龍章發(fā)，謝加球，羅姍姍

（1.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴陽 550081；2.貴州新中水工程有限公司，貴陽 550081）

1 工程基本情況

梅花山旅游景區(qū)位于六盤水市市中心區(qū)西面的梅花山，距離市中心區(qū)5 km，梅花山方圓約40 km2，海拔最高處2800 m，平均海拔2300 m，景區(qū)總體定位為“國際山地生態(tài)休閑度假旅游區(qū)”。梅花山景區(qū)地處云貴高原東部（貴州西部）的高原夷平面～滇東高原向黔西山原過渡的斜坡地帶，區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖與碎屑巖相間分布，碳酸鹽巖出露區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。

經(jīng)分析預(yù)測，梅花山景區(qū)遠(yuǎn)期（2030年）需水量242.9 萬m3，扣除現(xiàn)狀水源供水量，再生水利用量，仍缺水101.6 萬m3。由于景區(qū)海拔較高，周邊地質(zhì)及水資源條件較差，經(jīng)現(xiàn)場踏勘調(diào)查，可在景區(qū)西南面梁家溝上新建梁家溝水庫向景區(qū)供水，擬定梁家溝水庫壩址以上流域集水面積1.84 km2，多年平均徑流量118 萬m3，多年平均可供水量71.0 萬m3。梁家溝水庫本流域來水量不能完全解決梅花山景區(qū)用水矛盾，仍缺水30.6 萬m3。因此，考慮從梁家溝水庫西北面余家寨小河向梁家溝水庫引水方案，引水方案示意圖見圖1。

圖1 梁家溝水庫引水方案示意圖

流域內(nèi)無水文、氣象觀測站點(diǎn)，鄰近流域設(shè)有向陽水文站、陽長水文站、濫壩雨量站、比德雨量站、水城氣象站。向陽水文站控制流域面積855 km2，與設(shè)計流域面積差異較大，不宜作為參證站。陽長水文站控制流域面積2696 km2，與設(shè)計流域面積差異較大，也不宜作為參證站。濫壩雨量站、比德雨量站距水城梁家溝水庫工程相對較遠(yuǎn)，水城氣象站距水城梁家溝水庫工程壩址相對較近，且資料系列年限較長，資料可靠性較高。因此，選擇水城氣象站作為水文分析參證站。

2 余家寨小河攔水壩引水量計算

本次設(shè)計余家寨小河引水?dāng)嗝嬉陨峡刂屏饔蛎娣e較小，引水方式采用無壓隧洞引水，引水隧洞根據(jù)施工最小斷面要求布置。本次引水量分析計算主要步驟為：

（1）根據(jù)引水?dāng)嗝娌贾茫治鲇嬎阍撘當(dāng)嗝娴淖畲筮^流能力。

（2）根據(jù)設(shè)計暴雨推求引水?dāng)嗝娌煌l率的設(shè)計洪水。

（3）對比分析引水?dāng)嗝娴淖畲筮^流能力與引水?dāng)嗝娴牟煌l率設(shè)計洪水，得出該引水?dāng)嗝孀畲筮^流能力對應(yīng)的設(shè)計洪水頻率，并根據(jù)設(shè)計頻率分析得出相應(yīng)的設(shè)計暴雨。

（4）以此設(shè)計暴雨為基礎(chǔ)，按10 mm 降水量考慮遞增，分別計算各暴雨量級下的設(shè)計洪水及洪水過程線。

（5）根據(jù)各暴雨量級下的洪水過程，以最大過流能力為控制，分析計算得出相應(yīng)的棄洪量，并建立暴雨量級與棄洪量的關(guān)系曲線。

（6）根據(jù)參證站逐日降水資料以及計算得出的暴雨量級～棄洪量關(guān)系曲線分析計算引水?dāng)嗝鏆v年逐月的棄洪量。

（7）按照水量平衡原理[1]，根據(jù)引水?dāng)嗝嫣烊粊硭鄢鷳B(tài)環(huán)境水、逐月棄洪量以及下游農(nóng)村生活生產(chǎn)用水后得出逐月引水量。

3 余家寨小河攔水壩引水量分析計算

3.1 引水方案布置及最大引水能力

余家寨小河攔水壩以上控制流域面積0.99 km2，多年平均年徑流量54.5 萬m3。根據(jù)引水隧洞布置，隧洞長1.00 km，隧洞凈寬1.8 m，高2.5 m。隧洞為無壓隧洞，過流水深2.0 m，糙率0.025，設(shè)計坡降0.0 075，根據(jù)曼寧公式[2]分析計算引水隧洞最大過流能力，其表達(dá)式為：

式中：Q為流量，m3/s；n為糙率；A為斷面面積，m2；R為水力半徑，m；i為水力坡降。

經(jīng)復(fù)核，引水隧洞最大過流能力為9.1 m3/s。

3.2 攔水壩上游天然徑流量

余家寨小河流域內(nèi)無水文測站，屬于無資料地區(qū)，年徑流計算根據(jù)水城氣象站1959-2015 年逐月降水資料結(jié)合“貴州省1956-2000 年徑流系數(shù)均值等值線圖”，采用“降雨徑流頻率相應(yīng)法[3]”計算，該流域多年平均徑流系數(shù)為0.50，設(shè)計流域多年平均徑流深550 mm。攔水壩控制集水面積0.99 km2，壩址以上多年平均徑流量為54.5萬m3。

根據(jù)《貴州省河流枯水調(diào)查與統(tǒng)計分析》成果，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查，偏安全考慮，余家寨小河攔水壩以上流域P=95% 最小月枯水模數(shù)以1.96 L/（s·km2）控制。按降雨年內(nèi)分配把年徑流分配到各月，從而得到余家寨攔水壩歷年逐月徑流過程（見表1）。

表1 余家寨攔水壩天然來水量 萬m3

3.3 攔水壩引水量分析計算

3.3.1 攔水壩控制流域不同頻率設(shè)計暴雨及設(shè)計洪水成果

根據(jù)水城氣象站暴雨資料結(jié)合貴州省暴雨等值線圖成果[4]，推求各頻率設(shè)計暴雨。根據(jù)設(shè)計暴雨以及攔水壩控制流域特征參數(shù)采用“雨洪法”推求各頻率設(shè)計洪水成果。

余家寨攔水壩控制流域面積小于10 km2，θ值均小于30，根據(jù)《貴州省暴雨洪水計算實(shí)用手冊》規(guī)定，洪水計算采用修訂（3）式，表達(dá)形式如下：

式中：Qp為設(shè)計頻率P的洪峰流量，m3/s；r1為匯流系數(shù)（設(shè)計流域?qū)俑呱介g山丘，少量巖溶，植被較差，因此本次計算匯流系數(shù)?、?區(qū)，r1=0.43）；f為流域形狀系數(shù)；J為主河道坡降；F為流域集水面積，m2；C1為 洪 峰 徑 流 系 數(shù)（0.875～0.799，P=0.33%～50%）；SP為設(shè)計頻率為P的最大1 h降雨量，mm。

洪水總量按下列公式計算：

式中：W總為次洪水總量，萬m3；F為流域集水面積，km2；H24P為設(shè)計頻率下的最大24 h 暴雨，mm；△HS為穩(wěn)定雨損，mm；HS為附加雨損，mm。

經(jīng)計算，余家寨攔水壩控制流域設(shè)計暴雨及洪水成果見表2。

表2 攔水壩控制流域設(shè)計暴雨及洪水成果表

3.3.2 引水隧洞最大過流能力及對應(yīng)設(shè)計暴雨

結(jié)合表2 分析得出，引水隧洞最大過流能力相當(dāng)于P=50%的設(shè)計洪水（重現(xiàn)期為兩年一遇），對應(yīng)的設(shè)計暴雨為80.9 mm。

3.3.3 不同量級暴雨下的設(shè)計洪水及洪水過程線

根據(jù)前述分析得出，引水隧洞最大過流能力對應(yīng)的設(shè)計暴雨為80.9 mm，本次以10 mm為梯級，根據(jù)上述雨洪法計算公式，分別分析計算90～180 mm不同設(shè)計暴雨量級下設(shè)計洪水及洪水過程線[5]，成果見表3。

表3 不同量級暴雨設(shè)計洪水過程線

3.3.4 不同量級暴雨對應(yīng)的棄洪量

本次引水隧洞最大過流能力為9.1 m3/s，以此為基礎(chǔ)，根據(jù)各不同量級暴雨下的洪水過程分析得出，各不同量級暴雨下的棄洪量，成果見表4和圖2。

圖2 不同量級暴雨、棄洪量關(guān)系曲線圖

表4 不同量級暴雨、棄洪量關(guān)系成果表

3.3.5 余家寨小河攔水壩引水量

根據(jù)水城氣象站逐日降水資料，以及計算得出的表4中暴雨量級—棄洪量關(guān)系曲線統(tǒng)計分析計算引水?dāng)嗝嬷鹪碌臈壓榱?。然后根?jù)天然來水量，扣除生態(tài)水量、棄洪量，以及下游農(nóng)村生活生產(chǎn)用水后得到本次余家寨小河引水量成果。經(jīng)計算，余家寨小河多年平均引水量為40.6萬m3（見表5）。

表5 余家寨小河攔水壩引水量 萬m3

4 成果合理性分析

引水量計算過程考慮了攔水壩下游的生態(tài)水量以及農(nóng)村生產(chǎn)生活用水需求，并根據(jù)攔水壩以及引水隧洞的最大過流能力，以及不同等級暴雨洪水過程線推算相應(yīng)的棄洪量，基本符合水量平衡原理計算的相關(guān)原則。根據(jù)計算成果，余家寨小河攔水壩多年平均引水量為40.6萬m3，約占攔水壩以上控制流域多年平均徑流量的74.5%，計算成果基本合理。

5 結(jié)語

本文就貴州山區(qū)實(shí)測水文資料小流域引水工程引水量分析計算進(jìn)行了研究，根據(jù)流域周邊氣象站實(shí)測逐日降水量以及引水流域徑流及洪水過程并結(jié)合引水工程布置推求分析引水工程年引水量。

由于引水流域資料缺乏，根據(jù)降水、暴雨推求的引水流域理論逐月徑流量、洪水過程與流域?qū)嶋H情況存在一定偏差，也使得該方法計算所得的引水量計算成果與實(shí)際運(yùn)行可能存在一定的誤差。