通关河水库坝址径流计算浅析

王 青，梁欣阳，石国栋，马 博

(1.陕西省渭河生态区保护中心，陕西 西安 710004；2.西安水文水资源勘测中心，陕西 西安 710100)

1 流域概况

通关河水库位于宝鸡市陈仓区凤阁岭镇境内，坝址区位于通关河下游段，入渭河口以上4.5 km的孙家村，距离宝鸡市约90 km。通关河为渭河一级支流，发源于甘肃省张家川回族自治县以东之草川，名曰长沟河。南下流经陇县，名叫马鹿河。于凤阁岭乡化岭园以北入境，穿越凤阁岭乡北部，沿途收揽了张家沟、水泉沟、柏水河、长义沟、泉义沟等渭河二级支流，于凤阁岭西注入渭河。境内河段长72.2 km，流域面积250 km2(总流域面积847.6 km2)，河床平均比降18.5‰。多年平均径流量5 000万 m3。流速每秒0.7 m，河床宽10 m。水量充沛，水力资源丰富，年均可开发量14 250千瓯。1975-1977年，连续三年通关河均出现泥石流，最大一次使河床抬高1.3 m。

2 坝址径流计算

2.1 取水水源论证

2.1.1 依据的资料与方法

通关河水库坝址位于凤阁岭水文站以上2.2 km左右，坝址控制流域面积为837 km2，凤阁岭水文站流域面积为846 km2，坝址与水文站面积相差1%左右，本次水文分析成果可直接采用凤阁岭站计算成果。

2.1.2 水文基本资料

水文分析计算涉及的水文站有：渭河干流林家村水文站、通关河凤阁岭水文站以及千河千阳站、千河上河村站、千河神泉咀站。

通关河凤阁岭站位于宝鸡市陈仓区凤阁岭镇张家川村，1971年2月设立，地理位置东经106°26′，北纬34°32′，控制流域面积846 km2，占全流域的99.76%。该站有1971年至今实测水位、流量、降水等观测资料。

千河千阳站位于陕西省千阳县城关镇，1964年1月设立，地理位置东经107°08′，北纬34°38′，控制流域面积2 935 km2，该站有1964至今实测水位、流量、降水等观测资料。

千河上河村站位于陕西省宝鸡市桥镇上河村，1956年10月设立，1964年1月撤站。地理位置东经107°12′，北纬34°31′，控制流域面积3 288 km2，该站有1957至1963年共7年水位、流量、含沙量观测资料。

千河神泉嘴站位于陕西省陇县神泉嘴，1942年10月设立，1957年1月改为水位站，1959年8月撤站。地理位置东经106°50′，北纬34°51′，控制流域面积820 km2，该站有1942-1956年共12 a水位、流量、含沙量观测资料。

林家村、凤阁岭水文站、千河千阳站、千河上河村站、千河神泉嘴站资料均进行过系统整编和正式刊布，满足水文计算规范要求。

各水文站基本资料情况见表1，流域水系及水文站网分布示意图见图1。

图1 通关河流域水系及水文站网分布示意图

2.1.3 凤阁岭站年径流系列延长

千河为渭河左岸较大支流之一，属黄河二级支流，发源于甘肃省六盘山南麓，自西北向东南，流经甘肃省的清水县，陕西省陇县、千阳县、风翔县、宝鸡市陈仓区等地，在宝鸡市陈仓区底店汇入渭河。流域面积3 493 km2，干流总长152.6 km，河道平均比降为5.8‰。

千河流域与通关河流域为渭河北岸相似流域，千河千阳站与通关河凤阁岭站有1971-2020年共50 a同步年径流系列。以千河神泉嘴站为参证站，按照水文比拟法计算得千河千阳站1956年的年径流量值。以千河上河村站为参证站，按照水文比拟法计算得千河千阳站1957-1963年的年径流量值。将计算值与千阳站天然系列合并整理，得千河千阳站1956-2020年天然径流系列。计算公式见式(1)：

表1 渭河干、支流水文站基本情况表

(1)

式中，W设、W参为分别为设计断面和参证站洪水总量；F设、F参为分别为设计断面和参证站流域面积。 m为指数，关中西部渭河北岸地区，经多次分析，m值接近于1.0，本次采用1.0。

资料系列：凤阁岭站：1971-2020年径流系列

千河千阳站：1956-2020年径流系列

根据凤阁岭站与千河千阳站同步1971-2020年径流建立相关关系，相关关系见图2。

相关方程：W凤阁岭站=0.2746 W千阳站+1968.3

相关系数：r=0.84

根据上述方程计算插补得凤阁岭站1956-1970年年径流，从而得凤阁岭站1956-2020年年径流系列。

图2 千阳站与凤阁岭站年径流相关关系图

2.1.4 径流资料的“三性”分析

1)可靠性分析

通关河河道主流偏右岸，测验河段自上而下呈喇叭状，河床由卵石组成。共设三个断面，基本水尺兼流速仪测流断面及浮标中断面，上下浮标断面上下比降断面，上下断面间距100 m。基本水尺断面河上下断面均设有直立式或斜坡水尺，人工观读。

复核认为，凤阁岭站水文站水位、流量测验均符合《水文测验规范》，整编方法合理，符合规范要求，可供工程设计使用。

2)一致性分析

凤阁岭水文站断面以上无较大水利工程，在凤阁岭水文站基本断面以上100 m左岸有水渠，引水流量为0.30 m3/s，引水量较小，可认为径流系列基本一致。

3)代表性分析

凤阁岭站有1956-2020年共65 a天然径流系列，对总体而言，仍属容量有限的样本，径流系列的代表性可从以下两方面分析：

(1)系列丰枯变化规律分析

从年径流与历时关系图(图3)中可以看出，在65年天然径流系列中，特丰年有1964、2005年，年径流量分别为28 875万 m3、25 200万 m3，约为多年平均年径流量的2.34、2.05倍。特枯年有1997、2002年，年径流量分别为2 210万 m3、3 560万 m3，分别为多年平均年径流量的0.18、0.29倍。平水年为1965、2019年，年径流量分别为12 160万 m3、12 210万 m3，接近多年平均径流量12 300万 m3。

图3 通关河凤阁岭站历年径流量～历时关系图

从年径流量差积曲线图(图4)与图3中可以看出丰水年组有1980-1990年；枯水年组有1994-2002年，其他年份多为丰枯交替变化，接近多年平均径流量。

凤阁岭站65 a径流系列中包括了丰水年、枯水年、平水年；还包括了丰水年组、平水年组和枯水年组。

(2)统计参数稳定性分析

①差积曲线法

差积曲线形式为∑(Ki-1)～T，Ki为各年径流量的模比系数。凤阁岭站径流量差积曲线为单峰型，见图4，从图中可看出组成系列的丰、枯历时长，且变幅大，需要较长系列才可具有代表性。

图4 通关河凤阁岭站年径流量差积曲线图

②均值、变差系数Cv值与历时T关系分析

从顺时序均值、变差系数与历时关系图(图5)看出，随着历时增长，年径流均值和变差系数Cv值随着系列的增长变幅愈小且逐渐趋于稳定。故凤阁岭站年径流系列代表性较好。

图5 通关河凤阁岭站年径流量均值、Cv与历时关系图

2.2 来水量分析

通关河水库坝址位于凤阁岭水文站以上2.2 km左右，坝址与水文站面积相差1%左右，凤阁岭站径流计算成果可直接作为坝址径流成果。

据凤阁岭站1956-2020年65年径流系列进行频率计算，按矩法估算统计参数初值，采用P-Ⅲ型曲线适线，统计参数如下：均值为12 300万 m3、Cv=0.54、Cs/Cv=2，率曲线见图6，不同频率年径流量见表2。

图6 通关河凤阁岭年径流量频率曲线

表2 凤阁岭站年径流量频率计算成果表

3 结语

本文通过采用水文比拟法进行通关河水库坝址径流计算，结果显示，通关河水库坝址与凤阁岭水文站控制流域面积相差仅1%左右，其设计年径流直接采用凤阁岭站设计年净流量计算成果。