青山水庫(kù)工程設(shè)計(jì)洪水分析

宋 旸

(遼寧省水文水資源勘測(cè)局遼陽(yáng)分局，遼寧遼陽(yáng)111000)

1 工程概況

葫蘆島市青山水庫(kù)工程由青山水庫(kù)樞紐工程及輸水工程組成，為大(2)型水庫(kù)，Ⅱ等工程。工程的主要任務(wù)是以城市供水、防洪為主，兼顧改善流域下游農(nóng)業(yè)供水條件以及生態(tài)環(huán)境等綜合利用。水庫(kù)將解決葫蘆島市城市工業(yè)與生活用水不足問(wèn)題，同時(shí)提高六股河中下游地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善了六股河流域下游枯水期及葫蘆島市生態(tài)環(huán)境［1］。

2 洪水特性分析

2.1 暴雨及洪水特性

形成六股河流域暴雨的主要天氣系統(tǒng)是華北氣旋、高空槽和臺(tái)風(fēng)。經(jīng)過(guò)調(diào)查，降水量＞1 500 mm籠罩的面積達(dá)496 km2，降水量＞1 000 mm籠罩的面積為3 210 km2，降水量 ＞500 mm籠罩的面積為18 000 km2。由于暴雨中心位置的不同及籠罩面積變化，使得六股河各地洪水分布也不一致。六股河洪水全部發(fā)生在6—9月，其中又多集中于7、8月，以綏中站為例，年最大洪峰流量發(fā)生在7、8月的機(jī)率為83.3%。

2.2 歷史洪水

本流域的洪水主要是由暴雨產(chǎn)生，暴雨持續(xù)時(shí)間一般為1～2 d，其中大部分在1 d內(nèi)降落。六股河一次洪水過(guò)程一般在3 d以內(nèi)，屬于陡漲陡落河流。一次降水即形成一次洪峰，所以洪水過(guò)程線多為單峰。但如連續(xù)兩次，也可形成雙峰，如1962年7月24—26日連續(xù)兩次降水形成了雙峰。六股河洪水洪量比較集中，如綏中站多年平均最大24 h洪量占3 d洪量的68%，3 d洪量占5 d洪量的81%，5 d洪量占7 d洪量的88%，大洪水年較一般洪水年洪量更為集中［2］。

3 設(shè)計(jì)洪水

3.1 歷史洪水及其重現(xiàn)期分析

3.1.1 歷史洪水調(diào)查

六股河流域先后調(diào)查到較大的洪水有1930、1949、1959、1963年等，其中1930年為六股河歷史上特大洪水。1993年又對(duì)前白水、綏中河段歷史洪水進(jìn)行了重點(diǎn)復(fù)核，對(duì)前白水站1949年洪水做了重新調(diào)查計(jì)算，綏中站1930年、1949年洪水在“匯編”中右岸跑水灘地糙率選用過(guò)大，也進(jìn)行了調(diào)整。

3.1.2 洪水重現(xiàn)期的確定

根據(jù)“遼河、大小凌河水系水災(zāi)歷史資料輯要”、“遼寧省旱澇史記”、“華北、東北近500 a旱澇史料”及“綏中縣志”等文獻(xiàn)記載，自1323年以來(lái)的675 a間，六股河先后發(fā)生成災(zāi)洪水30余次。其中自1849年以來(lái)特大洪水發(fā)生3次，即:1849、1886、1930年等。洪峰重現(xiàn)期考證期定為1849—2008年，在這160 a中發(fā)生了1849、1886、1930年3場(chǎng)特大洪水，無(wú)法認(rèn)定3場(chǎng)大水的順位，綜合考慮認(rèn)為1930年排在160 a年來(lái)的第2位，即80 a一遇。

3.2 控制站綏中站與前白水站設(shè)計(jì)洪水

3.2.1 洪水系列

六股河洪水系列選用1954—2007年，用年最大值法統(tǒng)計(jì)洪峰、最大24 h洪量、最大72 h洪量(以下稱3 d洪量)。

3.2.2 前白水站洪峰與洪量插補(bǔ)延長(zhǎng)

前白水站實(shí)測(cè)洪水資料為1964—1970年及1995—2007年共計(jì)20 a，需插補(bǔ) 1954—1963年及1971—1994年共34 a洪水資料。1954—1962年洪峰，采用前白水與綏中洪峰相關(guān)插補(bǔ)，1959年、1963年洪峰采用洪水調(diào)查值。1954—1963年，最大24 h、3 d洪量，采用前白水站峰量關(guān)系插補(bǔ)。1971—1994年前白水文站，有瞬時(shí)水位過(guò)程，根據(jù)前1964—1970年及1995—2007年實(shí)測(cè)洪水過(guò)程，綜合出平均的水位——流量關(guān)系曲線見(jiàn)圖1，由水位過(guò)程插補(bǔ)出年最大洪峰流量及流量過(guò)程，再由流量過(guò)程求得最大24 h及3 d洪量。前白水水文站斷面不是很穩(wěn)定，漲水落水有繩套，但實(shí)測(cè)各場(chǎng)洪水的洪峰點(diǎn)據(jù)與所定的平均水位——流量關(guān)系曲線擬合較好，故認(rèn)為該水位——流量關(guān)系可以應(yīng)用。

圖1 前白水水位—流量關(guān)系曲線圖

3.2.3 綏中站、前白水站洪水頻率計(jì)算

3.2.3.1 洪峰頻率計(jì)算

洪峰頻率計(jì)算考慮歷史洪水，綏中站1930年洪峰為160 a(1849—2008年)的第2位，1959、1949年洪峰分別為160 a的第4位、第5位。前白水站1930年為160 a的第2位，1949、1963年洪峰分別為160 a的第4位、第5位。

3.2.3.2 洪量頻率計(jì)算

綏中站、前白水站最大24 h洪量、3 d洪量的頻率計(jì)算，均考慮歷史洪水，參數(shù)按不連序系列繪線讀點(diǎn)補(bǔ)矩法計(jì)算。兩站均沒(méi)有調(diào)查洪量資料，綏中站1930、1949年洪量按綏中站峰量關(guān)系查補(bǔ)。前白水站1930、1949、1963年洪量按前白水站峰量關(guān)系查補(bǔ)。綏中、前白水站歷史洪水洪量見(jiàn)表1。

表1 綏中、前白水站歷史洪水洪量成果表106m3

綏中站、前白水站洪量重現(xiàn)期考慮與洪峰一致，即1930年為160 a的第2位，按不連序系列繪線讀點(diǎn)補(bǔ)矩方法計(jì)算參數(shù)。綏中、前白水站設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表2。

表2 綏中、前白水站設(shè)計(jì)洪水成果表

3.3 設(shè)計(jì)洪水成果合理性檢查

六股河各站設(shè)計(jì)洪峰和設(shè)計(jì)3 d洪量與大、小凌河比較，成果略大，而與其西側(cè)流域石河、狗河比較成果要小，符合這一地區(qū)洪水大小變化規(guī)律的。從綏中、前白水站各年實(shí)際峰、量關(guān)系和設(shè)計(jì)峰、量上看，設(shè)計(jì)峰、量關(guān)系線位于實(shí)際峰量點(diǎn)群中間，說(shuō)明設(shè)計(jì)成果無(wú)較大偏差，比較合理。綜上分析，綏中站、前白水站及前——綏區(qū)間的設(shè)計(jì)洪水成果基本合理。

3.4 設(shè)計(jì)洪水及其洪水過(guò)程線

3.4.1 壩址設(shè)計(jì)洪水

青山水庫(kù)位于前白水水文站下游，前白水站控制集水面積1 496 km2，壩址以上控制集水面積1 650 km2，面積相差10%，故壩址設(shè)計(jì)洪水按前白水文站面積比方法推求，其中洪峰按2/3次方，洪量按1次方推求。壩址設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表3。

3.4.2 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線采用分時(shí)段同頻率控制放大法，以設(shè)計(jì)洪峰流量、24 h設(shè)計(jì)洪量、3 d設(shè)計(jì)洪量分段控制放大前白水1998、1977年典型洪水過(guò)程線。

經(jīng)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，1977年典型設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪水位高于1998年典型設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪水位，原因是1977年典型峰前量占24 h及3 d洪量的比重比1998年大，因此樞紐設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線最終選定1977年典型成果。

表3 壩址設(shè)計(jì)洪水成果表洪峰m3/s;洪量106m3

4 分期設(shè)計(jì)洪水

根據(jù)施工要求和洪水的季節(jié)特性，青山水庫(kù)施工期分為3個(gè)階段:汛前(4—6月)，汛期(7—9月10日)和汛后(9月11日—12月)。水庫(kù)汛期(7—9月10日)設(shè)計(jì)洪峰采用青山水庫(kù)壩址設(shè)計(jì)洪峰計(jì)算成果。非汛期洪水采用前白水站非汛期洪水面積比2/3次方推求。前白水站非汛期有1964.6—1971.5及1995—2007年計(jì)20 a實(shí)測(cè)流量資料，可滿足施工期洪水計(jì)算要求。按照審查意見(jiàn)本階段前白水站加入了1965年6月15日洪峰流量738 m3/s，計(jì)算汛前4—6月設(shè)計(jì)洪水。分期設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表4。

表4 分期設(shè)計(jì)洪水成果表 m3/s

5 結(jié)語(yǔ)

青山水庫(kù)工程的修建將對(duì)葫蘆島城區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、六股河流域發(fā)展，對(duì)水資源的需求、水環(huán)境的改善及流域防洪體系的建設(shè)起到基礎(chǔ)性保障。應(yīng)早日修建，發(fā)揮應(yīng)有的效益。

［1］敖立飛.基于某實(shí)例水庫(kù)工程設(shè)計(jì)洪水的分析［J］.黑龍江水利科技，2013，41(10):170-172.

［2］陳民，薛茜.密云水庫(kù)后汛期設(shè)計(jì)洪水分析［J］.水利水電工程設(shè)計(jì)，2000，19(02):41-42.