东湖水库径流和径流调节计算与分析

张家松

（江门市科禹水利规划设计咨询有限公司,广东 江门 529000）

1 工程概况

东湖水库位于广东省阳东区那龙镇东南部那龙河上游,距325 国道4.50 km,东湖水库是一座以灌溉、防洪为主,兼发电、供水、养殖及旅游业等综合利用的大（2）型水库。水库集雨面积51.148 km3,总库容12628 万m3。设计灌溉面积13.85 万亩。水库还有保护下游五个乡镇总人口15 万人、耕地15.5 万亩的防洪效益。

2 资料的可靠性、代表性及一致性分析

东湖水库降雨过程线及多年平均降雨量见图 1。从图 1可以看出,东湖水库各年平均降雨系列在多年平均降雨量（图中均值线）上下波动,没有增大或减小的明显趋势,说明东湖水库降雨量系列的一致性较好。

图1 东湖水库逐年降雨量过程线

东湖水库年降雨量差积曲线见图 2,年平均降雨量的差积曲线上升表示偏丰水年,下降表示偏枯水年,水平表示为平水年,曲线斜率反映丰枯程度。从图 2可以看出,东湖水库降雨量资料系列中,具有多个有完整的丰、平、枯变化周期,由此可见本次论证收集的资料具有良好的代表性。

图2 东湖水库降雨量系列差积曲线图

东湖水库实测年降雨量逐年累积平均值过程线见图 3。从图 3可以看出,自1961年~1965年间,东湖水库区域降水呈现逐年增多的趋势,随后一直到2017年该水库降雨量系列累积平均过程线随年序变化变幅越来越小,最后趋于稳定。

图3 东湖水库降雨量均值变化线图

综上所述,本次论证所采用的实测降雨量系列数据可靠,一致性较好,资料系列中丰枯水平年交替出现,具有连续丰、枯的特性,系列趋于稳定,其具有较好的代表性及稳定性。

3 径流计算

年径流量计算是以降雨资料为依据,通过降雨径流关系计算得出多年平均径流深。对东湖水库年降雨资料系列进行频率计算,经验频率计算成果分别见表 1,P-III型频率曲线成果见图 4。

表1 东湖水库实测年降雨量频率计算成果表

图4 东湖水库年降雨量频率曲线图

查《广东省水文图集》得到东湖水库多年平均年径流深Y=1400 mm,多年平均降雨量2200 mm,多年平均蒸发量1300 mm,因此多年平均径流系数a=1400/2200=0.636,根据实测资料多年平均降雨量X=2153.8 mm,则多年平均径流深为1369.8 mm,年径流变差系数Cvy由下面经验公式计算：

式中：Cvx为年降雨量变差系数,由东湖水库雨量站1961年~2018年57年雨量资料统计所得Cvx=0.27； 为年径流系数,东湖水库径流系数 =0.636；F为水库坝址以上集雨面积,F=51.148 km2；r为综合影响系数,取r=1.4；n为指数,采用0.6；m为地区性经验系数,采用0.06。

东湖水库多年平均径流量为1369.8×51.148×0.1=7006.3万m3,根据上述公式计算得东湖水库年径流变差系数为Cvy=0.44,取Csy=2Cvy,根据P-Ⅲ型频率曲线分布,计算得各频率下东湖水库的年径流量,成果见表2。

表2 东湖水库年径流量频率计算成果表

根据表 1可知,枯水年（P=90%）设计年降雨量1450.2 mm。根据选择典型年的原则（年雨量接近设计年雨量及枯水期雨量占年雨量比例较小）,从降雨量资料中选1999 年5 月~2000 年4 月（X年=1494.2 mm）为枯水年的代表典型年,典型年降雨量年内分配计算成果见表 3。

表3 东湖水库枯水年（P=90%）代表典型年降雨量分配成果表

设计年径流由地表径流和占河川径流量10%的基流组成[1]。地表径流的年内分配采用设计典型年的降雨量分配,基流按12个月平均分配,P=90%的设计年径流分配见表 4。

表4 东湖水库P=90%年径流量分配成果表

4 水库径流调节计算

根据以上计算成果,现状水平年90%的相应频率来水量为3458.3 万m3,东湖水库灌区属于南方湿润地区,水资源较为丰富,灌区农作物主要为水稻,一年三熟制。依据《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-99）,灌溉设计保证率取90%。据《阳东县东湖水库灌区改造工程初步设计报告》（2012.3）经过灌区改造后,灌区90%保证率的灌溉需水总量为6048.7万m3,生态需水量为700.8万m3。可见,该水库用水总量远大于来水量,因此需要进行多年调节计算。东湖水库各频率下来用水情况见表 5。

表5 东湖水库各频率下来用水情况表 单位：万m3

多年调节所需的总兴利库容Vn等于年库容V年和多年库容V多年之和。其中,年库容V年根据各来水量和用水量的统计参数,采用数理统计法,得出来水量与用水量平衡的频率及水量进行水库完全年调节计算,多年库容V多年则由普列什科夫线解图查算而得。水量损失放在多年库容计算中考虑,年库容调节计算时不计水量损失[2-5]。

4.1 年库容计算

根据频率计算,计算得来水量与用水量平衡处的频率为65%,相应来水量为5482.8万m3。按照来、用水量平衡的设计代表年份进行调节计算,年水量取平衡水量,年内分配分别取设计年内各月分配过程,计算得东湖水库的年调节库容V年=1214.0万m3,来水量与用水量频率曲线见图 5,水库年调节计算过程见表 6。

图5 东湖水库来水量与用水量频率曲线图

表6 东湖水库年调节库容计算 单位：万m3

4.2 多年库容计算

多年调节库容按照考虑水损和不考虑水损的情况进行计算,水损包含库容蒸发水损库容渗漏水损,两者计算如下[6-9]：

1）不考虑水损的多年调节库容计算

根据P =95%、CVz=0.46、a =0.77,查普列什柯夫线解图得：β多年=0.42,因此东湖水库多年调节库容为：V多年= β多年·Z=3547.1万m3,东湖水库所需总库容为：V总=V年+V多年=1214.0+3547.1=4761.1万m3

2）考虑水损的多年调节库容计算

根据前面的计算,已知：多年平均蒸发量i=1300 mm,多年平均降雨量X=2200 mm,多年平均径流深Y=1400 mm,E-601蒸发器改正系数K=0.91；V多年= 3547.1万m3,V=V多年+V死= 3547.1+954=4411.1万m3,查得相应的库水面面积F=2.3 km2,采用以下经验公式计算水库的蒸发损失量：

根据P =95%、CVz=0.50、a =0.83,查普列什柯夫线解图得：β多年=0.7,因此东湖水库多年调节库容为：V多年= β多年·Z=5911.8万m3

5 结论

东湖水库所需兴利库容为V总=V年+V多年,计算可得V总为7125.8万m3,东湖水库灌溉死水位20.0 m,相应库容954万m3；正常蓄水位31.0 m,相应库容8964万m3。东湖水库现有的兴利库容为V兴= V正- V死,计算可得V兴为8010万m3。

按以上兴利调节计算可得：东湖水库正常灌溉用水调节库容7125.8万m3,小于现有的兴利库容8010万m3,故东湖水库现有兴利库容能满足东湖水库灌区的灌溉用水要求。