云首水库设计年径流计算

Ｖ ｏ １ ． ３ ５ Ｎ ｏ ． ３ Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ４
ＤＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ２—５ ６ ３ ４． ２ ０ １ ４． ０ ３ ． ０ ０ ４
云 首 水 库 设 计 年 径 流 计 算
栗 雪峰 ，张 泽 中 ，高 同喜。 ，高 同 关
程 规 划设 计 中常 遇 到 的 问题 ， 小 河 流上 缺 乏 实 测 径
１ 云 首水 库 工程 概 况
根据 山西 省 晋城 市 大 水 网规 划 ， 云 首水 库 坝 址 位 于晋城 市沁 水县 固县 乡 云 首村 村 北 的 固县河 上 ，
坝址 处地 理 坐标 为北 纬 ３ ５ 。 ５ ０ ， 东经 １ １ ２ 。 ３ ５ ， 如图
若设 计 流 域 存 在 不 同 的 产 流 地 类 ， 则 根 据 式
（ ２ ）来计 算 地表 年径 流均值 ．
：
ｍｍ； Ｋ ｏ 为单 一地类 无效 相对 降水 量 ， 该值 中除少 数
大部 分消耗 于蒸 发 ， 与流 域持 水性 （ ２ ） 产 生地 表径 流外 ， 和 气候 条件有 关 ； 其他 符号 意义 同前． 根 据文献 ［ ９ ］ ， 查得设 计 流域 两 种 产流 地 类 （ 砂 页岩灌 丛 山地和砂 页 岩森林 山地 ）所取参 数 ｃ 分别
要： 为 确 定 规 划 中无 径 流 资 料 的 云 首 水 库 工 程 规 模 ， 需要分析计算设计年径 流量及年 内分配． 采 用 地 理 综 合 法 计 算 了云 首 水 库 坝 址 以 上 控 制 流 域 年 径 流 的 均 值 、 变差 系数 和 偏 态系 数 ， 获 得 了该 流 域 在 丰 水 年 （ Ｐ＝ ２ ０ ％） 、 平水年 （ Ｐ＝ ５ ０ ％） 、 枯水年 （ Ｐ＝ ７ ５ ％） 和特 枯 水 年 （ Ｐ＝９ ５ ％） 的设 计 年 径 流 量 分 别 为 ２ ３ ９ ３ ， １ １ ９ ８ ， ６ ５ ４ ， ３ １ ８万 ｎ ｌ ． 采 用 水 文 比拟 法 确 定 了 年 内分 配 ． 研究表明 ， 采 用 地 理综 合 法 计 算 年 径 流 的均 值 、 变 差 系 数
为９ ０ ０ ｍｍ 和 １ １ ４ ０ ｍｉ ｌ １ ．
值 线 法查算 的年径 流 均 值精 度 较 低 ， 一 般 仅供 粗 略 估算． 幂 函数模 型法 和 双 曲正 切模 型法 计 算 的 年径
流均 值精度 较 高 ， 根 据工 程设计 要求 ， 两 种模 型法均
可采 用． 先分别采用这 两种方法计算 ， 然 后 相 互 比 较， 最 终合 理选 定 ． １ ） 幂 函数 模 型法 ． 不 同水 文下 垫 面 条 件 下 ， 年 降水 与地 表年 径流之 间的变化 规律 可用 幂 函数 模 型
参数 口 分别 为 ４ ７ ． ０ ｍｍ和 ３ ４ ． ０ ｍｍ ． 山西省 多年 平均 年 降水 均值 为 ５ ０ ７ ． ６ ｍ ｍ ． 查 文 献［ ８ ］附 图 ６的山西省 年降水 量 （ １ ９ ７ ０ －２ ０ ０ ８年 ）均
值 等值线 图 ， 得设 计 流域平 均年 降水 量 约为５ ７ ０ ｍ ｍ，
水 文下垫 面产 流地 类 复 合参 数 ， ｍｍ； ｂ为 水 文 分 区
参数 ．
Ｒ ｛ Ａ ｚ ｃ ｌ （ 一 ÷ Ａ ｉ Ｋ ｏ １ ） （ ５ ）
式中： 为设 计流域 多 年平均 基 流量 ， ｍｍ； ｃ 为单 一 地 类参数 ， 反映流域水文下 垫面人渗能力 的参数 ，
式中： Ｒ 为设计 流域 地表 年径 流均值 ， ｍｍ； Ｋ为设 计
清 水径 流和 泉水径 流． 设 计 流 域 基 流 多 年均 值 采 用
数 学模 型法来 推求 ．
流域 多年 平均 相对 年 降水 ， 即流 域 平均 年 降 水 均 值
与全 省多 年 平 均 年 降水 均 值 的 比值 ； ｏ为设 计 流 域
表 示 为 Ｒ ＝ ａ Ｋ （ １ ）
根据 式 （ ４ ）计 算 得 地 表 年 径 流 深 均 值 Ｒ 为
５ ８． ９ ｍｍ 。
幂 函数法 和双 曲正 切法 两种方 法计 算结果 非 常
接近， 本次 地表 年径 流均 值 成 果 采 用幂 函数 模 型 法
的计 算结 果． ２ ． ２ 基流 均值 基流 是 指地 下 径 流 补给 河 道 的径 流 ， 包 括 河 道
为 ５ ０ ． ０ ｍｍ 和 ７ ５ ． ０ ｍｍ， Ｋ ｏ 分 别 为 ０ ． ８ ８ ｍ ｍ 和
０． ９ ０ ｍｍ．
是指水 文 特 征值 的统 计 参数 在地 区上 有 渐 变 规 律 ，
根据 水文 特 征值 等值 线 图查算 设计 站 的年 径流 均值 和变 差 系数 ． 目前 ， 针 对流 域无 水文 测 站 ， 缺 乏实 测径 流 资料
收 稿 日期 ： ２ ｏ １ ４— ０ ５—１ ５
平均 宽 度 ６ ． ６ ２ ６ ｋ ｍ， 流域 平 均 纵坡 １ ３ ％ ｏ ． 该工程 以
的情 况 ， 设 计年 径 流及 年 内分 配 只 能通 过 间 接 途 径 来 推 求 ］ ． 地 理综 合 法 是 综 合 考 虑 当 地 流 域下 垫 面 特性 ， 率定 出水 文特 征值 的经 验公式 ． 该法 为 当
地 小 流域水 文 计算 提 供 了有效 的解 决 方 法． 笔 者 在 山西 省全 省水 文分 区 和水 文下 垫 面产流 分类 的基 础
况： ① 具有 长期 实测 径 流资 料 ； ② 具 有短 期实 测径 流 资料 ； ③ 缺 乏 实测 径 流 资 料． 第①种情况 ， 按 设 计 要
求， 可 进行 设计 长 期 年 的年 、 月径流计算 ， 实 际代 表
上， 根 据单 站年 径 流 、 地 表 年径 流 的统 计参 数 ， 运 用 地 理 综合法 计 算 了云首水 库坝 址 以上控 制流域 年 径
第种情况按设计要地理综合法计算了云首水库坝址以上控制流域年径求可进行设计长期年的年月径流计算实际代表流的均值变差系数和偏态系数采用水文比拟法确年的年月径流计算和设计代表年的年月径流计定年内分配为无资料地区云首水库的规划设计提算
第３ ５卷 第 ３期 ２ ０ １ ４年 ６月
华 北 水 利 水 电 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
流资 料 ． 目前 国内外 常 采 用 的 方法 是 水 文 比拟 法 和
参数 等值 线法 ． 水 文 比拟法 需要 选 择参 证站 ， 将参 证
１ 所示． 固县 河属 黄河 流域 沁河 的一 级 支流 ， 流 域 总 面积 ７ ８ １ ｋ ｍ ， 主河 道长 ５ ６ ｋ ｍ， 平 均纵 坡 １ ０ ． ２ ％ ｏ ． 其
基金项 目： 国 家 自然 科 学 基 金 ） ； 国家 自然 科 学 基 金 （ ５ １ ３ ０ ９ ０ ９ ８ ） ； 水利 部公 益项 目（ ２ ０ １ ３ ０ １ ０ ３ ９ ）
作者简介 ： 栗雪峰（ １ ９ ７ ５ 一） ， 男， 山西 晋 城 人 ， 工程 师 ， 主 要 从 事 水 文 水 资源 、 水 力 学 方 面 的研 究 ．
（ １ ． 山西 省 晋城 市 郭 壁 供 水 工 程 管理 处 ， 山西 晋城 ０ ４ ８ ０ ０ ０ ； ２ ． 华 北 水 利 水 电大 学 黄 河 科 学研 究 院
河 南 郑州 ４ ５ ０ ０ ４ ５ ； ３ ． 范县 黄 河 河 务 局 ， 河南 范县 ４ ５ ７ ５ ０ ０ ）
摘
和偏态系数 ， 采 用 水 文 比拟 法 确 定 年 内 分 配 ， 可作 为 无 资 料 地 区 年 径 流 合 理 分 析 计 算 的 方 法 组 合 ．
关键词 ： 设计年径 流量 ； 径 流 年 内分 配 ； 地理综合法 ； 水 文 比拟 法
中图分类号 ： Ｔ Ｖ １ ２ １ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２— ５ ６ ３ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３— ０ ０ １ ５—０ ４
在 水 库工 程 的规划 设计 阶段 ， 为确 定其 规模 ， 需
要 分析 计 算设 计年 径 流 量 及 年 内分 配 ． 年 径 流 的均
值、 变 差 系数 和偏态 系数 是 设 计 年 径 流 计 算 的 ３个 重 要 的统 计 参 数 ． 在实 际工程规划设 计阶段 ， 进 行 设计 年 径流 及径 流 年 内分 配计 算 时会 遇 到 ３种 情
Ｒ 。 ＝Ｐ 一 ｚ ｉ ｔ ｈ ｆ ｌ
、／ ５ｍ
／
（ ３ ）
式中： 为设计 流 域某产 流地 类 多年 平 均地 表 年径
媸氏
图１ 固县 河 流 域 示 意 图
流深 ， ｍ ｍ； Ｐ 为 设 计 流 域 多 年 平 均 年 降水 量 ， ｍ ｍ；
ｂ＝２ ． ７ ２ ． 根 据式 （ ２ ）计算 得 ， 地 表 年径 流深 均 值 为
５ ９ ． １ １ １ １ １ １ ＂ １ ．
２ ） 双 曲 正切模 型法． 设 计 流域 多年 平 均 降水 量 与流域 内某 一产 流地类 多年 平均 地表 年径 流关 系可
用 双 曲正切 模型 表示 为
文献 ［ ８ ］ 提供 了 ３种 计算 地 表 年 径流 均 值 的方
法： 等值线 法 、 幂 函数 模 型法 和双 曲正 切模 型法 ． 等
式 中符 号 意义 同前．
根据 文献 ［ ９ ］ ， 本 设计 流域 两 种产 流 地 类 （ 砂 页 岩灌 丛 山地和砂 页 岩森 林 山地 ）相 对 应 的 ｚ 分别
流 的均值 、 变 差系数 和偏 态 系数 ， 采用水 文 比拟法 确
定年 内分 配 ， 为无 资料 地 区云 首 水 库 的规 划 设 计 提 供 支 撑．
年 的年 、 月 径 流计 算 和 设 计 代 表 年 的 年 、 月 径 流 计 算 ． 第②种情况 ， 利 用 相 关 分 析 展 延 设 计 站 缺 测 年份 的径 流资 料 ， 展 延 后 的 长 系列 径 流资 料 设 计 年 径流 量及 年 内分配 计算 方 法采 用 与具有 长期 实测 径 流资 料时 相 同 的方 法 ． 第③ 种情 况 ， 是 中小 型水利 工
ｚ 为某产 流地类 可 能最 大损失 量 ， 按 设计 流域水 文
下垫 面 产 流 地类 类 型选 取 ， ｍ ｍ； ｔ ｈ为 双 曲正 切 函数
２ 年 径 流 均值
２ ． １ 地表 年径 流均 值
符号． 具体 计算 时 ， 采用下 式 ：
一
砉 （ Ａ ｉ Ｚ ｍ ｉ ｔ ｈ ㈢） （ ４ ）
北 部 为海 河支 流浊 漳河 流域 ， 西 与丹河 流域相 邻 ． 云 首水 库 坝 址 以上 控 制 流 域 总 面 积 ２ １ ８ ｋ ｍ ， 约 占固 县河 流域 总 面积 的 ２ ８ ％． 坝址 以上流 域长 ３ ２ ． ９ ｋ ｍ，
流域 的水 文 资料移 置 到设 计 流 域 上 ． 参 数 等 值 线 法
张泽 中 （ １ ９ ７ ８ 一） ， 男， 满族 ， 河北遵化人 ， 副教授 ， 博士 ， 主 要 从 事 水 资 源 系统 工 程方 面 的研 究 ．
１ ６
华 北 水 利 水 电 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版）
２ ０ １ ４年 ６月
供 水 为主 ， 兼 顾 防洪 等综合 利用 ．