汾河水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算分析

崔瑞紅

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

1 汾河水庫概況

汾河水庫[1]位于山西省太原市婁煩縣杜交曲鎮(zhèn)下石家莊村北的汾河干流上游，是一座以防洪、灌溉、工業(yè)和城市供水為主，兼顧發(fā)電和養(yǎng)魚等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。水庫控制流域面積5268km2，多年平均徑流4.72億m3；總庫容7.33億m3，興利庫容2.64億m3。防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)、2000年一遇洪水校核。

2 汾河水庫設(shè)計(jì)洪水歷史分析

汾河水庫系由原水利電力部北京勘測(cè)設(shè)計(jì)院（以下簡稱“北京院”）設(shè)計(jì)，該院于1958年4月提出初步設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行了技術(shù)設(shè)計(jì)，水庫工程于1958年7月開工建設(shè)，年底提出技術(shù)設(shè)計(jì)。兩個(gè)階段的水文分析計(jì)算工作，都是在資料不足的條件下進(jìn)行的。故水庫工程于1961年汛前建成以后，又于1962年進(jìn)行了水文的修正計(jì)算，這三次水文分析計(jì)算，只有5年短期入庫洪水資料及調(diào)查歷史洪水，壩址處的設(shè)計(jì)洪水，系以上、下游水文站資料的頻率分析洪水成果，按面積關(guān)系內(nèi)插求得。

汾河水庫原按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核，至上世紀(jì)70年代初經(jīng)10余年的運(yùn)用，在水文規(guī)劃方面存在淤積嚴(yán)重、防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低、設(shè)計(jì)洪水成果偏小等三方面問題。為此，1974年山西省水利廳委托我院進(jìn)行“汾河水庫度汛工程初步設(shè)計(jì)”，隨后又于1982年進(jìn)行了補(bǔ)充分析，水利電力部水利水電規(guī)劃總院于1983年12月17日對(duì)1982年洪水分析成果進(jìn)行了批復(fù)。這兩次洪水分析計(jì)算是根據(jù)靜樂、上靜游兩水文站1951～1972年和1951～1980年資料，按洪峰、洪量與面積比的方次關(guān)系0.74、1.0，加入歷史洪水求得。在這之后，“汾河二庫規(guī)劃設(shè)計(jì)”、中韓合作項(xiàng)目“汾河流域上游綜合開發(fā)管理及第三座多功能水庫預(yù)可行性研究”及“引黃南干聯(lián)接段規(guī)劃”設(shè)計(jì)中，雖對(duì)汾河水庫設(shè)計(jì)洪水做過研究，但最后結(jié)果仍采用1982年分析成果。

上世紀(jì)90年代末以后，《下靜游水庫可行性研究報(bào)告》（以下簡稱“下靜游可研”）中汾河水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，在1982年洪水分析成果的基礎(chǔ)上，利用靜樂與下靜游兩水文站的同步資料，對(duì)洪峰、洪量與面積指數(shù)的關(guān)系做了重新分析。下靜游水文站控制流域面積4923km2，占汾河水庫控制流域面積5268km2的84%，該站具有1953～1958年6年水文資料，利用靜樂與下靜游水文站同期的年最大洪水資料，分別求得峰、量與面積關(guān)系的面積指數(shù)平均為0.5及0.7，基本屬經(jīng)驗(yàn)范圍的下限。過去采用的0.74及1.0，超出了經(jīng)驗(yàn)范圍的上限，這樣，將使系列偏大7%～9%。為此，根據(jù)重新分析的面積指數(shù)將系列做了調(diào)整。

根據(jù)各階段資料，汾河水庫1951～1952年由靜樂水文站設(shè)計(jì)洪峰洪量經(jīng)面積修正求得；1953～1957年洪峰洪量采用同樣方法由下靜游水文站設(shè)計(jì)洪峰洪量經(jīng)面積修正求得；1957～1996年，則由靜樂、上靜游實(shí)測(cè)洪峰錯(cuò)時(shí)段（傳播時(shí)間差2h）疊加，并經(jīng)面積修正求得。從而得到汾河水庫1951～1996年共46年洪水系列，然后進(jìn)行頻率分析計(jì)算。

《汾河中游段河道治理工程可行性研究》（以下簡稱“治汾可研”）報(bào)告，汾河水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算同“下靜游可研”，只是洪水系列采用的是1954～1996年共43年資料。

3 設(shè)計(jì)洪水分析

本次設(shè)計(jì)洪水分析在上世紀(jì)90年代末分析成果的基礎(chǔ)上做了以下幾方面的工作。

（1）復(fù)核原系列資料的可靠性

靜樂水文站[2]建站于1943年，由于上世紀(jì)40年代戰(zhàn)爭動(dòng)亂，測(cè)驗(yàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)，僅觀測(cè)兩年，且斷面位置不詳，資料精度差，從50年開始資料完整可靠，至今有60年實(shí)測(cè)資料。另外，1991年在汾河水庫庫尾設(shè)立的河岔水文站[2]，控制流域面積比靜樂水文站流域面積大15%，經(jīng)對(duì)1995及1996年洪水檢查，河岔水文站洪量反較靜樂水文站小17%～42%，洪峰小27%～57%，尤以1996年為甚，資料可靠性亦較差。

上世紀(jì)90年代末分析整理的洪水系列采用1951～1996年，主要根據(jù)靜樂及上靜游兩水文站資料按面積的方次關(guān)系求得的，本次利用靜樂、下靜游兩水文站的同步資料，檢查了過去采用的面積指數(shù)，結(jié)果一致，洪峰、洪量與面積關(guān)系指數(shù)分別為0.5及0.7。故認(rèn)為原系列采用合理。

（2）系列延長

汾河水庫原采用洪水系列資料截止到1996年[2]，按照同樣的方法和面積比指數(shù)延長洪水系列至2010年，系列資料長度由46年延長至60年，使頻率計(jì)算成果更趨合理。1951-1996年系列中，最大洪峰流量為1967年的2667m3/s，最小洪峰流量為1965年的69m3/s，均值為820m3/s；1997-2010年間，最大洪峰流量為2003年的1550m3/s，最小為2009年的49m3/s，均值為332m3/s；系列延長后均值為706m3/s，均值減小114m3/s。見表1。

表1 汾河水庫洪水系列特征表

（3）歷史洪水及重現(xiàn)期的確定

1983年10月原山西省水文總站整編成果《山西省河段洪水調(diào)查成果》，匯集了建國后全省各部門在全省各地所調(diào)查的歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)。整編成果中對(duì)該次洪水調(diào)查成果做了詳細(xì)復(fù)核及定量，研究充分，定量較準(zhǔn)，所以本次直接采用該成果，不再贅述。

“治汾可研”中對(duì)汾河水庫～蘭村的歷史洪水進(jìn)行過較詳細(xì)分析，本次直接采用其分析成果，即1892年洪水為第一位大水，歷史洪水的重現(xiàn)期120年，歷史洪水成果見表2。

表2 歷史洪水洪峰、洪量成果表 單位：m3/s、萬m3

（4）洪水頻率分析計(jì)算

因汾河水庫泄洪設(shè)施較大，過去調(diào)洪計(jì)算都不涉及5日洪水，故未做5日洪水的校核計(jì)算。根據(jù)汾河水庫1951～2010年共60年洪水系列，加入1892年歷史調(diào)查洪水，進(jìn)行頻率分析計(jì)算。先由概率權(quán)重矩法初估均值及Cv、Cs值，然后采用P—Ⅲ型[3]適線，調(diào)整參數(shù)，盡可能擬合全部點(diǎn)據(jù)，重點(diǎn)照顧中上部點(diǎn)據(jù)，適當(dāng)考慮歷史洪水重現(xiàn)期的差異。

本次頻率分析成果見表3。

（5）成果的合理性分析

將本次計(jì)算的洪水成果與歷次設(shè)計(jì)成果進(jìn)行比較，見表3。

表3 汾河水庫歷次設(shè)計(jì)洪水對(duì)照表 單位：m3/s、萬m3

4 結(jié)論

從表3中可以看出，因面積比指數(shù)相同，本次計(jì)算成果與“下靜游可研”和“治汾可研”的成果比較接近，但比這兩次成果小。原因有兩點(diǎn)：一、所延長的1997～2010年系列屬枯水期；二、1892年洪水重現(xiàn)期增長。所以本次計(jì)算洪峰均值較后兩者減小12.8%；洪峰Cv值從1.05增加到1.1；從資料系列、計(jì)算方法及計(jì)算結(jié)果看本次計(jì)算較以往更趨于合理?？傮w上看，隨著系列的增加，洪水分析成果呈減小的趨勢(shì)。本次成果比1982年成果小很多，原因主要是面積比指數(shù)較小，鑒于1982年分析成果是經(jīng)水利電力部水利水電規(guī)劃總院審批，目前仍在執(zhí)行的成果，對(duì)調(diào)洪計(jì)算起主要作用的3日洪量偏大較少，是屬偏安全，但不致于過分保守，故建議對(duì)汾河水庫安全問題的研究仍暫采用該成果。

[1]李英明，潘俊峰.山西河流[m].北京：科學(xué)出版社.2004.

[2]山西省水利廳.山西省水文計(jì)算手冊(cè)選用站水文下墊面產(chǎn)流地類圖冊(cè)[Z].鄭州：黃河水利出版社.2011：146-148.

[3]詹道江，葉守澤.工程水文學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社.2000：192-198.