基于高程修正的降雨量对径流系数成果影响分析——以大容山高垌水库为例

庞任宏，蒋华波

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 概述

大容山山脉地处北回归线以南，属南亚热带季风气候，雨量充沛、雨季长。并且大容山山脉整体处于玉林盆地的水汽输送通道上，因此导致该区域为广西的暴雨集中区之一（山顶的莲花顶站最高年降雨量达3000 mm以上）。

大容山高垌水库位于大容山山脉（又称南方西岳，属于勾漏山山脉余脉）南麓、玉林市新圩镇高垌村附近。大容山高垌水库自身的集雨面积21.1 km2，控制流域山高峻岭、平均海拔高程约720 m。同样位于大容山山脉、与大容山高垌水库紧邻的中型水库有苏烟水库、六洋水库；此外，大容山高垌水库周边还有龙门水库、大坡水库、红江水库3座中型水库。

大容山高垌水库原属于“三边”工程，无实测的径流资料；在水库竣工的当年，东、西线引水渠也配套落成，其中：西线引水渠引走大坡、红江2 座中型水库，以及关塘、山心塘、竹脉坑、山草坪4座小型水库的部分径流；东线引水渠引走六洋1座中型水库，猫地、黄竹根2座小型水库的部分径流。东、西线引水渠引水关系示意图见图1。

图1 东、西线引水渠引水关系示意图

自1997 年打通大容山高垌水库通往苏烟水库的隧洞后，大容山高垌水库就源源不断地向玉林市的供水水源——苏烟水库供水，从此彻底改变了玉林市之前生活用水及工业用水奇缺，各机关、企事业单位及居民自行打井滥抽地下水成风的被动局面。因此合理地估算大容山高垌水库的径流量，对于助力玉林市的可持续发展有着非常重要的作用。

2 测站基本情况

大容山高垌水库流域内及周边有大容山高垌水库站、苏烟水库站、六洋水库站、龙门水库站、大坡水库站、红江水库站、猫地水库站、山心塘水库站、分别位于东、西引水渠上的白梅、大水冲雨量站，以及设置在大容山主峰上的莲花顶雨量站。各站基本情况见表1。

表1 测站基本情况表

3 径流分析

由于大容山高垌水库、六洋水库、龙门水库均位于大容山山脉南麓，并且这3个水库的流域紧邻、下垫面相似，因此着重对比分析这3个水库的径流成果。

各水库的径流计算采用水库反推流法计算，结果见表2。根据各水库站的水位实测资料、出库流量实测资料，以水量平衡原理还原计算出水库坝址处净入库水量；同时根据当地水库实际运行成果，蒸发、渗漏损失按3%考虑，则可计算得到天然入库径流量。水库反推流计算公式如下：

表2 大容山高垌水库、六洋水库、龙门水库反推流成果

式中：W净为计算时段净入库水量，m3；△V为计算时段水库蓄水变化量，m3；W出为计算时段水库实测出库流量，m3。

由表2 可知，采用反推流法计算的大容山高垌水库、六洋水库、龙门水库自身流域的多年平均径流量分别为3970 万、6630 万、4391 万m3，对应的径流深分别为1882、1287、1220 mm。根据《第三次广西水资源调查评价》的等值线成果，该地区的降雨量在1800 mm 以上（暴雨集中区），蒸发量800～900 mm，径流深800～1000 mm。考虑到该区域为小流域、暴雨集中区，而等值线成果为大江大河上的测站成果分析得到，因此水库的径流深成果大于等值线成果是合理的。

4 降雨分析

4.1 泰森多边形法

由于目前收集到的莲花顶雨量站的降雨资料（2013—2018年）系列较短，根据周边测站的长系列降雨量差积曲线成果分析，莲花顶雨量站2013—2018 年的降雨成果不包含完整的丰、平、枯水文过程，代表性不足。因此以剩余的10 个测站为基础，采用泰森多边形法分别计算大容山高垌水库、六洋水库、龙门水库的流域面雨量，成果见表3。由泰森多边形法计算的各水库流域面雨量成果与等值线成果对比，是相协调的。考虑到莲花顶雨量站的降雨系列较短，因此本次没有纳入计算，在后续的研究中若进一步完善资料收集将有利于提高该方法的合理性。

表3 各水库流域面降雨（泰森多边形法）

4.2 流域平均高程与面雨量相关分析

4.2.1 流域高程分析

首先根据1∶1万地形图结合现有流域范围线成果分析大容山高垌水库、六洋水库、龙门水库的流域控制范围，然后利用DEM（数字高程系统）对流域控制范围内的地形高程进行分析，最终得到各水库的高程～面积曲线，并据此计算流域平均高程。

本次分析的各水库流域面积与现有成果相差不大（见表4），因此维持现有成果，本次分析的范围仅用于分析流域平均高程。

表4 各水库流域面积与流域平均高程

4.2.2 降雨量与高程相关性分析

大容山山脉的降雨同时受台风雨及锋面雨影响，同时根据大容山山脉周边降雨路径特征分析，东线引水渠（大容山山脉南麓）降雨比西线引水渠（大容山山脉北麓）大。因此，分析大容山山脉高程～降雨相关关系时，需分别按大容山山脉南麓、大容山山脉北麓来考虑。

以大容山山脉的分水岭为分界线，划分为大容山山脉北麓与大容山山脉南麓，由于莲花顶雨量站在大容山山脉分界线上，因此南麓和北麓均考虑采用莲花顶雨量站进行分析。大容山山脉北麓与南麓的站点情况分别见表5、表6。根据现有成果，构建高程～降雨量相关关系曲线（见图2）。

表5 大容山山脉北麓站点信息

表6 大容山山脉南麓站点信息

图2 大容山山脉北麓、南麓高程～降雨量相关关系曲线

由图2可知，大容山山脉北麓、南麓的高程与降雨量之间均存在明显的相关关系。同时大容山山脉的南麓属于迎风坡、北麓属于背风坡，因此同一高程下南麓的降雨明显强于北麓，这与当地的实际观测情况是相符的。

此外，由于大容山高垌水库、六洋水库、龙门水库的流域平均高程均高于水库站所在高程，因此从高程～降雨量相关关系的角度来看，以水库站的降雨来代表全流域的降雨是明显偏小的，即使以上水库的控制流域均属于小流域。

根据大容山山脉南麓的高程～降雨量关系与各水库的流域平均高程，分别计算各水库的流域面降雨，成果如下：大容山高垌水库流域平均高程720 m，流域面降雨2323 mm；六洋水库流域平均高程566 m，流域面降雨2149 mm；龙门水库流域平均高程509 m，流域面降雨2094 mm。以上成果与等值线成果相协调。

5 径流系数分析

经计算，各水库径流系数计算结果见表7。

表7 各水库径流系数分析

由表7可知：

（1）大容山高垌水库利用水库站资料和泰森多边形法分别分析径流系数时，其成果为0.98～1.03，根据高程～降雨量相关关系分析的径流系数为0.81。大容山高垌水库控制流域范围内的植被保护非常好，人类活动少，水源涵养能力强，因此其径流系数较高是合理的；但在考虑植被蒸腾作用及水面、陆面蒸散发作用后，其径流系数趋近于1.00 明显偏大；考虑到泰森多边形法采用的各测站的平均高程为380 m 左右（未考虑莲花顶雨量站，其高程1050 m，下同），而大容山高垌水库的流域平均高程为720 m，因此认为泰森多边形法分析的流域面降雨偏小。

（2）六洋、龙门水库利用水库站资料分别分析径流系数时，其成果分别为0.71、0.68，而泰森多边形法与高程～降雨量相关关系分析的径流系数相近，均为0.60 左右。六洋、龙门水库控制流域范围内的植被保护较好，有一定的村屯，水源涵养能力较强，因此其径流系数低于大容山高垌水库是合理的；同时泰森多边形法采用的各测站的平均高程为380 m左右，而六洋、龙门水库的流域平均高程分别为566、509 m，因此两种方法计算的径流系数结果相近。

6 结语

本文采用水库反推流法分别分析了大容山高垌水库、六洋水库、龙门水库的径流深成果，并与等值线成果进行对比；同时利用泰森多边形法、高程～降雨量相关关系分别分析了大容山高垌水库、六洋水库、龙门水库的流域面降雨；最后根据径流深与流域面雨量成果分析了大容山高垌水库、六洋水库、龙门水库的径流系数。

在分析山区水库的径流时，若水库的流域平均高程与参证站所在高程之间的差异较大时，应当进一步进行分析参证站的代表性，同时建议在大容山山脉增加不同高程的雨量观测站，以提高降雨分析的合理性。将来还能通过进一步收集现有测站的相关资料，延长资料系列，以提高成果的代表性与合理性。