玉樹藏族自治州雜多縣水文調查成果及分析

婁淵朋，馬二永，劉益曉，翁茂峰

（中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,陜西 西安 710065）

0 引言

雜多縣地處青藏高原中部,地勢由扎曲源頭與布當曲分水嶺向西側逐漸降低。西部位于昆侖山、唐古拉山腹地,兩山中間有莫云灘、旦榮灘和查榮灘三個高原盆地,全縣平均海拔4200 m 以上,從整體看,西部地區地形坦蕩,東部地區高山央峙。境內河流縱橫密布,吉乃溝為扎曲一級支流,扎曲為瀾滄江上游主流,徑流主要是大氣降水及融冰雪水。

水庫工程位于青海省玉樹州雜多縣,是一座以縣城供水和灌溉供水為主要任務的Ⅳ等小（1）型水利工程。壩址以上流域面積34.4 km2,河長7.6 km。根據理論方法計算,壩址處多年平均徑流量為1175 萬m3。

由于壩址以上流域面積較小,按照《青海省水文手冊》（2018 版）[1]推薦的方法計算徑流及洪水成果偏小,與實際情況差異較大。本文首先分析了《青海省水文手冊》（2018 版）[1]推薦方法在青海西南地區小流域水文計算中可能會造成偏差。此外,由于此地屬高海拔地區,調查難度大,無可用的歷史調查水文數據,因此進行徑流及洪水調查。

通過浮標法、顏色試蹤法、暢流期懸桿流速儀法等幾種適用于本地區的調查方法,進行調查；然后實測得到工程壩址處徑流數據,吉乃溝、洼里溝、清水溝尋找到的4 處洪痕縱橫斷面和洪水位,以及歷史洪水重現期訪問情況分析；最后得到95%頻率年平均流量以及不同重現期的洪水調查序列結論。

1 水文計算方法及成果

1.1 徑流理論計算方法及成果

（1）工程流域徑流特性

工程流域為大陸性季風區雨源性區域,徑流來源為降雨、融雪混合補給,還有一定量的地下泉水補給。

（2）徑流計算

徑流計算采用徑流深等值線法、雙曲正切模型法、水文比擬法三種方法,計算所得結果（表1）多年平均徑流量為1175 萬m3,多年平均流量為0.372 m3/s。

表1 徑流計算成果表

（3）徑流成果選用及合理性分析

徑流成果比較見表2,除與流域面積較大的香達站水文比擬法和雙曲正切模型法計算結果相差較大之外,與其他各結果徑流深及徑流系數相差都在20%以內,最終采用了資料比較可靠的下拉秀站計算結果。

表2 各方法徑流計算結果比較表

統計香達、下拉秀及新寨站插補延長系列年徑流特征參數,結果見表3,多年平均徑流深隨著流域面積的增大而減小,設計成果基本合理。

圖1 下拉秀站年徑流量頻率曲線

表3 壩址及臨近水文站徑流統計參數表

表4 壩址設計洪水成果比較表單位：m3/s

1.2 洪水理論計算方法及成果

（1）設計洪水計算

1）洪峰模數等值線法計算設計洪水[2]

式中：Qm,p為頻率為P的洪峰流量,m3/s；Kp為頻率為P的模比系數；M為洪峰模數,由等值線圖查得；A為流域面積。

2）設計暴雨計算設計洪水——推理公式法[3-4]

其中Qm、τ采用下式計算：

當全面匯流條件下 τ ≤tc時：

當部分匯流條件下 >tc時：

流域匯流時間τ的計算公式為：

式中：Qm為洪峰流量,m3/s；F為流域面積,km2；τ為匯流時間,h；L為從分水嶺到出口斷面處的河長,km；J為沿流程L的坡面和主河道的平均比降,以小數計；m為匯流參數。

3）水文比擬法計算設計洪水

設計地區洪峰面積比指數n取0.67。采用該指數通過水文比擬法,將下拉秀站設計洪水推算至壩址處[5]。

（2）洪水成果選用及合理性分析

本階段采用推理公式法計算結果作為設計成果。

圖2 下拉秀站洪峰流量頻率曲線

2 水文計算中存在的問題及水文調查必要性

理論計算中存在的主要問題包括：

（1）工程流域面積較小,水文比擬法及洪峰模數法均不適合。

根據2.1小節機組的造價分析，在建設天然氣發電方面，平均造價約為0.068億元/MW。因此，島內建設天然氣電廠投資F(億元)與建設容量S(MW)的近似關系為：

（2）工程區域化參數較多,青西南地區由于測站數目及資料的限制導致洪水結果誤差較大。

（3）工程流域存在大量地下泉眼涌水,實際徑流大于理論計算成果。

3 水文調查方法與過程

3.1 水文調查內容

水文調查主要內容包括：①徑流調查。②徑流補給源調查。③歷史洪水調查。④測量洪水痕跡高程,河道縱、橫斷面。⑤收集與歷史洪水有關的文獻文物的考證及影像資料。

3.2 水文調查方法

（1）徑流調查

采用浮標法、顏色試蹤法、暢流期懸桿流速儀法等測流方法[6-7],現場進行實測。

（2）洪水調查

與當地主管部門溝通,確定各洪痕點位置洪水發生的時間,最后推算相應重現期。資料整編及成果分析。包括測量成果整理、調查訪問或查勘情況整理、洪峰流量計算等工作。

4 水文調查成果分析

4.1 計算方法

（1）徑流計算方法[4,8]

式中：Q為流量,m3/s；A為過水斷面面積,m2；V為流速,m/s。

（2）洪水計算方法

①曼寧公式計算[4]

式中：Q為流量,m3/s；A為過水斷面面積,m2；R為水力半徑,m；n為糙率；J為水面比降。

②堰流公式計算[4,9]

式中：Q為洪峰流量,m3/s；b為過水堰凈寬；H0為包括行進水頭的堰前水頭；m為自由溢流的流量系數,它與堰型,堰高等邊界條件有關,m=0.385；s為側收縮系數。

4.2 計算成果

（1）徑流計算成果

據徑流計算公式計算得到流量分別為0.678 m3/s、0.255 m3/s、0.519 m3/s。

徑流量計算成果見表5。

表5 徑流量計算成果表

對實測流量進行年內及年際轉化,計算95%頻率年徑流。計算步驟如下：

①通過收集分析2019 年及2020 年下拉秀水文站實測徑流成果,確定徑流頻率為20%。年內分配模型見表6。

表6 實測流量年內分配模型 單位：m3/s

②確定實測年徑流量與95%頻率年徑流量的年際轉化系數為0.58。

經上述計算得到95%頻率年徑流量為1549 萬m3,年平均流量為0.491 m3/s。

（2）洪水調查成果

采用曼寧公式推算出各河段洪水計算成果見表7。

表7 各河段洪水計算成果表

根據上表結果,利用面積指數法將各河段洪水成果推算至吉乃溝壩址處,壩址處流域面積為34 km2,面積指數取0.67,計算成果見表8,計算公式如下[4]：

表8 壩址處洪水計算成果表

表9 壩址處徑流成果比較表

式中：Q1、Q2為參證河段洪峰流量、壩址處洪峰流量,m3/s；F1、F2為參證河段流域面積、壩址處流域面積,km2；n為面積指數。

（3）計算成果比較

①徑流成果比較

95%頻率年平均流量根據理論計算值為0.246 m3/s,徑流調查計算值為0.491 m3/s。兩者相差較大,是由于吉乃溝存在多處泉眼,且泉眼出流量較大。

②洪水成果比較

工程壩址理論計算值與此次洪水調查計算值比較見表10。

表10 壩址處洪水成果比較表

5 結論

通過走訪調查和現場實測,對吉乃溝及鄰近流域進行了徑流、洪水調查,分析算出工程壩址的95%頻率年平均流量為0.491 m3/s,相比理論計算值0.246 m3/s 變化了99%,變幅較大,經過分析主要影響因素為地下泉眼涌水。分析計算出工程壩址10 年一遇的洪峰流量為24.0 m3/s, 20 年一遇的洪峰流量為31.3 m3/s。最終水文成果采用實測數據作為工程設計依據。