受上游水庫影響的洪水系列還原分析
——以渾江下游沙尖子站為例

劉力（遼寧省丹東市水利勘測設計研究院，118000，丹東）

受上游水庫影響的洪水系列還原分析
——以渾江下游沙尖子站為例

劉力
（遼寧省丹東市水利勘測設計研究院，118000，丹東）

洪水系列還原計算是設計洪水分析計算中的一項重要工作，特別在國內主要河流水利工程眾多的背景下，洪水系列還原計算工作直接影響到洪水成果的準確性和工程防洪的安全性。以渾江下游沙尖子站為例，通過對上游桓仁水庫等工程的分布及洪水調節(jié)特性分析，提出受上游水庫影響后的洪水系列還原計算思路及方法，對受上游水庫影響的洪水設計工作具有借鑒意義。

設計洪水；還原計算；洪水演進；渾江

洪水系列還原分析是設計洪水分析計算的重要工作之一，根據現行的設計洪水計算規(guī)范，洪水系列受上游已建的大、中型蓄水、引水、提水工程影響時，應予以還原。目前，國內主要河流均建有眾多的梯級水庫工程，對河道洪水情勢產生了一定影響，特別是修建具有防洪任務的大型水庫后，通過水庫的蓄泄調控，極大地改變了下游河道的天然洪水特性。

為滿足水利工程設計洪水計算的需要，保持洪水系列的一致性，需將建庫后的實測洪水還原到天然狀況。本次以渾江下游控制站沙尖子水文站為例，分析說明受上游水庫調蓄影響情況下的洪水系列還原計算方法，并通過對比分析說明洪水還原分析在工程設計中的重要性。

一、流域工程概況

渾江干流現建有桓仁、回龍山、太平哨、雙嶺、金哨5座大中型梯級水電站工程，各工程主要任務為發(fā)電，除桓仁水電站承擔下游防洪任務外，其他均無防洪任務。

1.桓仁水電站

桓仁水電站位于梯級水電站的最上游，壩址集水面積為10 364 km2，占渾江流域總面積的67.2%?；溉仕娬居?958年施工，1967年7月開始蓄水，1972年7月竣工，電站以發(fā)電為主，同時兼具下游桓仁縣的防洪以及灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用功能。

桓仁水庫為年調節(jié)水庫，死水位290.0 m，相應死庫容13.8億m3；正常蓄水位300.0 m，相應庫容22.0億m3，水庫調節(jié)庫容8.2億m3?；溉仕畮煅聪匏坏扔谡Ｐ钏唬値烊?4.6億m3，調洪庫容12.6億m3。

桓仁水庫承擔下游桓仁縣的防洪任務，當入庫洪水小于或等于50年一遇時，控制桓仁鎮(zhèn)流量不大于9 000 m3/s，使下游桓仁鎮(zhèn)的防洪標準達到50年一遇。同時，桓仁水庫還承擔下游回龍山水庫的防洪任務，使回龍山的設計、校核洪水標準由原來的50年一遇、200年一遇分別提高到100年一遇和500年一遇。

2.回龍山水電站

回龍山壩址位于桓仁壩址以下約44 km處，集水面積12 433 km2，于1977年竣工。

回龍山水庫為日調節(jié)水庫，水庫大壩按50年一遇洪水設計、200年一遇洪水校核，但通過與桓仁水庫聯(lián)合調度，設計洪水標準可達到100年一遇，校核洪水標準可達到500年一遇?；佚埳剿畮煺Ｐ钏?21 m，死水位219 m，設計洪水位221.7 m，校核洪水位223.8 m，總庫容1.23億m3，其中發(fā)電庫容0.18億m3，死庫容0.71億m3。

3.太平哨、雙嶺、金哨水電站

回龍山水電站建成后，渾江下游又陸續(xù)興建了太平哨、雙嶺、金哨等梯級水電站，均以發(fā)電為主，水庫調節(jié)性能為日調節(jié)，洪水期滯、蓄洪作用較小。

二、沙尖子水文站概況

沙尖子水文站位于渾江下游桓仁縣的沙尖子鄉(xiāng)境內，水文站集水面積14 813 km2，控制渾江流域96.1%的面積。沙尖子站于1941年設立為水位站，1950年之前觀測資料較少，1951年之后有連續(xù)的水位觀測資料，1953年設立為水文站之后有連續(xù)的流量觀測資料。1967年7月桓仁水庫建成蓄水后，對沙尖子站的洪水產生較大影響。沙尖子站基本資料情況見表1。

三、流域洪水特性

渾江流域洪水多由暴雨造成，洪水與暴雨相應，發(fā)生在6—9月，全年最大洪水多發(fā)生在7—8月，尤以8月最多。

渾江屬山區(qū)性河流，集水面積15 414 km2，為中等流域，土壤被覆薄，地形起伏大，河道坡降陡，河槽調蓄作用小，故急驟強烈的暴雨易形成陡漲陡落的洪水。由于一次天氣過程造成的暴雨歷時較短，而且主要集中在1天時間內，致使較大洪水多呈單峰型。一次洪水歷時7天左右，漲洪歷時較短，從起漲到峰頂一般1天左右，洪峰滯時約為6小時，退水歷時較長，一般6天左右。一次洪水總量多數集中于3天時間內。

表1 沙尖子水文站基本情況

表2 沙尖子站歷史洪水成果

四、歷史洪水及重現期的確定

渾江流域歷史上發(fā)生的大水年份主要有1888年、1923年、1935年、1960年等，在既往開展的渾江流域洪水調查工作中，對沙尖子站歷史洪水進行了分析定量，沙尖子站歷史洪水成果見表2。

歷次洪水重現期參考歷史洪水考證情況，將1888年洪水作為1755年以來第一位，將1960、1935、1923年洪水作為1888年以來的第二、三、四位。

五、還原計算方法及成果

1.需要考慮的主要工程

渾江干流沙尖子站實測洪水受上游已建水庫工程的調蓄影響，沙尖子站以上現建有桓仁、回龍山、太平哨、雙嶺、金哨等水庫，其中以桓仁水庫庫容最大，由于其承擔下游防洪任務，大水期需根據下游防洪需要進行削峰、錯峰等控泄措施，對天然洪水影響較大，因此在還原分析時需重點考慮。

桓仁以下的回龍山、太平哨、雙嶺、金哨等水庫，均為日調節(jié)水庫，調節(jié)庫容及調洪庫容均較小，基本不具備蓄滯洪水的能力，根據水庫調度規(guī)則及歷年實測資料分析，洪水期出、入庫流量差異不大，說明其對天然洪水的調蓄影響很小，本次僅選取了建庫時間較早且運行資料較完整的回龍山水庫進行還原計算。

2.還原計算方法

（1）各分區(qū)洪水過程還原計算

包括桓仁壩址、桓仁壩址—回龍山壩址區(qū)間和回龍山壩址—沙尖子站區(qū)間共計3個分區(qū)。

桓仁壩址洪水：桓仁水庫建庫后，僅有水庫實測出庫、入庫流量資料，由于桓仁水庫庫區(qū)較長，庫容較大，其壩址洪水和入庫洪水存在較大差異，因此需進行還原計算。采用洪水演進計算方法，將桓仁水庫實測入庫洪水過程演進到桓仁壩址，即得到桓仁壩址天然洪水過程。

桓仁壩址—回龍山壩址區(qū)間洪水：將桓仁水庫實測出庫洪水過程演進至回龍山壩址，與回龍山水庫實測入庫洪水過程相減，即得到桓仁壩址—回龍山壩址區(qū)間天然洪水過程。

回龍山壩址—沙尖子站區(qū)間洪水：將回龍山水庫出庫洪水過程演進到沙尖子站，與沙尖子站實測洪水過程相減，即得到回龍山壩址—沙尖子站區(qū)間洪水過程。

（2）沙尖子站洪水過程還原計算

將桓仁壩址、桓仁壩址—回龍山壩址區(qū)間洪水過程分別演進到沙尖子水文站，并與回龍山壩址—沙尖子站區(qū)間洪水過程相加，即得到沙尖子站天然洪水過程。

（3）洪水演進計算方法

沙尖子站的洪水還原涉及多個河段的洪水演進計算，本次借鑒以往工程設計情況，采用馬斯京根法進行洪水演進計算。馬斯京根法是一種基于槽蓄方程和水量平衡方程的河道流量演算法，在洪水分析計算工作應用非常廣泛，其演算公式如下：

Q2=C0I2+C1I1+C2Q1（1）式中，I1、I2分別為上游斷面時段初和時段末進入河段的流量過程，Q1、Q分別為下游斷面時段初和時段末流出河段的流量過程，C0、C1、C2為演算公式的系數。

3.還原計算成果

按前述方法，對桓仁等水庫建庫后的洪水系列進行了還原計算，得到沙尖子站1967—2012年天然洪水系列。將沙尖子站還原后的逐年洪峰流量成果與實測洪峰流量成果進行比較，見圖1。

可見，桓仁等水庫建庫后，對沙尖子站的天然洪水產生了明顯的影響。對比沙尖子站實測和還原后的洪峰流量成果可知：沙尖子站實測多年平均洪峰流量較天然情況減少19.8%，上游水庫多年平均削減峰值857 m3/s；3 000 m3/s以下量級洪水的峰值削減比例最為明顯，達30.0%，主要原因為常遇洪水的水量多被攔蓄到水庫之中用于發(fā)電；3 000～6 000 m3/s量級洪水的峰值削減比例也較大，為25.4%；6 000 m3/s以上量級洪水的峰值削減比例較小，約為11.8%主要為發(fā)生大洪水時，水庫考慮自身防洪安全，加大了泄洪流量。

同時，上游水庫對沙尖子站洪水的影響程度也存在較大的不確定性以1977年和1995年為例，沙尖子站還原后的洪峰流量均為13 000 m3/s而實測洪峰流量分別為12 000 m3/s和10 800 m3/s，洪峰削減值分別為1 00 m3/s和2 200 m3/s，兩者存在較大差異，主要原因為洪水前期水庫的實際運行水位差異較大，以及桓仁水庫各年的上、下游來水情況也都不相同。

六、設計洪水成果對比分析

采用還原與實測兩套洪水系列，計算沙尖子站設計洪水成果進行對比分析，洪峰流量采用1936—2012年計77年系列，計入1888年、1960年、1935年和1923年歷史洪水組成不連續(xù)系列計算，其中1888年作為1755年以來的第一位處理；1960年、1935年和1923年分別作為1888年以來的第二、三、四位處理，參數用矩法初估并進行均值、Cv優(yōu)選，Cs/Cv按地區(qū)規(guī)律取2.5，最后根據適線確定采用的Cv值。成果比較見表3。

由表3可見，采用實測系列所計算的沙尖子站設計洪峰成果明顯偏小，其洪峰均值偏小11.0%，100年一遇設計值偏小4.9%，50年一遇設計值偏小5.1%，20年一遇設計值偏小6.7%，10年一遇設計值偏小8.4%。說明上游水庫的調蓄作用對沙尖子站的洪水影響明顯，為保證洪水系列的一致性以及設計洪水成果安全、合理，應采用還原后洪水系列計算成果。

表3 沙尖子站設計洪水成果比較

七、結 語

桓仁等水庫的興建及調度運行，極大地改變了渾江下游洪水的天然特性，如直接采用實測資料進行洪水計算，將致使沙尖子站設計洪水成果明顯偏小，可能導致工程實際防洪能力不達標，造成設計質量事故，危及工程的防洪安全，因此，洪水系列還原分析計算工作是非常重要和必要的。

在具體工作中，由于國內主要河流修建水庫眾多，且資料情況復雜多樣，難以逐一進行還原計算，因此應注重基礎資料的收集，結合各類工程的特點及調度情況多做分析，抓住重點，制定必要和切實可行的洪水還原計算方案，為工程設計提供合理可靠的依據。

[1]李桃英，熊炳煊.淺析三門峽水庫的修建與運行對渭河下游洪水的影響[C]//西北五省（區(qū)）水電學會聯(lián)系網第20次會議論文集.2005.

[2]彭習淵，孟曉亮.建庫后水庫設計洪水復核方法探討[C]//中國水利學會2003學術年會論文集.2003.

[3]水利水電工程水文計算規(guī)范（SL 278—2002）[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

[4]水利水電工程設計洪水計算規(guī)范（SL 44—2006）[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

責任編輯 田靈燕

Regression analysis of flood series under impact of upstream reservoir——case study of Shajianzi Station in downstream of Hunjiang River

//Liu Li

Regression analysis of flood series is crucial for design and calculation.It directly relates to the accuracy of flood forecasting and safety in flood control,since China builds a great number of water structures on major rivers. Shajianzi Station in downstream of Hunjiang River was selected for analyzing features of flood regulation with existence of reservoir in the upstream.Approaches and methods are proposed for regression analysis of flood series under the impact of upstream reservoir.

design flood;regression calculation;flood routing;Hunjiang River

TV87

B

1000-1123（2016）17-0034-03

2016-08-18

劉力，工程師。