福州大学城主要的溪流为溪源溪,为闽江下游南港的支流,发源于闽侯县竹岐乡春光村,流经闽侯县竹岐、上街两乡镇,三面环山,西南天台山为最高峰1117m,东部河谷地带田地连片,审批岸线葛岐水闸以上流域面积208km2,河长43km,河道比降8.64‰;其中主流山地(高程10m以上)汇水面积150km2,河长31.9km,河道比降18.8‰;下游平原(高程10m以下),河道发散,流经榕桥、青洲、葛岐等地,沿途汇集福州大学城区内涝水,于葛岐水闸排涝站入闽江南港,汇水面积58km2,河长11.1km,河道比降0.15‰。
溪源溪流域属山溪性流域,汇流时间较短,常常是洪水已进库,预报还未收到,给洪水预报和水库调度造成困难,溪源溪流域水文自动测报系统包括15个遥测站,分布在208平方公里的枢纽控制流域内。溪源溪上游、中游河道狭窄,坡陡流急,蜿蜒曲折,天然落差近千米,河床基岩裸露,人口稀少,植被覆盖良好,基本保持天然状态,无污染,沿河山坡林果种植较多,水源清澈透明,水质优良,是理想的水源地。下游在苦竹后河床逐渐开阔,坡度减缓,水流平缓,但河床冲淤明显,河势变化较大,人口逐渐增加,工农业发达,防洪排涝形势严峻。
溪源水库位于溪源溪上游干流,坝址以上河道峡谷呈“V”字型,两岸山势对称,河床基岩裸露,出露岩层致密坚硬。坝址以上汇水面积83.6km2,水库总库容为2428万m3。工程主要由拦河坝、引水系统、发电厂房和升压开关站以及溪源溪输水管道等建筑物组成。溪源水库坝址下游主要的溪流有大清坑溪(22.4km2)、苦溪(5.6km2)、溪坪溪(12.2km2)、可溪(8.3km2)等。溪源水库对减轻下游大学城和上街洪涝起着重要作用,同时还兼顾供水的任务,本工程的建设对防洪治涝,保障大学城防洪安全和教学工作顺利开展都具有十分重要的意义。
福州市地处亚热带季风气候区,处于中低纬度,东临台湾海峡,温暖湿润,雨量充沛,四季常青,每年4-9月为雨季。造成本地区降水的天气系统为锋面雨和台风雨,据福州市气象站统计年平均降水量1394mm,降水主要集中于4-10月约占全年的80%。据溪源宫水文站以上雨量站1957-2004年实测资料统计,多年平均年降水量为1854mm,年平均径流深1150mm,年径流系数0.62。
据福州市气象站1971-2004年资料统计,年平均气温19.8℃,最冷一月份平均气温10.2℃,极端最低气温-4℃(出现于1955年1月22日),最热七月份平均气温28.6℃,极端最高气温41.7℃(发生在2003年8月3日);年无霜期280天左右;平均相对湿度77%,平均水气压19.1hpa;水面蒸发量1060mm;台风平均每年2-3次影响本区,一般发生在5月中旬至11月中旬,最晚12月下旬(如2004年),盛行期为7月中旬至9月下旬,风向多为东南风其次为北风和西北风,平均风速2.6m/s,最大风速可达28m/s(1964年8月2日)。
水库库区地下水可划分为三类:①喀斯特裂隙水,分布于石灰岩地带,由降水补给以泉的形式排出地表;②裂隙水,主要埋藏于页岩风化带内,由降水补给以下降泉排出地表;③孔隙水,主要潜藏于河谷冲积层孔隙内,水量比较丰富。
溪源溪流域植被良好,水系发育。第一,由于植被良好,植物根系发达,存在质地疏松的腐殖层,这层土壤的下渗能力很大,不易形成超渗产流。第二,包气带只在20-30cm范围内缺水,缺水量不过30-50mm,土壤水很容易达到田间持水量。第三,溪源溪流域多年平均降水量1854mm,雨量多集中在4至10月,阶段雨量占全年雨量的80%左右,多年平均径流深1150mm,属湿润地区。所以,在溪源溪流域,产流方式主要是蓄满产流,所谓蓄满,是指包气带的含水量达到田间持水量。在土壤湿度未达到田间持水量时不产流,所有的降雨都被土壤吸收,成为张力水。而当土壤湿度达到田间持水量后,所有的降雨(减去同期蒸发)都产流。
可以用新安江模型来模拟产流过程。
选取溪源水库坝头以上流域进行计算,控制流域面积83.6 km2。溪源溪流域面积208 km2,河长43 km2,流域设有9个雨量站, 6个水位雨量站,各站点情况如下表:
溪源坝头控制流域的日降雨、日水位、日流量资料大约10年的资料。
溪源坝头控制流域共有6个水位雨量站和9个雨量站。
每个雨量站都有同期的雨量资料,不需要内插和从外流域移用,年内不连续。
溪源坝头为控制站,因此日流量资料只要溪源坝头的资料就可以了。坝头流量资料的时间分布情况和雨量站的一样,都只有10年资料。
洪水资料收集了2009-2019年10年的资料,总共13场次代表洪水,因溪源水库建库以来多经历中小型洪水,最大场次洪水为10年一遇。资料的时段长为1h。
总共13场降雨资料。在没有雨量记录的时刻全部记为0。时段长为1h。
总共有13场洪水的流量资料。每场洪水的流量资料的起始时刻和结束时刻与对应的降雨资料保持一致。没有记录的时刻用内插求得。同期的降雨资料、流量资料时间分布如下表:
溪源水库所在的溪源溪流域普降暴雨,降雨强度大、历时长,汛期经过科学调度,水库充分发挥滞洪、削峰、错峰的作用,有效减轻下游防洪压力。
根据溪源水库历年实际中小型洪水入库情况测算径流系数,如下表:
将上表中12场洪水分为3类,分别为:汛期暴雨产生径流、汛期台风雨产生径流及非汛期大雨产生径流,对这3种情况产生径流分别进行分析:
(1)暴雨产生径流(20090807、20100406、20130922、20140618、20170801、20180824)
产流方式主要是蓄满产流,渗入地面下的降雨量在满足土壤缺水量之后,形成地面以下径流,形成流量过程线缓涨缓落变化,时间上迟于地面径流,地面径流1-2天基本推尽,地下径流长达1-2周。
前期土壤湿润,含水量较高。经计算这3场来水的径流系数分别为0.69、0.7、0.66、0.68、0.72、0.71,估算在这种情况下径流系数约为0.65-0.75左右。
(2)台风雨产生径流(20110830、20120802、20170723、20150808、20150929、20160709、20160927、)
产流方式前期主要是超渗产流 ,中后期呈蓄满产流,特点是一场洪水过程中地下径流比重较小,受流域调蓄作用小,流量过程线陡涨陡落。前期土壤久旱,台风雨强较大。经计算这种情况下洪水径流系数分别为0.8、0.71、0.81、0.85、0.74、0.73、0.87,估算在这种情况下径流系数在0.7-0.85左右。
流域降雨径流随着气候、下垫面、人类活动等影响降水产流因素变化,在溪源溪流域主要影响因素是大气降雨,通过分析,找出降雨与径流的变化规律,建立符合实际的降雨径流关系,使洪水预报工作更加准确。
摘要：本文通过对福建省溪源水库建库以来降雨及洪水资料对溪源溪流域径流系数进行分析研究。该分析为溪源水库的防洪度汛、调度等工作提供可靠的决策依据,对洪水预报工作有一定的参考作用。
关键词：径流系数,水库调度,应用
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