泉州新安水庫除險加固設(shè)計洪水成果合理性評價

黃歲鈿

（南安市豐州鎮(zhèn)水利工作站，福建 南安 362300）

1 工程概況

1.1 流域概況

泉州新安水庫位于九十九溪上游的梅岑支流梅溪上，壩址以上集雨面積12.48km2，主河道長5km，河道平均坡降為7.5‰，水庫建于1960年，1979年進(jìn)行保壩加固，是晉江市的重要供水水源。九十九溪流域地處福建省東南沿海的泉州市境內(nèi)，東臨泉州灣，北與晉江流域相鄰，是晉江市的主要河流，其發(fā)源于南安市大旗尾山，流域面積354km2，主河道總長47km，主河道平均坡降1.6‰，流域形狀系數(shù)0.16。九十九溪流域上游屬中低山地，中下游地勢低洼平坦，溝渠縱橫交錯，河網(wǎng)密集。

1.2 暴雨及洪水特性

九十九溪流域?qū)倌蟻啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候區(qū)，也是我國臺風(fēng)登陸的主要路徑之一，臺風(fēng)活動極為頻繁，極易造成臺風(fēng)暴雨，加之其上游位于鳳巢暴雨中心邊緣，因而本流域各歷時暴雨強(qiáng)度均較大。流域洪水多由持續(xù)時間短且強(qiáng)度大的暴雨造成，一般表現(xiàn)為陡漲陡落，單一峰型，洪峰模數(shù)要比鄰近流域相應(yīng)頻率的洪峰模數(shù)大。

1.3 新安水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)

新安水庫主壩是粘土心墻多種土質(zhì)壩，最大壩高24m，總庫容1782萬m3，調(diào)洪庫容為643萬m3。新安水庫原設(shè)計及保壩加固時設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為10000年一遇加18.5%；2007年安全鑒定階段根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）、《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），取設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇。在除險加固設(shè)計時，根據(jù)安全鑒定時壩頂高程不夠等情況，并結(jié)合專家分析意見和建議，新安水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。

2 設(shè)計洪水分析計算

由于九十九溪流域無實測流量資料，本次設(shè)計擬通過暴雨推求洪水方法（華東地區(qū)特小流域）和地區(qū)綜合線法兩種方法推求新安水庫壩址處設(shè)計洪水，并通過比較分析進(jìn)行合理取值。

2.1 設(shè)計暴雨推求法

九十九溪流域內(nèi)有晉江、磁灶等雨量站，鄰近流域有泉州大橋、南安、石壁頭等雨量站，對這幾個站的自設(shè)站的暴雨資料分析整編，進(jìn)行單站頻率適線，分析統(tǒng)計各雨量站的年1h、6h及24h三個時段的最大暴雨均值及變差系數(shù)Cv。晉江九十九溪及鄰近流域各水文站暴雨分布特性見表1。

表1 九十九溪及鄰近流域各雨量站暴雨參數(shù)統(tǒng)計表 單位：mm

根據(jù)求得的各雨量站各時段的暴雨統(tǒng)計參數(shù)成果，點繪本流域各時段年最大雨量均值、Cv等值線圖。等值線圖中的1h、6h及24h三個時段均表現(xiàn)出九十九溪流域上游區(qū)域位于一暴雨高值區(qū)（鳳巢）邊緣，各暴雨統(tǒng)計參數(shù)并由此高值中心區(qū)向中下游逐漸減小。由圖查得九十九溪流域的各時段暴雨統(tǒng)計參數(shù)如下：H1h=44mm, Cv1=0.40; H6h= 87mm, Cv6=0.50；H24h=135mm, Cv24=0.41。

根據(jù)暴雨設(shè)計成果和流域特征值，設(shè)計洪水采用華東地區(qū)特小流域暴雨推求設(shè)計洪水方法推求，即擬定設(shè)計暴雨過程，由設(shè)計暴雨過程確定凈雨過程，再由設(shè)計凈雨過程推求設(shè)計洪水。擬定設(shè)計暴雨時考慮到匯流面積較小，可以忽略點面雨量的差異。根據(jù)設(shè)計暴雨成果和流域特征值資料，按推理公式法推求設(shè)計洪水，匯流計算如下：

式中：

Qm——地表洪峰流量（m3/s）；

F——流域面積（km2）；

τ——流域匯流歷時（hr）；

tc——地表產(chǎn)流歷時（hr）；

Rτ——匯流歷時內(nèi)的最大地表凈雨量（mm）；

Rtc——產(chǎn)流歷時內(nèi)的地表凈雨量（mm）；

采用暴雨推求設(shè)計洪水方法求得新安水庫壩址設(shè)計洪水成果見表2。

2.2 地區(qū)綜合線法

九十九溪未設(shè)水文站，沒有實測流量資料。新安水庫所在位置靠近沿海，地區(qū)綜合法選用閩東南流域鄰近的水文站點，即東張、溪源宮、上河、赤橋、度里、東圳、造水共7個站點進(jìn)行地區(qū)綜合的分析計算。各水文站的設(shè)計洪水統(tǒng)計參數(shù)成果見表3。

表2 新安水庫壩址設(shè)計洪水成果表

表3 閩東南流域及鄰近各站洪水統(tǒng)計參數(shù)表

根據(jù)各水文站的洪水統(tǒng)計參數(shù)點繪晉江及鄰近流域的各站年最大洪峰流量均值、變差系數(shù)Cv與集水面積關(guān)系線并統(tǒng)計參數(shù)進(jìn)行地區(qū)綜合分析，并由地區(qū)綜合分析的年最大洪峰流量均值Qm、變差系數(shù)Cv與集水面積F關(guān)系線，查算新安水庫壩址斷面設(shè)計洪水參數(shù)，成果如下：

Qm＝ 465m3/s Cv＝ 0.59 Cs/Cv＝ 3.5

3 設(shè)計洪水成果合理性評價

由表3可以看出，暴雨推求設(shè)計洪水法和地區(qū)綜合線法計算的設(shè)計洪水成果相差較大，下面從探討設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水法和地區(qū)綜合線法兩種推求設(shè)計洪水的方法上的差異對各自設(shè)計洪水成果進(jìn)行合理性分析，并最終確定新安水庫壩址的設(shè)計洪水。

暴雨推求設(shè)計洪水成果的準(zhǔn)確性取決于暴雨資料的可靠與否和引用的產(chǎn)匯流參數(shù)合適與否。本次采用的暴雨資料是諸多雨量站實測暴雨資料，并經(jīng)水文單位分析整編所得，成果較為可靠；引用的產(chǎn)匯流參數(shù)是經(jīng)全省眾多水文站實測資料統(tǒng)計分析而來，成果可用。暴雨推求洪水推理公式法比較適合小流域的設(shè)計洪水計算，但由于涉及的參數(shù)取值環(huán)節(jié)較多，有時可能造成的誤差較大。

地區(qū)綜合線法：地區(qū)綜合線法是根據(jù)工程所在流域及鄰近流域各水文站設(shè)計洪水參數(shù)進(jìn)行地區(qū)綜合，主要是點繪年最大洪峰流量均值Qm、變差系數(shù)Cv與集水面積F關(guān)系曲線，此法注重設(shè)計洪水參數(shù)與集水面積的關(guān)系，均化了本區(qū)域的各設(shè)計洪水參數(shù)，未考慮流域的雨量及河長、坡降等具體特性，但如果工程站址和所選水文站匯流時間和降雨特性較為接近，用該方法推求也是合適可用的。

據(jù)此計算得新安水庫壩址設(shè)計洪水成果見表4：

由上表可見，用赤橋水文站和造水水文站推算的設(shè)計洪水成果大多高于暴雨推求設(shè)計洪水的設(shè)計成果，且由造水水文站推算的成果遠(yuǎn)高于其它方法推求的設(shè)計洪水成果，主要是造水水文站位于福建省暴雨特高值區(qū)，形成的暴雨洪峰偏高（但同級別洪水洪量基本一致），用造水水文站做參證站應(yīng)有足夠的暴雨資料支持，本次由于缺乏造水和新安水庫同時段暴雨相關(guān)資料分析，故不采用造水水文站為參證站的設(shè)計洪水成果。而地區(qū)綜合法推求的設(shè)計洪水成果位于赤橋和造水水文站推求的設(shè)計洪水之間，基本能反映該流域的設(shè)計洪水成果，故認(rèn)為采用地區(qū)綜合法推求的設(shè)計洪水成果是較為合理的，新安水庫壩址50年一遇設(shè)計洪水洪峰流量為187m3/s，1000年一遇校核洪水洪峰流量為337 m3/s。

表4 新安水庫壩址設(shè)計洪水成果表

4 結(jié) 論

設(shè)計洪水在水電站、水利工程設(shè)計中十分重要，但影響設(shè)計洪水的因素十分復(fù)雜，主要是觀測資料不足、理論和計算方法不完善及工作人員技術(shù)水平和經(jīng)驗的差異等。多種因素的影響常使設(shè)計洪水成果偏不利或偏保守，從而影響工程的設(shè)計甚而造成極為慘重的損失。因此，為了使洪水設(shè)計成果具有充分的可靠性，把設(shè)計洪水分析透徹些，從多方面進(jìn)行認(rèn)真的合理性檢查、評價是十分必要的。不同設(shè)計人員、不同設(shè)計方法推算的設(shè)計洪水成果可能差別很大，設(shè)計中不宜簡單的以偏保守角度考慮取高值，而應(yīng)進(jìn)行合理性分析，兼顧安全與經(jīng)濟(jì)、理論與實際來選用合理的成果。

[1] 王國安, 李文家. 水文設(shè)計成果合理性評價[M]. 黃河水利出版社, 2002.