯偏大；考慮到泰森多邊形法采用的各測站的平均高程為380 m 左右（未考慮蓮花頂雨量站，其高程1050 m，下同），而大容山高垌水庫的流域平均高程為720 m，因此認為泰森多邊形法分析的流域面降雨偏小。

（2）六洋、龍門水庫利用水庫站資料分別分析徑流系數時，其成果分別為0.71、0.68，而泰森多邊形法與高程～降雨量相關關系分析的徑流系數相近，均為0.60 左右。六洋、龍門水庫控制流域范圍內的植被保護較好，有一定的村屯，水源涵養能力較強，因此其徑流系數低于大容山高垌水庫是合理的；同時泰森多邊形法采用的各測站的平均高程為380 m左右，而六洋、龍門水庫的流域平均高程分別為566、509 m，因此兩種方法計算的徑流系數結果相近。

6 結語

本文采用水庫反推流法分別分析了大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的徑流深成果，并與等值線成果進行對比；同時利用泰森多邊形法、高程～降雨量相關關系分別分析了大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的流域面降雨；最后根據徑流深與流域面雨量成果分析了大容山高垌水庫、六洋水庫、龍門水庫的徑流系數。

在分析山區水庫的徑流時，若水庫的流域平均高程與參證站所在高程之間的差異較大時，應當進一步進行分析參證站的代表性，同時建議在大容山山脈增加不同高程的雨量觀測站，以提高降雨分析的合理性。將來還能通過進一步收集現有測站的相關資料，延長資料系列，以提高成果的代表性與合理性。