白山 紅石 豐滿水庫設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

馬雪梅，李英士，俞 宏

（1.松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林 長春 130021；2.中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

0 引 言

2010年第二松花江流域發(fā)生了特大洪水，流域內(nèi)有9條支流發(fā)生超歷史洪水，白山、豐滿水庫發(fā)生近百年一遇的特大洪水。干流白山水庫7月29日最大入庫洪峰流量超過歷史最大入庫流量，入庫洪量重現(xiàn)期接近100年。

第二松花江干流白山、豐滿水庫的設(shè)計(jì)洪水復(fù)核工作已經(jīng)開展多次，2002年編制的《白山、豐滿水庫防洪聯(lián)合調(diào)度設(shè)計(jì)洪水復(fù)核報(bào)告》和2008年編制的《白山、豐滿水庫防洪聯(lián)合調(diào)度臨時(shí)方案》，分別經(jīng)水規(guī)、電規(guī)總院聯(lián)合審查，國家防總和松花江防總批復(fù)，當(dāng)時(shí)資料系列分別用到2000年和2007年，2008年復(fù)核后，仍采用2002年審定成果。紅石水庫目前采用的設(shè)計(jì)洪水參數(shù)是水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院于1978年審定的成果。

為研究2010年大洪水對第二松花江流域白山、豐滿、紅石設(shè)計(jì)洪水參數(shù)的影響，將計(jì)算系列延至2010年，對加入2010年大洪水的歷史洪水進(jìn)行重現(xiàn)期分析，復(fù)核白山、豐滿、紅石、白豐區(qū)間設(shè)計(jì)洪水成果。

1 流域概況

第二松花江流域位于吉林省東南部地區(qū)，是松花江的上游區(qū)，發(fā)源于長白山主峰白頭山天池，整個(gè)流域分布在長白山的西北坡，高程自東南向西北遞減，流域形狀為橢圓形，呈西北～東南方向，山峰高度由河源的2 600多米降至紅石電站附近的700 m左右。紅石電站以上流域?yàn)殚L白山地，河谷切割較深，多呈“V”型。河網(wǎng)發(fā)育，河道曲折，灘哨相間，坡陡流急。

二松流域位于東亞大陸邊緣，屬寒溫帶大陸季風(fēng)氣候區(qū)，其主要特點(diǎn)是春季干旱多大風(fēng)，夏季濕熱多雨、秋季溫暖多晴朗天氣，冬季漫長寒冷。降水量南北差異大，南部降水量為800～1 000 mm，至中部降至600～700 mm。豐滿以上流域多年平均降水量為656.2 mm，降水年內(nèi)分布不均，6—9月降水量占全年降水量的74.5%。

2 暴雨洪水特性

2.1 暴雨特性

第二松花江上游區(qū)的暴雨多發(fā)生在7月至8月下旬。形成大暴雨的天氣系統(tǒng)主要是臺風(fēng)，其次是西或西南東移氣旋。北上臺風(fēng)形成的暴雨多集中在白山水庫以上流域，白山以上流域一次降雨量可達(dá)80～150 mm,如1957年8月下旬、1960年8月下旬的大暴雨，即屬此種情況。白山以上流域平均降水量分別為94.7，124.7 mm。

除臺風(fēng)暴雨外，華北、河套等各種北移或東移的氣旋系統(tǒng)也可造成大范圍的暴雨。如1995年7月28日至31日，受蒙古低壓東移和副高后部影響，流域內(nèi)普降暴雨和大暴雨，這場暴雨強(qiáng)度之大，雨量之多，是歷史上少見的，白山以上流域平均雨量139.6 mm，最大點(diǎn)雨量龍泉站233 mm；8月6日至7日，受副高后部和高空槽影響，白山以上流域又普降大雨，流域平均雨量為89.4 mm。受低壓、切變線及西南暖濕氣流共同影響，2010年7月27日至28日，第二松花江中上游及支流飲馬河降大到暴雨，局部地區(qū)降大暴雨，暴雨中心為第二松花江五里河站，累計(jì)降雨量達(dá)341 mm。第二松花江流域平均雨量約90 mm，白山水庫以上流域平均雨量為131 mm。

2.2 洪水特性

第二松花江流域的洪水由暴雨形成，大洪水一般發(fā)生在5月至9月上旬，但以7，8月為最多，且量級較大。白山、豐滿水庫的洪水過程既有單峰型，也有雙峰及多峰型。如1953年、1957年、1960年洪水過程為單峰型，洪水陡漲陡落，一次洪水總歷時(shí)7～11 d。白山漲洪歷時(shí)1～2 d，洪峰持續(xù)時(shí)間3 h左右；豐滿漲洪歷時(shí)2～3 d，洪峰持續(xù)時(shí)間12 h左右，落水歷時(shí)5～8 d。由于不同天氣系統(tǒng)組合影響，該流域大暴雨有短時(shí)期內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)的情況，因而在15 d內(nèi)雙峰型洪水也時(shí)常發(fā)生，從豐滿水庫實(shí)測前10位洪水分析，有5場洪水為雙峰型。

在一次洪水過程中，白山單峰型洪水3 d洪量較集中，豐滿除1986年外，3d洪量也較集中，3d洪量占7d洪量的65.0%～77.4%。7d洪量集中程度不盡相同，單峰型洪水7d洪量占15d洪量的68.5%～88.5%，比較集中；雙峰型洪水7d洪量占15d洪量的51.1%～69.0%，不太集中。

白山水庫建成后，白山水庫入庫洪峰出現(xiàn)時(shí)間較壩址提前4～6h，白山出庫到豐滿入庫大洪水的傳播時(shí)間約6h。

3 峰量系列統(tǒng)計(jì)

將白山、紅石、豐滿設(shè)計(jì)洪水系列統(tǒng)計(jì)至2010年，洪水系列為1933—2010年計(jì)78年。洪峰按年最大法獨(dú)立取樣、洪量統(tǒng)計(jì)在6—9月獨(dú)立取樣。

4 歷史洪水與重現(xiàn)期的確定

4.1 白山、紅石歷史洪水

白山水庫2010年洪峰流量為12900m3/s，最大3d洪量為16.2億m3，最大7d洪量為24.1億m3，均超過了1995年洪水。因此，增加2010年大洪水作為歷史洪水處理。首位歷史洪水的重現(xiàn)期與原審定成果一致，從1911年起算，首位2010年洪水重現(xiàn)期為100年，其余大洪水順次排位。白山、紅石特大洪峰流量成果見表1。

4.2 豐滿歷史洪水

在豐滿河段調(diào)查到的大洪水的年份是1856年、1909年和1923年，但由于洪水發(fā)生時(shí)間和年代較久遠(yuǎn)，定量有一定的誤差，故在統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算時(shí)參照其量級只進(jìn)行排位，不采用具體數(shù)值。豐滿歷史洪水處理10個(gè)，其中實(shí)測大洪水有7年，2010年洪水量級較大，其中洪峰為1856年以來的第一位，重現(xiàn)期為155年；1995年洪量為有記錄以來最大，確認(rèn)為1856年以來的第一位，重現(xiàn)期為155年。豐滿特大洪水排位情況見表2。

5 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

5.1 設(shè)計(jì)洪水參數(shù)計(jì)算

根據(jù)前述基本資料和歷史洪水排位情況，進(jìn)行了白山、紅石、豐滿洪峰流量及各時(shí)段洪量頻率分析計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)頻率采用數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算，線型采用P-Ⅲ型曲線，均值、Cv用矩法進(jìn)行了參數(shù)初估，通過適線進(jìn)行調(diào)整，白山、紅石的各時(shí)段洪量按連序系列計(jì)算的，但在適線時(shí)考慮了大洪水洪峰重現(xiàn)期處理為100年（1911—2010年）這一因素，適當(dāng)調(diào)整Cv，同時(shí)考慮各時(shí)段上、下游洪水參數(shù)的協(xié)調(diào)，確定洪水參數(shù)。

5.2 設(shè)計(jì)洪水成果分析比較

5.2.1 白山、紅石

增加了2010年大洪水后，使得頻率圖中的其它洪水點(diǎn)據(jù)均向右移動(dòng)，但考慮2010年洪水只略大于1995年洪水，兩場洪水屬于同量級，故在適線時(shí)考慮這一因素。另外白山、紅石各時(shí)段洪量是按連序系列計(jì)算，未進(jìn)行大洪水重現(xiàn)期處理，而實(shí)際適線時(shí)考慮了大洪水洪峰重現(xiàn)期按100年處理的因素調(diào)整確定Cv值，所以單從適線看，Cv略顯偏小。由于紅石以上流域歷史資料較少，歷史洪水重現(xiàn)期無法考證更久遠(yuǎn)，1995年大洪水發(fā)生時(shí)，15d洪量重現(xiàn)期就明顯不合適。2010年大洪水與1995年基本同量級，洪水重現(xiàn)期按1911年以來排位，1995洪水重現(xiàn)期只有50年，如果能將洪水重現(xiàn)期延長，比如參照豐滿，將白山、紅石的大洪水重現(xiàn)期按照1856年以來處理，則確定的峰、量設(shè)計(jì)洪水參數(shù)適線會更好。與原審定成果相比，白山、紅石洪峰及洪量均值略有減小，Cv有所增大，設(shè)計(jì)值增大2%～5%。

表1 白山 紅石特大洪峰排位表 m3/s

表2 豐滿特大洪水排位表

5.2.2 豐滿

豐滿水庫還原的2010年洪水，洪峰比1995年略大，為歷史第一位，但洪量并不突出，由于豐滿水庫的歷史洪水調(diào)查期較長，因此2010年洪水的影響較白山、紅石相對要小，影響趨勢是一致的，復(fù)核成果與2002年審定成果相比，均值減小，Cv增大。均值減小幅度為2%左右；12h設(shè)計(jì)洪峰增大幅度在2.6%～4.7%之間，設(shè)計(jì)洪量增加幅度在1%～3%之間。

6 結(jié)語

通過增加系列對白山、紅石、豐滿設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算，2010年大洪水發(fā)生后，白山、紅石、豐滿的洪峰流量及各時(shí)段洪量主要頻率設(shè)計(jì)值均較審定成果有一定的增加，增加的幅度均在5%以內(nèi)，為保持設(shè)計(jì)洪水成果的穩(wěn)定性，白山、紅石、豐滿設(shè)計(jì)洪水成果仍可沿用原水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院和水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院2002年聯(lián)合審定的成果。