林口縣牛心水庫水文分析

李冬升，高新梅

（牡丹江市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江牡丹江 157000）

1 工程概況

牛心水庫壩址位于朱家鎮(zhèn)牛心村1.6 km處的五虎林河支流牛心溝中游，距下游朱家鎮(zhèn)14 km。牛心水庫是一座以灌溉、防洪為主，兼顧養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的?。?）型水庫。水庫控制流域面積78 km2，總庫容453萬m3，興利庫容413萬m3，水庫除險(xiǎn)后，設(shè)計(jì)灌溉水田490.7 hm2;防洪保護(hù)下游農(nóng)田2 133 hm2;保護(hù)1個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，4個(gè)村屯，2.6萬余人口及牡～佳線鐵路。

牛心水庫屬于Ⅳ等4級(jí)工程，原洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇洪水設(shè)計(jì)，500 a一遇洪水校核。水庫樞紐主要由土壩、輸水洞、溢洪道等組成。水庫土壩采用均質(zhì)土壩，水庫現(xiàn)有土壩壩頂高程為 112.01～112.82 m，壩長(zhǎng)273 m，最大壩高13.3 m，壩頂寬4.0 m，迎水坡比1∶3，背水坡比1∶2，溢洪道位于土壩左岸，為雙孔開敞式正槽溢洪道，堰頂設(shè)有雙孔弧形閘門，單孔凈寬7 m，堰頂高程107.00 m，溢洪道由進(jìn)口段、溢流段、連接段、陡坡段、消力池段和海漫段組成，兩側(cè)側(cè)墻為漿砌石擋墻。

2 水文分析

2.1 流域概況

牛心溝是五虎林河一級(jí)支流，流域地形屬低山丘陵。河道平均比降約為1/200。水庫上游為天然次生林，植被良好，下游水庫灌區(qū)是五虎林河流域4個(gè)666.7 hm2以上灌區(qū)之一。

本流域?qū)儆谥袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)。特點(diǎn)是四季分明，春季（4～5月）多風(fēng)干燥，夏季（6～8月）濕熱多雨，秋季（9～10月）溫涼早霜，冬季（11～3月）嚴(yán)寒漫長(zhǎng)。

根據(jù)林口氣象站資料統(tǒng)計(jì)，多年平均降雨量530 mm，多年平均蒸發(fā)量720 mm，多年平均徑流深145 mm，多年平均氣溫2.5℃，無霜期120 d左右。最大風(fēng)速20.7 m/s。日照時(shí)數(shù)為2 500 h，平均風(fēng)速3 m/s，最大凍土深度1.8 m。

2.2 水文基本資料

本流域內(nèi)沒有水文站，該水庫又無觀測(cè)資料，故本次水文資料主要依據(jù)主要借用2005年由省水院完成的《勃利縣城鎮(zhèn)供水九龍水庫可行性研究》報(bào)告中采用的勃利水文站徑流系列為1959～2003年45 a徑流系列成果和1996年版《黑龍江省水文圖集》。

2.3 徑流

牛心水庫位于牡丹江右岸二級(jí)支流牛心溝上，該支流無水文站，本次借用臨近流域勃利縣的小匯水面積站勃利水文站的1959-2003年月旬徑流分配成果。2005年由省水院完成的《勃利縣城鎮(zhèn)供水九龍水庫可行性研究》報(bào)告中采用的勃利水文站徑流系列為1959-2003年45 a徑流系列，本次直接采用。

2.4 洪水

2.4.1 暴雨洪水特性

本流域大暴雨的天氣系統(tǒng)主要是臺(tái)風(fēng)和氣旋，暴雨發(fā)生時(shí)間多為7、8月份，暴雨歷時(shí)集中，1 d降雨占3 d降雨的77%，。洪水和暴雨一致，主要發(fā)生在7、8月份，洪水一般為單峰型，一次洪水約為3 d。

2.4.2 設(shè)計(jì)洪水

采用1996年《黑龍江省水文圖集》徑流途徑和暴雨途徑分別推求本流域設(shè)計(jì)洪峰流量。見表1。

表1 設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

由表1可知，兩種途徑結(jié)果有一定出入，將本次兩種方法推求的成果與牛心水庫現(xiàn)有的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行比較，徑流途徑推求的成果更接近原設(shè)計(jì)成果，本次設(shè)計(jì)采用徑流途徑計(jì)算洪水為設(shè)計(jì)洪水。

本流域無實(shí)測(cè)洪水記錄，鄰近有資料的測(cè)站流域面積及特性和本流域相差較大，相關(guān)不好。因此本次采用1996年《黑龍江省水文圖集》徑流途經(jīng)推求設(shè)計(jì)洪水方法。

洪水計(jì)算成果見表2。設(shè)計(jì)洪水過程線采用1996年《黑龍江省水文圖集》概化洪水過程線，見表3，圖1。

表2 最大流量、不同時(shí)段洪量模比系數(shù)表

表3 各頻率洪峰及洪量成果表

表4 牛心水庫洪水過程線

2.5 水庫損失

蒸發(fā)損失為水面蒸發(fā)與陸面蒸發(fā)的差值，陸面蒸發(fā)量按多年平均降水量與徑流深的差值計(jì)算。牛心水庫本身無蒸發(fā)、降水觀測(cè)資料，本次借用1996年黑龍江省水文圖集成果，查得水庫站降水、蒸發(fā)資料，計(jì)算水庫蒸發(fā)損失深度，公式如下：

式中：ΔE為水庫蒸發(fā)損失深度，mm;E水多年平均水面蒸發(fā)量，696.5 mm;R為多年平均徑流深，145 mm;P為多年平均降水量，530 mm。

庫區(qū)滲漏損失按1.5 mm/d計(jì)。牛心水庫多年平均水庫總損失深度為859 mm，損失深度年內(nèi)分配情況見表5。

2.6 泥沙與冰情

2.6.1 泥沙

該流域沒有懸移質(zhì)輸沙率觀測(cè)資料，查1996年版《黑龍江省水文圖集》的懸移質(zhì)輸沙率等值線圖，牛心水庫處多年平均年輸沙模數(shù)為70 t/k·m2/a，依據(jù)壩址以上流域面積推算水庫壩址年懸移質(zhì)輸沙量為5 460 t。

圖1 牛心水庫設(shè)計(jì)洪水過程線

2.6.2 冰情

查1996年版《黑龍江省水文圖集》，冰情特征值統(tǒng)計(jì)表，五虎林河流域多年平均開河日期為3月30日，封凍日期11月10日。多年平均封凍天數(shù)135 d，多年平均最大冰厚0.54 m。

2.7 水庫壩下H-Q

牛心水庫壩下100 m處H-Q曲線按牡丹江院實(shí)測(cè)河道斷面，采用曼寧公式計(jì)算。糙率根據(jù)壩址附近河床及灘地組成情況，分析選定主糙率為0.035，灘地糙率為0.058，河道比降0.5%，H-Q曲線成果見表6，圖3。

2.8 施工期洪水

依據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）和《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ338-89）的有關(guān)規(guī)定，本工程永久性主要建筑物為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)，臨時(shí)性建筑物級(jí)別采用5級(jí)。導(dǎo)流圍堰屬臨時(shí)性5級(jí)建筑物，洪水標(biāo)準(zhǔn)采用5 a一遇，設(shè)計(jì)流量39 m3/s，設(shè)計(jì)水位108.07 m。

3 結(jié)論

牛心水庫除險(xiǎn)加固工程已于2009年末正式竣工驗(yàn)收。工程建筑滿足設(shè)計(jì)要求，在工程交付使用后，功能運(yùn)行良好。驗(yàn)證了此次水文成果的可靠性、準(zhǔn)確性。

表5 牛心水庫損失深度年內(nèi)分配表 mm

表6 壩下游100 m水位～流量關(guān)系曲線

圖2 牛心水庫壩下H-Q曲線

表7 施工5 a一遇洪水過程線

圖3 牛心水庫施工洪水過程線

[1]蔣金珠.工程水文及水利計(jì)算[M].北京：水利電力出版社，2001.

[2]牡丹江市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省林口縣牛心水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].牡丹江：牡丹江市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2008.