刘渭妮，田 涛，潘 文

(1.陕西先河水利工程有限公司，陕西 咸阳 712000；2.陕西水利水电工程集团有限公司，陕西 西安 710018；3.岚皋县水旱灾害防治监测站，陕西 安康 725400)

0 引言

淳化县位于渭北黄土高原南部边缘地带，属旱腰带核心地段，为严重干旱缺水地区，干旱缺水严重影响着县域经济社会发展，特别是城关镇及周边地区群众生活用水一直受到干旱威胁，为解决城关镇、秦河发展服务中心、润镇、铁王、车坞、卜家、石桥等地8.71万人的生活用水，建设屯庄水库工程可为群众生活和高效农业灌溉供水，具备常规水源和抗旱应急水源的双重任务。屯庄水库工程等别为Ⅳ等，工程规模为小(1)型。工程枢纽由大坝、泄洪放水洞、溢洪道、输水管道等建筑物组成。水库正常蓄水位911.5 m，最大坝高40.5 m，总库容829.2万 m3，水库建成后每年可向城关镇及农村生活供水量190.31万 m3，向城关、润镇、铁王塬面灌溉供水量42.06万 m3。为区域农业、工业用水提供水资源保障。由于水库坝址区无水文测站，缺乏实测水文数据资料。为准确地开展水库工程设计工作确定径流量，选取坝址下游淳化水文站作为参证站，对坝址处的径流量进行计算对比，确定径流量成果的合理性。

1 流域及坝址概况

1.1 冶峪河流域特征

冶峪河是石川河一级支流，渭河的二级支流，发源于淳化县与耀县交界的英烈山, 由西北向东南流经淳化县、泾阳县口镇出峪，相继东流经云阳镇至双河口与南流而下的清峪河相汇后，继续东流，注入石川河。冶峪河全长77.8 km，流域面积619.2 km2，河道平均比降10.1‰，其中淳化县城以上流域面积 282 km2。冶峪河流经县城段长度为4 km，流域以上植被覆盖率较高，约在 85%左右，分为荒山荒坡天然植被和人工植被，冶峪河河道水量主要来源是夏季暴雨和秋季降雨。冶峪河河口以上地势北高南低，主峰海拔高程 1 808.9 m，流域地处鄂尔多斯台地南沿，黄土高塬侵蚀地貌特征非常明显，主要地貌类型有中低山丘陵地貌和黄土高塬沟壑地貌，中低山丘陵区面积约占 30%，植被良好，水土流失轻微，黄土高塬沟壑区占70%，沟壑纵横，塬面破碎，坡度较陡，是主要的水土流失区。冶峪河流域主要河道特征见表1。

表1 冶峪河流域主要河道特征值表

1.2 屯庄水库概况

屯庄水库坝址位于冶峪河干流上游河段，距淳化县城2.5 km，坝址以上控制流域面积185 km2，占全流域面积的29.9%。冶峪河干流屯庄水库坝址下游11 km处修建有黑松林水库，黑松林水库坝址以上控制流域面积334 km2，占全流域面积的52.8%，是一座以灌溉为主，兼有防洪任务的中型水库。

屯庄水库坝址缺乏气象资料，故借用淳化气象站资料加以说明。淳化县气象站高程为海拔993 m，多年平均气温9.9℃，1月最低，平均-4.3℃，极端最低气温-21.3℃，7月最高，平均23℃，极端最高气温 39.5℃。多年平均无霜期 185 d，最长无霜期 198 d，最短无霜期180 d。年日照时数2 171.7 h，日照率为49%。多年平均地面温度11℃，最大冻土深度为60 cm，平均风速2.4 m/s，最大风速21 m/s，同时风向E。

1.3 流域水文站网布设

1960年 7月陕西省水利厅在冶峪河淳化县附近设立了淳化水文站，该站位于北纬34°47′，东经 108°35′，测流断面距上游拟建的屯庄水库坝址2.5 km，控制流域面积282 km2，淳化水文站的观测有 1961 年至今的水位、流量、泥沙、蒸发、降水等资料。另外，冶峪河在淳化县先后设立了淳化、安子哇、秦河、南村和卜家等雨量站，这些雨量站观测资料均在25 a以上。雨量站点见表2。冶峪河淳化水文站及该站以上流域的雨量资料均已在水文年鉴上刊布，从测验和整编情况看，观测符合有关技术规定和规范，整编方法合理，基本资料可靠。

2 流域径流特性

冶峪河流域的径流主要是由降雨形成，降雨和下垫面的特性决定着该河的径流特性。该流域降雨具有年际变化较大，年内分配不均的特点，雨量主要集中在 7-9月；流域的下垫面主要为黄土高塬少量的丘陵沟壑区，植被较差。冶峪河的水量在汛期主要由雨水补给，枯水季节依靠稳定的地下水补给。径流的年际变化较大，年内分配不均，据冶峪河淳化站 1961-2015年共55 a的实测资料，多年平均径流量1 180万 m3，最大年径流量2 807万 m3(1964年)，最小年径流量446万 m3(2008年)，最大值和最小值分别为平均值的2.38倍和0.378 倍，平水年有1965 年、1990年、2012年，径流量分别为1 182万 m3、1 199万 m3和1 170万 m3，接近多年平均径流量。

表2 冶峪河降雨量分析选用雨量站统计表

3 径流计算分析

3.1 径流还原计算

冶峪河淳化水文站有1961-2015年55年流量观测资料，由于淳化水文站以上有子房沟、辛店、武家山、后沟等7座小型水库，这些水库的总库容为371万 m3，因此需要将淳化水文站的实测资料还原成天然径流量。1972年以前淳化站以上建成的水库只有总库容为22万 m3的五合水库(2008 年已淤平)，由于该水库的库容较小，因此对淳化水文站 1972年以前的观测径流量不做还原。剩余的6座水库中，营盘水库2010 年已淤平，另外5座水库均在2010-2011 年进行了除险加固，加固后水库原有的灌溉和供水对象没有变化，水库总库容为343.5万 m3，供水人口0.4 万人，生活用水量1.0万 m3。本次只对 1972-2015 年的年径流量进行还原计算，还原水量分为两部分，即灌溉用水量和生活用水量。

3.1.1 灌溉用水量

灌溉面积：系根据淳化站以上水库的库容占全县水库库容之比，按全县水库历年的灌溉面积估算得到。淳化县各水库历年灌溉面积值来自各个水库的除险加固资料。计算时，淳化县及水文站以上水库的总库容均考虑了水库的淤积，淤积情况来自除险加固设计时的实测资料。根据灌溉面积、灌溉水量、灌溉水回归系数计算出历年灌溉用水量，见公式(1)：

W=(1-0.2)×W

(1)

式中：W为灌溉水量，万 m3；灌溉水回归系数为0.2。

3.1.2 生活用水量

淳化水文站以上7个水库中辛店水库和子房水库为农村供水水库，生活用水量的计算根据《淳化县辛店水库除险加固工程初步设计报告》(2011年7月)和《淳化县子房水库除险加固工程初步设计报告》(2011年6月)得到。灌溉和生活还原水量见表3。

3.1.3 径流还原计算结果分析

综上计算结果，1972年、1975年、1976年、1978年还原水量分别为74.3万 m3、123.6万 m3、154.6万 m3、188.2万 m3，1972-2015年44年多年平均还原水量为135.2万 m3，最大还原水量为188.2万 m3，最小还原水量74.3万 m3。将计算得到的1972-2015年灌溉用水量和生活用水量加上同期淳化水文站的实测径流量即为淳化站的天然来水量。

淳化水文站还原后的1972-2015 年天然年径流系列加上该站1961-1971 年的实测年径流量系列，组成淳化站的天然年径流系列为：1961-2015 年。

表3 灌溉和生活还原水量计算表

3.2 径流系列代表性分析

冶峪河淳化水文站1961-2015年55年径流系列实测整编资料还原成果，径流资料具有可靠性和一致性。年径流均值、变差系数稳定性分析：随着系列的增加均值和Cv均趋于稳定：径流系列的丰、枯变化规律分析：55 a系列有两个较短的丰水段(1982-1988年、1960-1964年)、一个平水段(1965-1981年)和一个枯水段(1989-1998 年)组成，其中包括丰、平、枯水年组。以上分析表明淳化站的天然年径流系列具有较好的代表性。

3.3 年径流计算

根据淳化站1961-2015年55年天然径流系列进行频率分析，统计参数采用矩法初步计算，其均值为1 325万 m3，Cv=0.39，再用适线法调整确定，线型采用皮-Ⅲ型曲线，确定统计参数为，多年平均径流量采用W=1 325万 m3，Cv=0.40，Cs/Cv=3.0，频率曲线见图1，不同频率径流量见表4。

图1 冶峪河淳化站径流量频率曲线图

表4 淳化站不同频率天然径流量表 万m3

3.4 径流年内分配

根据淳化站 55 a实测径流资料统计，7-10 月径流量占全年径流量46.8%，而12-2月径流量仅占全年径流量18.8%。多年平均年内月分配见表5。

表5 淳化站径流年内月分配表 万m3

3.5 设计断面多年平均径流量计算

采用流域面积比，并进行雨量修正，采用公式(2)推求屯庄水库坝址多年平均径流量。

W设=W参×F设/F参×P设/P参

(2)

式中：W设、W参分别为设计断面和参证站径流量；F设、F参分别为设计断面和参证站集水面积；P设、P参分别为设计断面和参证站多年平均面雨量。

淳化雨量站多年平均面雨量585.8 mm，秦河雨量站多年平均面雨量604 mm。经计算，屯庄水库坝址多年平均径流量为896万 m3。

3.6 淳化站系列代表性分析

冶峪河淳化水文站有1961-2015年55年径流观测资料，这在中小流域系实测资料较长测站，但对总体而言，均为容量有限的样本，因此，需对径流系列代表性进行分析。

3.6.1 系列丰、枯变化规律分析

作淳化站年径流量与历时关系图见图2，在52年径流系列中，特丰年有1964、1983和1988 年，径流量分别为2 807万 m3、2 653万 m3和2 878万 m3，为多年平均径流量2.19倍、2.07倍和2.25倍；特枯年有1997年、2002年、2008年和2009年，径流量分别为579万 m3、525万 m3、645万 m3，为多年平均径流量0.452倍、0.41倍和0.504倍；平水年有1986、1993年，径流量分别为1 261万 m3和1 312万 m3，接近多年平均径流量。丰水年组有1983-1985年，三年平均径流量为2 315万 m3，为多年平均径流量1.80倍；枯水年组有1999年-2009年，7年平均径流量为849万 m3，为多年平均径流量0.66倍；平水年组有1991年-1994年，4 a平均径流量为1 337万 m3，接近多年平均径流量。

图2 冶峪河淳化水文站年径流量过程线图

3.6.2 统计参数稳定分析

1)均值、变差系数 Cv 值与历时关系分析

正时序和逆时序累加计算年径流量平均值和变差系数Cv值，并点绘 W～T、Cv～T 关系图，见图3和图4。从图可知，均值、Cv值系列愈短，变幅愈大，随着系列的增长，均值、Cv 值趋于稳定。正时序计算，当n大于45 a时，均值变化范围在1 330～1 403万 m3之间，Cv值变化范围在0.38～0.40之间；逆时序计算，当n大于46 a时，均值变化范围在1 120～1 490万 m3之间，Cv值变化范围在0.41～0.47之间。

图3 冶峪河淳化站年径流量、Cv 与历时关系顺时序图 图4 冶峪河淳化站年径流量、Cv 与历时关系逆时序图

图5 冶峪河淳化站年径流量差积曲线图

2)差积曲线差积曲线的形式为∑(Ki-1)，Ki 为各年径流量的模比系数。淳化站径流量差积曲线为单峰型，见图5。表示组成系列的丰、枯历时长，且变幅大，需要较长系列才可具有代表性，这在中、小流域系实测资料较长测站。

通过以上分析，说明冶峪河淳化站 1961-2015 年径流系列代表性较好。

3.7 屯庄水库坝址设计径流量

屯庄水库坝址位于淳化水文站以上约2.5 km 处，水库设计年径流量计算采用面积比法，并进行雨量修正，不同频率径流量见表6，径流年内月分配见表7。

表6 屯庄水库不同频率径流表 万 m3

表7 屯庄水库上坝址径流年内月分配表 万 m3

3.8 成果合理性分析

(1)冶峪河淳化断面以上流域面雨量为585.8 mm，平均径流深为60.5 mm；秦河断面以上流域面雨量为609.1 mm，平均径流深为68.5 mm。安子哇断以上流域面雨量为614.2 mm，平均径流深为72.5 mm。各个断面多年平均面雨量均大于淳化站多年平均径流深。

(2)冶峪河流域上王庄以上植被条件好，故产流条件好。淳化县城以下为黄土塬梁沟壑区，植被较差，产流条件也差。年降水量由上游向下游递减，径流深也由上游向下游递减，这是符合冶峪河流域径流变化规律的。

4 结语

本文通过选择淳化水文站长系列水文资料，对冶峪河流域屯庄水库坝址处连续径流系列，径流特性进行分析。并对径流量进行计算，对成果合理性进行了分析。计算方法规范，依据可靠，成果合理。计算径流具有一定的代表性、合理性，为水库径流调节计算提供参考依据，也为类似的河流径流计算提供参考。