交口县南河水库径流分析计算

郑晓燕

（山西省水利建设开发中心）

1 流域简况与气候状况

1.1 流域简况

南河水库位于交口县东部大麦郊河支流南河上，是交口县水利规划中的重点工程，也是山西大水网中部引黄工程调蓄工程之一。水库控制流域面积31.3 km2，坝址以上主河道长13.2 km，河道平均纵坡26.1‰，流域平均宽度2.38 km，流域形状系数0.181，属山区长形流域。

1.2 气候状况

交口县地处吕梁山区，属中温带大陆性气候，受季风影响较大，春季干燥多风，冬季长而寒冷，夏秋雨量集中。年均气温7℃，极端最高气温34.1℃，极端最低气温-23.1℃。降水量年际、年内分布不均，年均降水量569.9 mm，汛期降雨量占到70%，最大月降水量多发生在7月和8月。年均水面蒸发量1 678.2 mm。无霜期157 d左右。年均风速2.2 m/s，瞬时最大风速20 m/s。最大冻土深度0.98 m。

2 水文情况

南河水库地处我省水文气象分区的中区，坝址以上没有水文站，也没有雨量站。交口县气象站有较完整的长系列降水、蒸发、气温等气象资料。南河水库距交口县气象站直线距离20 km，有关气象观测资料也较适宜。南川河万年饱水文站位于相邻的中阳县宁乡镇万年饱村，距设计流域直线距离41 km，气候条件基本一致，地质、地貌和径流特性相似，且有长系列的年径流量观测资料。文峪河水库水文站位于文水县开栅镇北峪口村关帝山东侧的文峪河上，距设计流域直线距离80 km，气候条件亦基本一致，具有1956-2008年共53年的冰情、冻土实测资料。

3 径流计算及分析

南河水库流域由于无实测径流资料，水库径流量采用《山西省水文计算手册》中的相似流域进行计算。经量算，工程控制流域面积31.3 km2，坝址以上流域产流下垫面由灰岩灌丛山地和灰岩森林山地组成，其中灰岩灌丛山地15.7 km2，灰岩森林山地15.6 km2。查阅《山西省水文计算手册》，得到设计流域多年平均降水量为509.3 mm

3.1 设计流域年径流深均值计算

3.1.1 地表年径流深均值计算

计算方法如下：

（1）等值线图法。设计流域处于东、西两条25 mm等值线的低谷处，很难判断其准确数值。通过查阅山西省地表年径流深均值等值线图，约为15 mm。

（2）幂函数模型法。设计流域处在我省水文分区的中区，查《山西省水文计算手册》，得分区参数b=2.85。设计流域灰岩灌丛山地参数a值为15.5 mm，灰岩森林山地参数a值为11 mm，设计流域多年平均年降水量为A=509.3 mm。利用式（1）求得设计流域多年平均年径流深为15.8 mm。

（3）双曲正切模型法。根据设计流域不同下垫面类型确定相应的Zmi值。查阅《山西省水文计算手册》，得灰岩灌丛山地参数Zm为1 650 mm，灰岩森林山地参数Zm为2 200 mm。流域多年平均降水量已知，利用式（2）求得流域多年平均地表年径流深为13.3mm。

式中：A为流域面积，km2；Ai为某产流地类所对应的集水面积，km2；Zmi为某产流地类降水可能最大损失量，mm；th为双曲正切函数符号。

上述三种方法年径流深均值的计算误差均在合理范围内。出于偏安全考虑，以双曲正切模型法计算成果13.3 mm作为采用值。

3.1.2 基流均值计算

由于未在设计流域附近进行清泉水调查，基流均值计算采用数学模型法。根据设计流域所在水文分区，确定各产流地类相应的参数。

查阅《山西省水文计算手册》，得到设计流域灰岩灌丛山地的c和K0分别为10 mm和0.7，灰岩森林山地c和K0分别为12 mm和0.79。经计算，得到设计流域的基流量均值为2.9 mm。

通过查阅清泉水流量调查资料，设计流域没有调查施测地点。在大麦郊河下游的双池镇双池村分别于1987年4月30日和2009年3月31日进行清泉水施测，其值均为零，说明该地区地下基流量很小。综合考虑流域内主要为奥陶系灰岩地层，没有清泉流量，根据实测资料清泉流量也均为零，因此，设计流域多年平均基流径流深取值0 mm，多年平均基流量为0万m3。

3.1.3 年径流均值

年径流均值由地表年径流均值与基流均值相加求得：

折合成水体为：

3.2 设计流域年径流变差系数和偏态系数计算

3.2.1 年径流变差系数计算

年径流变差系数的大小，主要与流域的气候变化特点、流域综合产流条件、流域面积大小等因素有关。由于该地区无实测资料，年径流变差系数用下列经验公式计算：

式中：CVR为设计流域的年径流变差系数；CV为设计流域的年降水变差系数；α为年径流系数，即流域多年平均年径流量与多年平均年降水量之比；k、m、n为水文分区参数。

查阅《山西省水文计算手册》，得到设计流域k、m、n、α、CV分别为2.956、0.232、0.216、0.037、0.28，将各已知变量和参数代入式（6），求得设计流域年径流变差系数为1.05。

3.2.2 年径流偏态系数计算

年径流偏态系数CSR是计算设计年径流量的又一个重要统计参数，一般通过年径流系列频率分析倍比值求得。计算公式为：

根据上述计算结果，利用式（7）可计算得年径流偏态系数CSR=2.1。

3.3 流域设计年径流量计算

表1 南河水库设计年径流量计算成果表

3.4 设计年径流量年内分配计算

南川河万年饱水文站距离设计流域较近，且与设计流域气候、水文下垫面及水文地质条件相似。因此，选择万年饱水文站作为参证水文站。将万年饱水文站典型年的水量年内分配百分比移用于设计流域，计算南河水库设计的逐月径流（见表2）。

表2 南河水库设计年径流量年内分配计算成果表

4 结论

南河水库工程处于山西省水文分区的中区，由于该流域无实测水文资料，本文利用《山西省水文计算手册》中的等值线图法、幂函数模型法和双曲正切模型法等3种方法，分别对南河水库地表年径流深均值进行了计算，计算结果15 mm、15.8 mm和13.3 mm。经比较，出于偏安全考虑以双曲正切模型法计算成果作为地表年径流深的均值。通过查阅《山西省清泉水流量调查成果》，结合实际清泉水观测，设计流域清泉流量为0。最终，计算出南河水库年径流均值为41.6万m3，50%保证率设计年径流量为27.7万m3，95%保证率设计年径流量为1.7万m3。