玉树藏族自治州杂多县水文调查成果及分析

娄渊朋，马二永，刘益晓，翁茂峰

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,陕西 西安 710065）

0 引言

杂多县地处青藏高原中部,地势由扎曲源头与布当曲分水岭向西侧逐渐降低。西部位于昆仑山、唐古拉山腹地,两山中间有莫云滩、旦荣滩和查荣滩三个高原盆地,全县平均海拔4200 m 以上,从整体看,西部地区地形坦荡,东部地区高山央峙。境内河流纵横密布,吉乃沟为扎曲一级支流,扎曲为澜沧江上游主流,径流主要是大气降水及融冰雪水。

水库工程位于青海省玉树州杂多县,是一座以县城供水和灌溉供水为主要任务的Ⅳ等小（1）型水利工程。坝址以上流域面积34.4 km2,河长7.6 km。根据理论方法计算,坝址处多年平均径流量为1175 万m3。

由于坝址以上流域面积较小,按照《青海省水文手册》（2018 版）[1]推荐的方法计算径流及洪水成果偏小,与实际情况差异较大。本文首先分析了《青海省水文手册》（2018 版）[1]推荐方法在青海西南地区小流域水文计算中可能会造成偏差。此外,由于此地属高海拔地区,调查难度大,无可用的历史调查水文数据,因此进行径流及洪水调查。

通过浮标法、颜色试踪法、畅流期悬杆流速仪法等几种适用于本地区的调查方法,进行调查；然后实测得到工程坝址处径流数据,吉乃沟、洼里沟、清水沟寻找到的4 处洪痕纵横断面和洪水位,以及历史洪水重现期访问情况分析；最后得到95%频率年平均流量以及不同重现期的洪水调查序列结论。

1 水文计算方法及成果

1.1 径流理论计算方法及成果

（1）工程流域径流特性

工程流域为大陆性季风区雨源性区域,径流来源为降雨、融雪混合补给,还有一定量的地下泉水补给。

（2）径流计算

径流计算采用径流深等值线法、双曲正切模型法、水文比拟法三种方法,计算所得结果（表1）多年平均径流量为1175 万m3,多年平均流量为0.372 m3/s。

表1 径流计算成果表

（3）径流成果选用及合理性分析

径流成果比较见表2,除与流域面积较大的香达站水文比拟法和双曲正切模型法计算结果相差较大之外,与其他各结果径流深及径流系数相差都在20%以内,最终采用了资料比较可靠的下拉秀站计算结果。

表2 各方法径流计算结果比较表

统计香达、下拉秀及新寨站插补延长系列年径流特征参数,结果见表3,多年平均径流深随着流域面积的增大而减小,设计成果基本合理。

图1 下拉秀站年径流量频率曲线

表3 坝址及临近水文站径流统计参数表

表4 坝址设计洪水成果比较表单位：m3/s

1.2 洪水理论计算方法及成果

（1）设计洪水计算

1）洪峰模数等值线法计算设计洪水[2]

式中：Qm,p为频率为P的洪峰流量,m3/s；Kp为频率为P的模比系数；M为洪峰模数,由等值线图查得；A为流域面积。

2）设计暴雨计算设计洪水——推理公式法[3-4]

其中Qm、τ采用下式计算：

当全面汇流条件下 τ ≤tc时：

当部分汇流条件下 >tc时：

流域汇流时间τ的计算公式为：

式中：Qm为洪峰流量,m3/s；F为流域面积,km2；τ为汇流时间,h；L为从分水岭到出口断面处的河长,km；J为沿流程L的坡面和主河道的平均比降,以小数计；m为汇流参数。

3）水文比拟法计算设计洪水

设计地区洪峰面积比指数n取0.67。采用该指数通过水文比拟法,将下拉秀站设计洪水推算至坝址处[5]。

（2）洪水成果选用及合理性分析

本阶段采用推理公式法计算结果作为设计成果。

图2 下拉秀站洪峰流量频率曲线

2 水文计算中存在的问题及水文调查必要性

理论计算中存在的主要问题包括：

（1）工程流域面积较小,水文比拟法及洪峰模数法均不适合。

根据2.1小节机组的造价分析，在建设天然气发电方面，平均造价约为0.068亿元/MW。因此，岛内建设天然气电厂投资F(亿元)与建设容量S(MW)的近似关系为：

（2）工程区域化参数较多,青西南地区由于测站数目及资料的限制导致洪水结果误差较大。

（3）工程流域存在大量地下泉眼涌水,实际径流大于理论计算成果。

3 水文调查方法与过程

3.1 水文调查内容

水文调查主要内容包括：①径流调查。②径流补给源调查。③历史洪水调查。④测量洪水痕迹高程,河道纵、横断面。⑤收集与历史洪水有关的文献文物的考证及影像资料。

3.2 水文调查方法

（1）径流调查

采用浮标法、颜色试踪法、畅流期悬杆流速仪法等测流方法[6-7],现场进行实测。

（2）洪水调查

与当地主管部门沟通,确定各洪痕点位置洪水发生的时间,最后推算相应重现期。资料整编及成果分析。包括测量成果整理、调查访问或查勘情况整理、洪峰流量计算等工作。

4 水文调查成果分析

4.1 计算方法

（1）径流计算方法[4,8]

式中：Q为流量,m3/s；A为过水断面面积,m2；V为流速,m/s。

（2）洪水计算方法

①曼宁公式计算[4]

式中：Q为流量,m3/s；A为过水断面面积,m2；R为水力半径,m；n为糙率；J为水面比降。

②堰流公式计算[4,9]

式中：Q为洪峰流量,m3/s；b为过水堰净宽；H0为包括行进水头的堰前水头；m为自由溢流的流量系数,它与堰型,堰高等边界条件有关,m=0.385；s为侧收缩系数。

4.2 计算成果

（1）径流计算成果

据径流计算公式计算得到流量分别为0.678 m3/s、0.255 m3/s、0.519 m3/s。

径流量计算成果见表5。

表5 径流量计算成果表

对实测流量进行年内及年际转化,计算95%频率年径流。计算步骤如下：

①通过收集分析2019 年及2020 年下拉秀水文站实测径流成果,确定径流频率为20%。年内分配模型见表6。

表6 实测流量年内分配模型 单位：m3/s

②确定实测年径流量与95%频率年径流量的年际转化系数为0.58。

经上述计算得到95%频率年径流量为1549 万m3,年平均流量为0.491 m3/s。

（2）洪水调查成果

采用曼宁公式推算出各河段洪水计算成果见表7。

表7 各河段洪水计算成果表

根据上表结果,利用面积指数法将各河段洪水成果推算至吉乃沟坝址处,坝址处流域面积为34 km2,面积指数取0.67,计算成果见表8,计算公式如下[4]：

表8 坝址处洪水计算成果表

表9 坝址处径流成果比较表

式中：Q1、Q2为参证河段洪峰流量、坝址处洪峰流量,m3/s；F1、F2为参证河段流域面积、坝址处流域面积,km2；n为面积指数。

（3）计算成果比较

①径流成果比较

95%频率年平均流量根据理论计算值为0.246 m3/s,径流调查计算值为0.491 m3/s。两者相差较大,是由于吉乃沟存在多处泉眼,且泉眼出流量较大。

②洪水成果比较

工程坝址理论计算值与此次洪水调查计算值比较见表10。

表10 坝址处洪水成果比较表

5 结论

通过走访调查和现场实测,对吉乃沟及邻近流域进行了径流、洪水调查,分析算出工程坝址的95%频率年平均流量为0.491 m3/s,相比理论计算值0.246 m3/s 变化了99%,变幅较大,经过分析主要影响因素为地下泉眼涌水。分析计算出工程坝址10 年一遇的洪峰流量为24.0 m3/s, 20 年一遇的洪峰流量为31.3 m3/s。最终水文成果采用实测数据作为工程设计依据。