基于小塔山水庫(kù)入庫(kù)洪水計(jì)算的研究

聶大鵬

(遼寧省營(yíng)口水文局，遼寧 營(yíng)口115003)

1 流域的概況

小塔山水庫(kù)位于贛榆縣西北部丘陵區(qū)青口河的上游，庫(kù)區(qū)面積約26.5 km2，集水面積386 km2。青口河發(fā)源于山東省南縣、流經(jīng)洙邊、黑林、小塔山水庫(kù)、青口、于下口處向東如海，全長(zhǎng)64 km(贛榆縣境內(nèi)45 km)，主要支流有旦頭河、康邑河，均匯入小塔山水庫(kù)。由于干支流均發(fā)源于山嶺地區(qū)，坡陡谷深，源短流急，并呈扇狀向青口河匯合。因此，回流速度快、來(lái)勢(shì)猛，洪水4 h左右即可到達(dá)青口河。水庫(kù)下游青口河兩岸為一開(kāi)闊平原，土地肥沃，人口稠密，村鎮(zhèn)集中，河道狹窄彎曲。青口河流域具有較長(zhǎng)雨量資料系列的雨量站有青口、小塔山、黑林、洙邊4個(gè)雨量站，其中小塔山、黑林、洙邊3 個(gè)雨量站處于小塔山水庫(kù)壩址以上集水面積范圍內(nèi)。

2 入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水的分析計(jì)算

2.1 防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

小塔山水庫(kù)總庫(kù)容達(dá)2.70 億m3，依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201—94)，小塔山水庫(kù)屬于大(2)型水庫(kù)，為二等工程，主要建筑物應(yīng)按2 級(jí)水工建筑物設(shè)計(jì)。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》和《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及補(bǔ)充規(guī)定，并且匯入小塔山水庫(kù)的干支流均發(fā)源于山嶺地區(qū)，坡陡谷深，源短流急并呈扇形向青口河匯合，匯流速度快，來(lái)勢(shì)猛，而水庫(kù)下游青口河兩岸為開(kāi)闊平原，人口稠密，村鎮(zhèn)集中，小塔山水庫(kù)一旦失事，危害極大。最終確定小塔山水庫(kù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，核準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)為2000 a一遇。同時(shí)也進(jìn)行了20 a一遇、50 a一遇、200 a一遇、300 a一遇、1 000 a一遇、5 000 a一遇的計(jì)算。

2.2 入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水的分析計(jì)算

小塔山水庫(kù)未設(shè)置控制性入庫(kù)水文站，缺乏實(shí)測(cè)入庫(kù)洪水資料，所以無(wú)法直接由洪峰流量和洪量資料推求設(shè)計(jì)洪水;根據(jù)庫(kù)水位與下泄流量反求入庫(kù)洪水過(guò)程，由于影響因素眾多，存在一些具體技術(shù)問(wèn)題，精度不高，并且小塔山水庫(kù)只具有1962—1975年的庫(kù)水位和出庫(kù)流量資料，為此只能采用暴雨資料間接推求設(shè)計(jì)洪水［1］。

2.2.1 暴雨資料的收集與整理

1)設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)的確定。確定以3 d為設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí);以24 h作為控制時(shí)段;以1 d、3 d為統(tǒng)計(jì)時(shí)段。因?yàn)橥ㄟ^(guò)計(jì)算分析:本流域一次大暴雨過(guò)程大約在3 d左右，造成洪水的暴雨歷時(shí)比較短，屬于短歷時(shí)，所以上述設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)的確定是合理的。

2)實(shí)測(cè)雨量資料。青口河流域具有較長(zhǎng)雨量資料系列的雨量站有青口、小塔山、黑林、洙邊4 個(gè)雨量站。其中小塔山、黑林、洙邊3 個(gè)雨量站處于小塔山水庫(kù)壩址以上積水面積范圍內(nèi)，具有連續(xù)36 a資料(1965—1977 年)，所以選擇了小塔山、黑林、洙邊3個(gè)站。用泰森多邊形法求得它們的權(quán)重系數(shù)分別為0.09337、0.40602、0.5006，進(jìn)而求得面平均雨量。

3)調(diào)查暴雨資料。經(jīng)計(jì)算36 a的最大3 d面雨量的平均值為136.1 mm。其中1974 年3 d面暴雨量為325.6 mm，是最大值，其模比系數(shù)為2.4;最大1 d面雨量的均值為97.7 mm。其中1997 年最大1 d面雨量為229.5 mm，是最大值，其模比系數(shù)為2.3。

4)資料的處理與審查。資料的審查主要是審查資料的代表性、正確性。資料代表性的好壞主要看資料內(nèi)容是否比較全面，能否較好的代表總體。而暴雨資料代表性主要看資料中的暴雨是否有各種大小的暴雨，且偏重于大暴雨。通過(guò)計(jì)算分析，暴雨資料中，最大3 d降水量和最大1 d降水量都有若干較大值，所以本次設(shè)計(jì)資料的代表性良好。

2.2.2 設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程的計(jì)算

2.2.2.1 經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算

頻率計(jì)算采用計(jì)算公式為:

式中:P 為≥xm的經(jīng)驗(yàn)頻率;m 為xm序號(hào)，即≥xm的項(xiàng)數(shù);n 為樣本容量，即觀測(cè)資料的總項(xiàng)數(shù)。

2.2.2.2 設(shè)計(jì)暴雨量的計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，得最大1 d面暴雨的統(tǒng)計(jì)參數(shù)為:

X 為97.71mm，CV=0.48，CS/CV=3.5

最大3 d面暴雨的統(tǒng)計(jì)參數(shù)為:

X=141.5，CV=0.50，CS/CV=3.5

2.2.2.3 設(shè)計(jì)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)的合理性分析

2.2.2.4 不同歷時(shí)，不同設(shè)計(jì)頻率的設(shè)計(jì)面雨量計(jì)算

式中:XP為設(shè)計(jì)面雨量，mm;KP為模比系數(shù);X 為雨量均值，mm。

2.2.2.5 設(shè)計(jì)暴雨合理性分析和采用

因?yàn)槭怯?6 a的資料來(lái)推求2 000 a一遇，所以不可避免會(huì)產(chǎn)生誤差。所以我們加了一個(gè)安全保證值，為原設(shè)計(jì)值的10%。

2.2.2.6 設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程的推求

1)采用同頻率放大法，選用實(shí)測(cè)的較大的點(diǎn)暴雨過(guò)程作為面暴雨放大的典型暴雨過(guò)程。選擇典型暴雨過(guò)程時(shí)遵循對(duì)工程安全偏不利的原則。經(jīng)過(guò)比較分析，最后選用黑林1974 年8 月11 日—8 月13日和黑林1997 年8 月18 日—8 月20 日的兩次較大暴雨作為典型暴雨過(guò)程進(jìn)行計(jì)算。

2)放大倍比采用公式:

式中:K24h為最大24 h雨量放大倍比為最大3 d與最大24 h的雨量差額放大倍比;分別為最大24 h和最大3 d的設(shè)計(jì)暴雨量;分別為最大24 h和最大3 d的典型暴雨量。

2.2.2.7 設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程計(jì)算

由于本流域缺乏實(shí)測(cè)的雨洪資料，所以采用《江蘇省暴雨洪水圖集》中的有關(guān)地區(qū)綜合成果進(jìn)行設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程的計(jì)算。

設(shè)計(jì)條件下，前期影響雨量Pa=＆Im，當(dāng)最大3 d設(shè)計(jì)面降水量＞250 mm 時(shí)，系數(shù)＆=0.65，Im=75 mm，故前期影響雨量Pa=0.65×75=48.75 mm。

采用下面的數(shù)學(xué)模型推求設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程:

2.2.2.8 設(shè)計(jì)入庫(kù)洪水過(guò)程的計(jì)算

1)采用經(jīng)驗(yàn)單位線法推求入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水。經(jīng)驗(yàn)單位線由小塔山水庫(kù)流域?qū)崪y(cè)降水及相應(yīng)的洪水徑流資料，運(yùn)用單位線的兩項(xiàng)基本假定來(lái)推求。單位線的兩項(xiàng)基本假定分別為倍比假定和疊加假定。推求單位線的一般方法有縮放法、分析法、試錯(cuò)法。我們采用的是試錯(cuò)法。所謂試錯(cuò)法就是假定一條單位線，用單位線推流的方法得出一洪水入庫(kù)過(guò)程，與實(shí)測(cè)資料所求出的入庫(kù)流量比較，如一致的話，則假設(shè)的單位線即為所求;如不一致，則調(diào)整單位線重復(fù)上述過(guò)程直到一致為止。

2)經(jīng)驗(yàn)單位線采用原徐州地區(qū)“關(guān)于小塔山水庫(kù)水文分析成果報(bào)請(qǐng)審批的報(bào)告”中所分析的6 h標(biāo)準(zhǔn)單位線成果。具體做法是運(yùn)用s 曲線將6 h單位線轉(zhuǎn)換成3 h單位線，然后再利用3 h單位線推求設(shè)計(jì)入庫(kù)洪水過(guò)程。

［1］陳俊合，劉海洋，劉樹(shù)鋒.飛來(lái)峽水庫(kù)入庫(kù)洪水計(jì)算模型探討［J］.中山大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2004，43(03):107－110.