商南县清油河径流分析

许祥斌

1 概况

发源于商南县沙坪乡苏沟的清油河，在过风楼镇徐家店村汇入丹江。清油河流域北高南低，全流域面积369 km2，主河道全长58 km。属亚热带与暖温带过度地带，气候温和，四季分明，雨量较多，无霜期长，热量充足。清油河流域植被良好，土壤湿度大，坡面侵蚀较弱，两岸均以岩石，砾石为主，河岸稳固，水流侵蚀作用不明显。为了解决下游3个镇的用水问题，规划在清油河镇团坪村以南0.6 km处修建清油河供水工程，需对该处多年平均径流量和兴利库容进行分析。

2 参证站多年平均径流量分析

2.1 清油河水文分析

清油河上的过风楼雨量站，有1965～2010年共46年的实测降水量资料，其多年平均降水量为795 mm，年最大降水量为1013.6 mm，年最小降水量为420.1 mm，两者比值为2.4，说明流域内降水量年际变化较大。降水量的48.2%集中在6至8月，9、10月多连阴雨降水量占总量的18.7%，其次降水量相对较多的四、五月份占总量的14.2%，而11月至次年3月5个月的降水量仅占全年的18.9%，说明本流域范围降水年内分配不均匀。清油河径流主要由降雨补给，其水情随降水的变化而变化，河流的水量汛期主要由降雨补给，枯水期依靠稳定的地下水补给。因此径流量的年际变化与降水量的年际变化极为相似，而流域受季风气候的影响，降水量年际变化大，具有夏季降水量大而集中，冬季降水量小的特点。径流与降水量有共同特点：年际变化大，年内分配不均匀，7～10月径流量约占全年径流量的64.8%，11～次年6月径流量为全年径流量的35.2%。该流域内多年平均径流深为260 mm，多年平均径流量9599 万 m3。

2.2 参证站选取

清油河水库坝址以上无水文测站与雨量站，清油河流域仅在流域下游设有过风楼雨量站，该站设立于1964年9月。邻近流域西边为武关河，东边为县河，武关河流域内1959年设立有武关水文站和庾家河、峦庄和武关三个雨量站，均设立于1959年。武关河与清油河同属丹江下游区的左岸支流，两者的流域下垫面和气候条件较为相似，因此它们的降雨和流域产汇流机制十分相近。所以本次设计将武关河上的武关水文站及3个雨量站，作为本次径流分析计算的参证站。商商南县气象站距工程区相对较近，其实测气象资料可近似反映工程区的气象情况，因此将商南县气象站作为工程区气象代表站。

2.3 参证站径流分析

2.3.1 系列丰、枯变化规律分析

武关水文站有1960～2014年共55年的径流连续系列，其中，特丰年份有1964和1983年，年径流量分别为5.98亿m3、4.19亿m3，分别为多年平均径流量的3.7和2.6倍；特枯年份有1986和1999年，年径流量分别为0.379亿m3、0.36亿m3，分别为多年平均径流量的0.2倍；平水年份有1967和1988年，年径流量分别为1.594亿m3、1.62亿m3，接近多年平均径流量。从图1看出，丰水年组有1963～1965年，3年的平均流量为3.386亿m3，为多年平均径流量的2.1倍；丰水年组还有1982～1985年，4年的平均径流量为2.98亿m3，为多年平均径流量的1.86倍；枯水年组有1999～2002年，4年的平均径流量为0.74亿m3，为多年平均年径流量的0.46倍；平水年组有1967～1970年，4年的平均径流量为1.6亿m3，等于多年平均径流量。从武关水文站55年径流连续系列总体上看，包括了丰、平、枯水年连续系列，基本反映了河流径流的时空变化。

2.3.2 统计参数稳定性分析

武关站的顺、逆时序差积曲线如图2所示，为双峰型，表示组成系列的丰、枯历时较短，且变幅较大，该径流连续系列具有代表性。顺时序和逆时序累加计算年径流均值和变差系数值，并分别点绘径流量均值历时变化图3，变差系数历时变化图4。从图上可以看出，年份系列短时，均值相对变幅较大，但是随着年份的逐渐增加，均值的变幅越来越小，最后趋于稳定；同样对于变差系数，年份系列越短时，它的相对变动越大，随着系列的逐渐增加，最终也趋于稳定。上述分析说明，武关站1960～2014年55年的径流连续系列资料代表性较好。

图1 武关站年径流量历时曲线图

图2 武关站年径流量差积历时曲线图

图3 武关站年径流量均值历时曲线图

图4 武关站年径流量变差系数历时曲线图

2.4 参证站年径流量频率分析

对武关站55年的径流连续系列进行频率分析计算，统计参数选用矩法初步估算，其均值为1.58亿m3，变差系数Cv=0.63，再用适线法调整参数确定，线型采用P—Ⅲ型曲线。在适线时，着重考虑中、下部的径流点据，适当考虑上端较大的径流点据，确定出理论频率曲线。经分析计算，多年平均径流量为1.58 亿 m3，Cv=0.63，Cs=2Cv。

3 清油河供水工程年径流量计算

3.1 清油河坝址处年径流量计算

根据武关站的径流分析计算成果，清油河水库坝址年径流量采用水文比拟法，并考虑雨量修正。清油河水库采用过风楼雨量站计算流域面雨量，武关站采用庾家河、峦庄、武关三个雨量站计算流域面雨量，利用两者的同步降雨系列资料，按下式推算设计坝址断面处的设计年径流量：

式中：Wp坝、Wp参为分别为坝址处和参证站频率为P的年径流量，万m3；f、F为分别为坝址与参证站的流域面积f=145 km2，F=724 km2；h、H为分别为坝址与参证站的多年平均面雨量，mm，利用清油河和武关站各自雨量代表站1965～2014年的降雨同步系列，h=795 mm，H=771 mm。

经计算，清油河水库坝址径流修正系数为0.2065，多年平均径流量为3263万m3，其年径流量计算成果见表1。坝址处径流年内分配采用武关站月径流占年径流量的百分比进行计算，年内分配见表2。

表1 清油河水库坝址不同频率的年径流量计算成果表单位：万m3

表2 清油河水库年径流量年内分配成果表 单位:万m3

3.2 径流成果的合理性分析

3.2.1 采用其它径流计算方法论证合理性

采用径流深计算法对水文比拟法求得的结果进行检验：由《商洛地区实用水文手册》（1960～1985年）查得流域中心多年径流深为250mm，武关站多年平均径流量为1.72亿m3；本次计算的武关站长系列（1960～2014年）多年平均径流量1.58亿m3，修正手册上的径流深为230 mm。则设计流域多年平均径流量W=1000×R×F，清油河坝址多年平均径流量为3335万m3。

3.2.2 计算成果的合理性分析

上述径流深法计算成果与水文比拟法计算成果基本接近，采用水文比拟法是用武关站作为参证站，鉴于清油河水库和武关站的控制流域同属丹江下游区，降雨和下垫面特性较为相似。且武关站的实测资料系列长达55年，资料系列的代表性也较好，故采用水文比拟法计算清油河水库的设计径流是可靠的。

丹江（商洛段）北岸各支流年径流深在200～300 mm之间，变差系数Cv在0.55～0.65之间，年径流深呈上游大下游小的变化规律。清油河水库的径流统计成果符合丹江（商洛段）北岸年径流统计参数的变化规律，因此，清油河水库的年径流量计算成果是合理的。

综合上述，以武关水文站为参证站，采用水文比拟法计算清油河水库的设计径流成果是基本合理的。

根据武关站1960～2014年55年的旬径流系列，比拟推算得清油河坝址处55年各旬径流量，坝址上游无大型取水工程，因此坝址处来水量为天然河道来水量，径流调节计算采用清油河坝址处1960～2014年55年的旬径流系列。清油河水库1960～2014年共55年的径流系列见表3。

4 径流调节计算

清油河上游无已建取水工程，因此清油河水库的入库水量即为清油河水库上游河道的天然来水量。水库首先保证满足坝址下游河道的生态基流，后考虑城镇生活生产供水。根据《水利工程水利计算规范（SL104-2015)》规定，水库径流调节计算采用长系列时历法，以旬为计算时段。结合本流域天然来水和城镇用水特性，水利年度取7月中旬～次年7月上旬，以选择的正常蓄水位对应的库容为初始调节库容，统计供水破坏时段，计算供水保证率，若旬保证率满足95%（同时破坏时段的破坏深度不超过30%）的设计要求时，说明假定库容合适，若不满足设计要求，重新假定水库库容进行计算，直至满足要求。经过对清油河水库1960～2014年55年的入库水量逐旬进行连续调节计算，求得清油河水库坝址能满足县城830万m3年供水量95%保证率要求时，相应的兴利库容为692万m3，对应的正常蓄水位为652m。

5 结语

清油河水库以上流域内无水文、雨量站，为了计算库区径流量，文中采用水文比拟法，以武关水文站和3雨量站为参证站，采用矩法和适线法，求得武关水文站多年平均径流量为1.58亿m3。再用水文比拟法和径流深算法求得水库坝址处多年平均径流量为3335万m3。根据来水区及受水区情况，径流经调节计算，其兴利库容为692万m3，满足受水区用水需求，可供工程建设进行参考。

表3 清油河水库坝址年径流系列 单位：万m3