冯菊霞，王桂荣，周 瑶

(1.宜川县水利工作队，陕西 延安 716200；2.宝鸡市地下水管理监测中心，陕西 宝鸡 721001；3.陕西省渭河生态区保护中心，陕西 西安 710004)

1 流域概况

刘庄水库位于仕望河上游西川河支流丁盘沟上的刘庄村。仕望河发源于黄龙县圪台街孟家山，从河源至宜川县城段为自南向北流，在县城至党湾乡之间纳入西川河折向东流，在秋林以西纳入交里河，向东流入黄河，属黄河一级支流，全长112.8 km，面积2 356 km2，全河平均比降9.7‰，仕望河上游森林密布，植被较好，清水长流，含沙量较小，河道多为土基河床，县城以下河床下切较深，基岩出露，形成裸露的石峡谷，基岩出露区植被差，水土流失严重。西川河于县城附近与仕望河交汇，全长52.1 km，面积519.6 km2，平均比降7.7‰。丁盘沟河长24.1 km，面积125.3 km2，平均比降11.7‰。庄水库以上属黄土高原稍林区，森林茂密，植被覆盖率高，刘庄水库控制流域面积100 km2，坝址以上河流长度15.0 km，河道比降为10‰。

刘庄水库地处暖温带半湿润大陆性季风气候区，冬春寒冷少雨，夏季多暴雨天气，秋季常有连阴雨，其多年平均值为604.5 mm。多年平均气温9.9℃，1月平均气温-5.7℃，7月平均气温23.6℃，极端最高气温39.9℃，极端最低气温-22.4℃，无霜期178 d，早霜多出现在10月中旬，晚霜终于4月中旬。最大冻土深0.5 m，最大风速18 m/s。

2 径流计算分析

2.1 资料选取

刘庄水库位于黄龙山以北的黄土林区，水库以上森林植被好，河川径流年内分配较均匀，洪水径流系数小，下渗损失大。年降水量的70%集中于6-9月，由于地处大陆腹地，远离水汽源地，故降水年际变化大，且年内分配不均匀，因而径流洪水的年际变化大，洪水多发生在7、8两月，连阴雨多发生在9月。但刘庄水库坝址处无实测水文资料，水库自建成以来未进行系统的库区水文观测。只有刘庄水库所在河流—仕望河建有大村水文站，该站位于水库下游，集水面积2 141 km2，为对水库径流计算方法进行研究探讨，选取水文序列比较成熟的大村水文站1959-2000年共42 a的实测水文资料系列，综合水库附近最能表征流域降水特征的英旺雨量站的1961-2000年共40年的实测降水资料和流域内宜川气象站1952-2000年49 a的系列资料进行计算。选取的水文资料可靠性、代表性和一致性满足规范要求，能作为计算的依据。

2.2 资料审查

对收集到的仕望河大村水文站1959-2000年42 a实测年径流资料系列进行审查，未发现不合理现象。

大村水文站1959-1980年径流资料的还原直接采用《延安地区水文手册》的计算成果，1981-2000年径流资料还原按水资源评价细则进行。经计算，大村水文站42 a还原水量平均为0.03×104万 m3，占实测年径流量的3.8%，占天然年径流量的3.7%。

2.3 大村水文站年径流频率计算

将还原后的径流系列，用算术平均法求均值，用矩法求变差系数Cv，经计算机程序计算，目估适线，大村站年径流多年平均值为0.807亿 m3，Cv值为0.57，Cs/Cv=3.0。计算结果见图1。计算可知 Cv=0.57，Cs/Cv=3.0，平均值=0.807。

图1 大村站年径流量频率曲线

2.4 基于两种方法的径流计算

基于流域资料的完整程度和资料审查合格的基础上，本次径流计算选用水文比拟法与等值线图法分别进行，最后对两种方法计算的径流成果进行比选，得到最合理的成果。

2.4.1 水文比拟法

刘庄水库所在河流下游设有大村水文站，流域面积2 141 km2，多年平均径流量8 070×104万 m3，面平均雨量610 mm。用下式为计算刘庄水库面平均雨量580 mm时的径流量：

W刘庄=W参×F刘/F参×H刘/H参

(1)

式中：W刘、W参为刘庄水库、参证站多年平均年径流量(104m3)；F刘、F参为刘庄水库、参证站控制集水面积(km2)； H刘、H参为刘庄水库、参证站面平均雨量(mm)。

经计算，刘庄水库多年平均年径流量为358×104m3。

2.4.2 等值线图法

通过查阅“九五”国家重点科技攻关项目：“陕西省地表水资源调查评价研究”的多年平均径流深等值线图可知，刘庄水库重心处的径流深为35 mm，则刘庄水库多年平均年径流量为350×104m3。

2.5 刘庄水库年径流成果选用

从以上2种方案的计算结果可以看出，水文比拟法和等值线图法算得刘庄水库设计年径流量结果，基本一致，相差很小，说明结果可信。由于大村水文站属于刘庄水库本流域站，故选用该值。即刘庄水库坝址处多年平均年径流量为358×104m3。

2.6 刘庄水库设计频率年径流量计算

由陕西省“九五”国家重点科技攻关项目查得，刘庄水库年径流变差系数Cv=0.45，Cs/Cv=3.0，求得刘庄水库设计频率年径流量见表1。

表1 刘庄水库设计频率年径流量成果表 104m3

2.7 刘庄水库设计年径流的年内分配

根据大村站的频率计算成果，在理论频率线上初选频率为95%、75%、50%年份相应的径流量，再根据还原后的实际径流量，比选较为安全合理的年份，最终确定为1995、1973、1962年为相应年份。按水文比拟法的原理，据其年内分配百分比计算刘庄水库设计频率年径流的月年分配结果，见表2。

表2 刘庄水库设计频率年径流量年内分配 104m3

3 设计洪水计算分析

刘庄河水库所在的流域主要由黄土林区和石山林区相间，面积基本接近，缺洪水资料，对设计洪水的计算分析可采用以下所述的计算方法，参数用黄土林区和石山林区参数的平均值。

3.1 洪水总量计算

洪水总量计算可采用《延安地区实用水文手册》提供的经验公式(2)：

WP=KnQPn

(2)

式中：WP为洪水总量(万m3)；QP为洪峰流量(m3/s)；Kn、n为经验参数。

查《延安地区实用水文手册》，石山林区Kn=0.25，n=1.36；黄土林区Kn=0.18，n=1.27，参数按照黄土林区和石山林区参数的平均值，则Kn=0.215，n=1.315。

WP=0.215QP1.315

(3)

3.2 洪峰流量计算

洪峰流量计算，同样采用《延安地区实用水文手册》提供的经验公式，并用综合指数法与汇水面积相关法两种方法进行校核。

3.2.1 综合指数法

用式(4)计算重现期为N年的年最大流量QMN

QMN=C·Nα·Fβ·ψγ·H3Nη

(4)

式中：H3N为重现期为N年的3h面雨量；F=100 km2；Ψ = F / L2；L为河道长度，L=15 km。

查《延安地区实用水文手册》各分区参数指数见表3。对各参数实际选取按照黄土林区和石山林区参数的平均值选取，然后进行设计洪峰流量计算，结果见表4。

表3 参数指数结果

表4 综合指数法设计洪峰流量

3.2.2 汇水面积相关法

利用公式(5)计算重现期为N年的年最大流量QMN

QMN=KN·Fn

(5)

式中：KN、n为重现期为N年的经验参数，查《延安地区实用水文手册》洪峰面积相关参数表，500 a一遇石山林区KN=22.0，n=0.74，黄土林区KN=6.32，n=0.67；50 a一遇石山林区KN=12.0 ，n=0.74，黄土林区KN=3.58 ，n=0.67。参数按照黄土林区和石山林区参数的平均值，则500 a一遇Kn=14.16，n=0.705；50 a一遇KN=7.79，n=0.705。

按照公式(5)计算本流域年最大流量可得：500 a一遇洪峰流量364 m3/s；50 a一遇洪峰流量200 m3/s。

3.3 洪峰流量计算成果评述及选用

从设计洪水计算成果综合表5可看出，500 a一遇年最大流量299～364 m3/s；50 a一遇年最大流量146～200 m3/s，考虑安全，采用汇水面积相关法，即500 a一遇洪峰流量为364 m3/s，洪水总量为504万 m3；50 a一遇洪峰流量为200 m3/s，洪水总量为242万 m3。

表5 洪水计算成果综合表

3.4 洪水过程线

洪水过程采用5点概化过程线，设计洪水流量过程见表6和表7。

表6 频率P=0.2%设计洪水流量过程

表7 频率P=2.0%设计洪水流量过程

4 结语

对于一些缺乏水文实测资料的地区，其径流及设计洪水计算成果的精度和合理性非常重要，尤其对水资源开发利用和水利工程设计关系重大。通过以刘庄水库为例，针对坝址处无实测水文资料和水库自建成以来未进行系统的库区水文观测的实际，借鉴类似工程的计算方法，对径流及设计洪水计算过程进行了阐述，从计算成果看，合理可行，符合刘庄水库实际。