无资料流域水库径流计算方法的探讨

孟庆峰，徐 洁

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002）

0 前言

羊叉河水库所在河流为乌江支流猫跳河的一级支流羊叉河上，坝址以上流域集水面积22.7 km2，主河道河长11.3 km，主河道平均坡降24.2‰。设计坝址以上流域无任何实测降水量及径流资料，根据周边测站的地理分布、产汇流条件，资料情况等综合考虑，选取麦翁水文站为水文参证站。选取麦格寨雨量站（距离设计流域最近）为降水参证站。因该水库具有灌溉功能，只有清镇气站具有蒸发资料，因此同时选用清镇气象站为雨量参证站进行比较。其他雨量站做面上降水及分析参考用。

1 不同的径流计算方法

（1）方法1：以麦翁水文站为参证站，考虑集水面积、面降水量、径流系数及径流变差系数CV修正的水文比拟法[1~2]进行年径流计算，用麦翁水文站的径流分配过程进行分配。

麦翁水文站经插补延长后具有1961年～2014年共53年(水文年)的径流资料系列。坝址的径流以麦翁水文站为参证站，按水文比拟法并结合降水、径流系数及CV修正来推求。

经分析，麦翁水文站以上流域面降水量以麦翁、三个山、二官寨、乐平、平坝等5站为代表，其多年平均面降水量为1243.5 mm；羊叉河水库坝址以上面降水量以在流域分水岭附近的麦格寨雨量站代表，其多年平均面降水量为1161.7 mm。

羊叉河水库坝址多年平均流量按下面公式进行计算，计算公式如下：

根据《贵州省地表水资源》的有关等值线图，并结合水文站的径流CV综合确定坝址处CV取0.34。由于水文站的径流CV为0.33，与坝址处的有一定差异，采用上面的公式计算的坝址的径流CV与水文站的CV是一致的，根据计算的坝址处多年平均流量，并根据确定的径流CV，得到坝址处设计年均流量频率曲线。根据水文参证站的实测历年年均流量及对应的经验频率，结合参证站采用的统计参数，计算出参证站相应年份的理论年均流量值，结合坝址采用的统计参数，计算出坝址相应年份的理论年均流量值，即：Q参证站实测÷Q参证站理论×Q坝址理论，即可得到坝址逐年的年均流量。径流的年内分配，按水文站分配率分配可得到水库的径流过程。采用水文比拟法并结合降水、径流系数及径流CV修正计算的坝址成果。

（2）方法2：以麦格寨雨量站为参证站，采用降水径流同频率相应法[3]推求年径流，用麦格雨量站的降水分配过程进行分配，并对枯水进行控制。

降水径流同频率相应法假定设计流域降水与参证流域历年径流之经验频率相一致。先确定设计流域径流统计参数，点绘理论P-Ⅲ型曲线，再根据降水情况确定逐年之径流深、径流量。根据麦格寨雨量站的降水资料，结合《贵州省地表水资源》成果，并按照枯水调查分析成果控制，采用降水径流同频率相应法作出坝址处的年径流成果。

根据麦格寨雨量站1964年～2014年历年年降水资料系列，得出其多年平均降水量为1161.7 mm（水文年），年降水量变差系数CV为0.19，偏态系数CS为2CV（坝址的降水量统计参数采用麦格雨量站的成果，多年平均降水量1161.7 mm，CV=0.19，CS/CV=2）。

查《贵州省地表水资源附图》，设计流域的多年平均年径流系数在0.53左右。根据所作的降水分析成果以及上述水文比拟法成果，计算得本工程多年平均径流深为616 mm；再查“多年平均径流深等值线图”知本流域的多年平均径流深在600 mm～700 mm之间，说明本工程的多年平均径流深是合理的。径流的变差系数根据《贵州省地表水资源》中的公式:

式中:CVy为年径流变差系数；CVx为年降水变差系数，CVx=0.19；F为集水面积，F＜100 km2时取F=100 km2；α为年径流系数；m、β、γ 为地区性经验参数，m=0.7，β=0.04，γ=1.3。

计算得CV=0.34，结合《贵州省地表水资源》上有关等值线图及麦翁站的径流CV，取年径流的变差系数CV=0.34偏态系数CS取 2CV。

根据麦格寨雨量站历年降水量的经验频率在年径流深设计频率曲线上查得一径流深，再用年降水量的实测值与同一经验频率查降水频率曲线上的理论值进行修正，即可得到逐年的径流深。径流的年内分配，按降水分配率分配并对枯水进行控制可得到水库的径流过程。

根据麦翁水文站历年枯水资料分析，并结合《贵州省枯水调查等值线图》成果，坝址处最小月流量枯水模数以1.5 L/(s·km2)控制。

（3）方法3：以麦格寨雨量站为参证站，采用降水径流同频率相应法推求年径流，用麦翁水文站的径流分配过程进行分配。

坝址处历年年径流量采用降水径流同频率相应法进行计算，计算方法同前。径流的年内分配按麦翁水文站相应年份径流分配率来分配。

（4）方法4：以清镇气象站为参证站，采用降水径流同频率相应法推求年径流，用清镇气象站的降水分配过程进行分配，并对枯水进行控制。

方法4与方法2一致，只是将参证站变为清镇气象站。根据清镇气象站1961年～2014年历年年降水资料系列，得出其多年平均降水量为1146.6 mm（羊叉河水库坝址以上面降水量以在流域分水岭附近的麦格寨雨量站代表，其多年平均面降水量为1161.7 mm），年降水量变差系数CV为0.17，偏态系数CS为2CV。径流系数取0.53，径流深为616 mm，径流CV取0.34。按清镇气象站降水分配率进行分配并对枯水进行控制可得到水库的径流过程。

（5）方法5：以清镇气象站为参证站，采用降水径流同频率相应法推求年径流，用麦翁水文站的径流分配过程进行分配。

坝址处历年年径流量采用清镇气象站降水径流同频率相应法进行计算，计算方法同前。径流的年内分配按麦翁水文站相应年份径流分配率来分配。

表1 羊叉河水库坝址径流分析计算比较成果表

2 径流计算成果分析

由表1可知，方法2与方法4多年平均统计参数成果差异较小，也就是说麦格寨雨量站或清镇气象站为参证站，对多年平均径流成果的影响较小。建立麦格寨雨量站与清镇气象站年降水量相关关系分析（见图1），其相关系数仅为0.67，相关性较差；从清镇气象站及麦格寨雨量站历年年降水量过程线图来看（见图2），且年际差异比较明显。因设计流域集水面积较小，且麦格寨雨量站位于设计流域分水岭附近，降水特征基本反映设计流域的情况；清镇气象站距离设计流域较远，清镇气象站不适合作为设计流域的参证站，因此以清镇气象站为参证站的方法4和方法5径流计算方法及成果不可取。

图1 麦格寨雨量站与清镇气象站年降雨量相关关系曲线图

图2 清镇气象站与麦格寨雨量站历年年降水量过程线图

图3 麦格寨雨量站与麦翁水文站年径流相关关系曲线图

从麦格寨雨量站年降水量与麦翁水文站年径流相关分析来看（见图3），其相关系数为0.73，相关性也不好。因此以麦翁水文站为参证站，采用水文比拟计算的方法1的径流成果也不是很合适。

从上面的分析来看，可以否定方法1、方法4及方法5的径流成果。

因此设计坝址径流以麦格寨雨量站为参证站，采用降水径流同频率相应法推求年径流，差异只是分配问题；方法2是以麦格寨雨量站的降水过程进行分配，并考虑枯水控制；方法3则是以麦翁水文站的径流过程进行分配。从方法2与方法3的径流计算成果来看，方法2计算的枯水径流要偏大一些，11月~次年4月枯半年方法2比方法3成果大29.9%，最小月方法2比方法3成果大12.5%；方法2计算的11月~次年4月枯半年占全年净流量的20.8%，方法3计算的11月~次年4月枯半年占全年净流量的16.0%。主要原因是降水过程进行分配，并进行枯水控制可能加大枯水径流成果（①是降水径流的非同步性，径流要滞后些，②枯水期汇流条件的差异）。从邻近的水文站径流成果来看，麦翁水文站同期枯水期11月~次年4月径流占全年径流量的15.4%；修文水文站枯水期11月~次年4月径流占全年径流量的17.3%。

图4 麦格寨雨量站月降水量与麦翁水文站月径流相关关系曲线图

从麦格寨雨量站月降水量与麦翁水文站月径流相关分析来看（见图4），相关系数为0.81，相关性尚可；从兴利调算分析，在同样的供水量情况下，方法2计算的兴利库容较方法3要小5%左右；综合考虑，坝址径流以麦格寨雨量站为参证站，采用降水径流同频率相应法推求年径流，以麦翁水文站的径流过程进行分配方法3计算的径流成果。

3 结论

羊叉河水库径流采用5种方法计算，并从羊叉河流域的径流特性及周边麦翁水文站、麦格寨雨量站、清镇气象站的分布情况、流域特性以及相关性等方面，结合工程供水安全等方面因素，综合选定了以麦格寨雨量站为参证站，采用降水径流同频率相应法推求年径流，以麦翁水文站的径流过程进行分配的径流成果，成果安全可靠，为其他无资料流域水库径流计算及如何选择最终成果提供了借鉴。