長潭水庫最大暴雨及短時暴雨計算分析

何圣賢

(黃巖區(qū)長潭水庫管理局，浙江臺州 318024)

1 工程及流域概況

長潭水庫位于浙江省臺州市黃巖區(qū)境內(nèi)，1958年10月動工興建，1964年底完工，水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪洞、發(fā)電洞、供水洞及電站等組成，是一座以灌溉、供水為主，結(jié)合防洪、發(fā)電的多年調(diào)節(jié)的大(Ⅱ)型水庫.2002年，水利部大壩安全管理中心認(rèn)定為“三類壩”，2002年10月開始水庫實施了除險加固工程，內(nèi)容包括對水庫大壩進行防滲加固、溢洪道改造以及配套管理設(shè)施建設(shè)等.竣工驗收后水庫工程規(guī)模真正達到了100 a一遇洪水設(shè)計，1 000 a一遇洪水校核的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)庫容從6.91億 m3提升到7.32億 m3，水庫灌溉農(nóng)田6.9萬 hm2，防洪保護人口87萬，農(nóng)田1.7 萬 hm2，以及甬臺溫高速公路、104國道和路橋機場，城鎮(zhèn)日供水量85萬t，多年平均發(fā)電量1 800萬kW·h.

水庫位于永寧江流域上游，壩址位于潮濟以上3.5 km，應(yīng)家坑附近，集水面積 441.3 km2，多年平均降雨量，平均徑流量 5.56億 m3，主河道長34.2 km，河道平均比降 8.363‰，流域內(nèi)山地植被尚好，水土流失較少.

2 水庫流域暴雨分析

2.1 面雨量權(quán)重的確定

水庫壩下水文站為國家級水文站，始建于20世紀(jì)50年代，上游寧溪水文站和白石水文站自水庫修筑完成后設(shè)立，一直延續(xù)至今，1992年，水庫管理局委托水利部南京水利水文研究所對庫區(qū)進行了實地調(diào)查，進行科學(xué)論證后，建立了雨量自動測報系統(tǒng)，增設(shè)了王家店、上洋、嶼頭、馬鞍山、同里岙等站點.

水庫工程于1964年完工時，當(dāng)年分析分期設(shè)計暴雨時，因為流域內(nèi)降水量站實測雨量資料時間短、站點疏、資料少，故在面雨量統(tǒng)計是按無條件統(tǒng)計進行頻率計算.[1］隨著歷史車輪的轉(zhuǎn)動，當(dāng)前水庫雨量站點的資料年限增長了40多年，因此，本次設(shè)計暴雨易采用面雨量頻率計算法.

庫區(qū)流域內(nèi)的面雨量針對性地選擇寧溪、長潭、白石、上垟和垟頭五個降水量站，資料起迄年限分別為1952－2010年、1956－2010年、1962－1995年、1962－2010年和1968－1995年.其中1962－1995年資料較齊全，唯垟頭站缺1962－1967年，但附近下余、白巖崗站有早期觀測資料，用此兩站代替，銜接成連續(xù)系列.在這些資料的基礎(chǔ)上，就能全面統(tǒng)計出1962－1995年臺汛期、梅汛期及非汛期的1日、3日、7日流域面雨量.

流域面雨量采用泰森多邊形面積權(quán)重法計算，根據(jù)測算，各站點面積權(quán)重分別為:寧溪0.163、長潭 0.144、白石 0.264、上垟 0.205、垟頭 0.224.

2.2 流域歷史暴雨統(tǒng)計

寧溪站位于流域中心，代表性較好，經(jīng)單站與流域面雨量同期資料相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均在0.87以上，相關(guān)系數(shù)見表1.據(jù)此可插補展延1952－1961年與1996－2010年面雨量資料.經(jīng)插補后，長潭水庫流域臺汛期與梅汛期暴雨系列為1952－2010年共59年(非汛期暴雨系列為1962－2010年共49年).其中，較大暴雨統(tǒng)計成果見表2.該表中的大暴雨全都發(fā)生在臺汛期.

表1 寧溪站與長潭水庫面雨量相關(guān)系數(shù)表

表2 水庫流域較大暴雨統(tǒng)計成果表

2.3 面雨量頻率計算

暴雨經(jīng)驗頻率一般采用下式[2］計算:

式中:P—經(jīng)驗頻率;

m—各項樣本在系列中的位次;

n—系列項數(shù).

本次計算中采用矩法計算統(tǒng)計資料的均值H、變差系數(shù)Cv及偏態(tài)系數(shù)Cs.采用皮爾遜Ⅲ型曲線適線的方法來確定Cv、Cs值.

通過頻率分析所求得的設(shè)計暴雨成果見表3.

由于流域大暴雨大多發(fā)生在臺汛期，臺汛期的暴雨統(tǒng)計參數(shù)明顯大于梅汛期及非汛期.由表3可見，臺汛期設(shè)計暴雨與年最大甚為接近，梅汛期設(shè)計暴雨要小得多，而非汛期則更小.臺汛期暴雨起到控制性作用，故推薦采用臺汛期設(shè)計暴雨分析成果.

表3 長潭水庫設(shè)計暴雨成果表

2.4 暴雨日程分配

設(shè)計暴雨的日程分配，選擇位于水庫流域中心的寧溪雨量站作統(tǒng)計雨型的代表站.在1952－2010年中臺汛期3日雨量大于150 mm，7日雨量大于300 mm的15場暴雨，梅汛期3日雨量大于75 mm，7日雨量大于160 mm的16場暴雨，進行統(tǒng)計分析，結(jié)合擴初時所采用的日程分配，推薦見表4所列的日程分配百分?jǐn)?shù).

表4 設(shè)計暴雨日程分配百分?jǐn)?shù)表

2.5 暴雨時程分配

設(shè)計暴雨的時程分配:最大1日暴雨時程分配運用暴雨衰減指數(shù)代入暴雨強度公式求得時段雨量分配系數(shù)，各時段的雨量按《浙江省可能最大暴雨圖集》中的規(guī)則排列[3］.其余幾日時程分配仍采用擴大初設(shè)時統(tǒng)計結(jié)果.暴雨衰減指數(shù)np本次分析了各時段雨量均為年最大的多場暴雨，其結(jié)果與擴大初設(shè)所用值較接近.np值取用如下.

臺汛期:重現(xiàn)期N＞100a，np=0.55;

梅汛期:各重現(xiàn)期np均為 0.55.[4］

不同暴雨衰減指數(shù)np的暴雨時程分配百分?jǐn)?shù)見表5.

表5 設(shè)計暴雨時程分配百分?jǐn)?shù)表

3 結(jié)語

本文以長潭水庫流域的歷史暴雨作為研究對象，運用數(shù)理統(tǒng)計方法，分析了長潭水庫庫內(nèi)寧溪、白石等雨量站及臨海等周邊雨量或者氣象站的日降雨記錄資料短時降雨資料，建立了長潭水庫設(shè)計暴雨時程分配雨型和設(shè)計暴雨面分布雨型.

從長潭水庫水文的實際過程來看，最大暴雨和短時暴雨的推求，應(yīng)充分考慮庫區(qū)面雨量的權(quán)重和雨形成的氣象特征，并根據(jù)選擇典型的水文測站和不同的暴雨入流方向，針對性地確定不同的站點，按照實測短時雨量資料率定出暴雨公式中100 a一遇的暴雨衰減參數(shù)，從而求出短歷時的可能最大暴雨.從計算結(jié)果看，成果穩(wěn)定合理，方法行之有效.

[1]鄧培德.暴雨選樣與頻率分布模型及其應(yīng)用[J］.給水排水，1996(6):26－28.

[2]霍勇峰.山西省設(shè)計暴雨雨型分析[J］.水資源與水工程學(xué)報，2011(6):158－161.

[3]李濤濤，董聰麗.羅田水庫分期設(shè)計暴雨推求[J］.水電能源科，2008(4):39－42.

[4]徐林福.采用暴雨資料計算小流域設(shè)計洪水過程線的兩種方法探討[J］.甘肅水利水電技術(shù)，2009(9):20－21.