莽山水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算研究

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院長(zhǎng)沙市410007）

莽山水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算研究

王淑云 鐘向偉

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院長(zhǎng)沙市410007）

小流域地區(qū)設(shè)計(jì)洪水在工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛，計(jì)算方法很多。文章總結(jié)了國(guó)內(nèi)外小流域地區(qū)設(shè)計(jì)洪水的研究現(xiàn)狀，并以莽山水庫(kù)為例，采用多種方法推求壩址設(shè)計(jì)洪水成果，經(jīng)合理性分析后認(rèn)為該成果基本是合理可靠的，為無(wú)資料地區(qū)小流域設(shè)計(jì)洪水的推求提供了一個(gè)可行的操作思路。

無(wú)資料小流域地區(qū)設(shè)計(jì)洪水莽山水庫(kù)

1 概述

無(wú)資料地區(qū)小流域設(shè)計(jì)洪水的推求一直是中、小型水利工程設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。小流域概念國(guó)內(nèi)外沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的定義，通常其設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨能代表設(shè)計(jì)面暴雨，一般地指流域面積在100 km2以上、1 000 km2以下的流域，自然地理?xiàng)l件較為單一，絕大多數(shù)小流域沒(méi)有水文站，缺乏實(shí)測(cè)徑流資料[1]。國(guó)內(nèi)外無(wú)資料小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算一般采用水文比擬法、推理公式法或單位線法，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系[2]。

20世紀(jì)60年代全國(guó)各省、市、自治區(qū)開(kāi)展了大規(guī)模的水文調(diào)查和研究工作，各省制定了相應(yīng)的《水文圖集》、《水文手冊(cè)》和《暴雨洪水查算手冊(cè)》等，為小流域地區(qū)進(jìn)行簡(jiǎn)單的水文計(jì)算和預(yù)報(bào)提供了極大方便[3]。1984年水利電力部頒布了《暴雨徑流查算圖表》，系統(tǒng)地總結(jié)了我國(guó)多年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，在資料短缺的中小流域水利建設(shè)的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中發(fā)揮了積極的作用。1997年以來(lái)在水利部水文司的組織下，進(jìn)行了全國(guó)設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)等值線的修編工作，使80年代編制的暴雨洪水圖集參數(shù)等值線資料延長(zhǎng)了20年，采用的資料站點(diǎn)也更加豐富，該圖集目前廣泛應(yīng)用于各省的小流域洪水計(jì)算中。2000年以后，各省對(duì)相應(yīng)的《暴雨洪水查算手冊(cè)》進(jìn)行了修編，延長(zhǎng)了資料系列，對(duì)暴雨等值線圖和匯流參數(shù)等進(jìn)行了修編，并采用了地理信息系統(tǒng)及其空間分析處理技術(shù)，分析成果更加合理。

2 應(yīng)用實(shí)例

莽山水庫(kù)位于湖南省宜章縣，珠江流域北江二級(jí)支流長(zhǎng)樂(lè)市上游，壩址控制流域面積為230 km2，干流長(zhǎng)36.7 km，干流平均坡降21.9‰。莽山水庫(kù)壩址上、下游流域內(nèi)無(wú)水文測(cè)站，僅有韭菜嶺、莽山兩個(gè)雨量站。其中韭菜嶺雨量站1959年設(shè)立，1959～1971年觀測(cè)逐旬降水量，1972年起人工觀測(cè)時(shí)段雨量，1985年撤銷(xiāo)。莽山雨量站1963年設(shè)立，人工觀測(cè)時(shí)段雨量，1975年改為自記雨量站。

由于莽山水庫(kù)位于珠江流域北江二級(jí)支流長(zhǎng)樂(lè)水的上游，根據(jù)流域所處位置，結(jié)合湖南、廣東兩省“暴雨洪水查算手冊(cè)”中推薦方法，利用湖南省“暴雨洪水查算手冊(cè)”中推理公式及單位線法，廣東省“暴雨洪水查算手冊(cè)”中單位線法推求壩址設(shè)計(jì)洪水。

2.1 設(shè)計(jì)暴雨

由于韭菜嶺、莽山站二站連線中點(diǎn)位于莽山水庫(kù)壩址流域中心點(diǎn)附近，同時(shí)考慮韭菜嶺站資料系列不全沒(méi)有進(jìn)行頻率分析，本次利用1972～1984年韭菜嶺、莽山站實(shí)測(cè)年最大24 h降雨資料分析壩址流域中點(diǎn)最大24 h降雨，由1972～1984年韭菜嶺、莽山站同期資料求出流域中點(diǎn)最大24 h降雨與莽山站折算系數(shù)為1.038 4，由莽山站成果按X中點(diǎn)=1.038 4×X莽山站推求流域中心設(shè)計(jì)暴雨成果。

各時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨按《暴雨洪水手冊(cè)》公式計(jì)算推求，即：

表1 設(shè)計(jì)暴雨成果表

由《暴雨洪水手冊(cè)》查得點(diǎn)面折算系數(shù)，從而得到設(shè)計(jì)面暴雨。其中，n2、n3由《暴雨洪水手冊(cè)》附圖查得。

2.2 設(shè)計(jì)洪水

由于莽山水庫(kù)位于珠江流域北江二級(jí)支流長(zhǎng)樂(lè)水的上游，長(zhǎng)樂(lè)水無(wú)實(shí)測(cè)水文觀測(cè)資料，因此不能用水文比擬法計(jì)算。

根據(jù)流域所處位置，結(jié)合湖南、廣東兩省“暴雨洪水查算手冊(cè)”中推薦方法，利用湖南省“暴雨洪水查算手冊(cè)”中推理公式及單位線法，廣東省“暴雨洪水查算手冊(cè)”中綜合單位線法推求壩址設(shè)計(jì)洪水。

典型雨型：經(jīng)比較采用“湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)”中概化雨型成果（3區(qū)概化雨型）。

設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程：湖南省推理公式及單位線法采用初損徑流系數(shù)法，初損I0=32 mm，地面與總徑流比值系數(shù)φ=0.5～0.75。廣東省綜合單位線法采用初損后損法，不扣初損，平均后損率Fc=4.5 mm/h。

地表徑流計(jì)算：（1）推理公式法：Qm=0.278×F×式中：F為流域面積，Rt/ t為產(chǎn)流強(qiáng)度，自最大時(shí)段凈雨開(kāi)始，向前后相鄰時(shí)段連續(xù)累加得到Rt，除以相應(yīng)的歷時(shí)，得到Rt/t值。

式中

F——流域面積；

ρi——無(wú)因次單位線。以各時(shí)段凈雨分別乘以時(shí)段為1 h的單位線，即得相應(yīng)各時(shí)段凈雨的徑流過(guò)程，按單位線疊加原理，得到地表徑流過(guò)程。

地下徑流過(guò)程概化成三角形出流，其總量等于地下凈雨量，地下徑流的峰值出現(xiàn)在地面徑流停止的時(shí)刻，地下徑流過(guò)程的底長(zhǎng)為地面徑流底長(zhǎng)的兩倍。

設(shè)計(jì)洪水過(guò)程由地表徑流過(guò)程和地下徑流過(guò)程疊加得到。

3 合理性分析

經(jīng)對(duì)莽山壩址各種方法計(jì)算洪峰流量成果比較，以湖南推理公式計(jì)算成果最大，廣東單位線與湖南單位線成果接近。經(jīng)與莽山流域設(shè)計(jì)暴雨相近的鄰近毛俊水文站設(shè)計(jì)洪水成果比較，以湖南推理公式法較為合理。

表2 莽山水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果m3/s

莽山水庫(kù)所在長(zhǎng)樂(lè)水歷年調(diào)查洪水較少，僅20世紀(jì)70年代湖南省水文局在長(zhǎng)樂(lè)水上下游西嶺、石頭寨、水潮坪、明星橋等河段調(diào)查到洪水年份僅有1961年9月、1973年6月二次大洪水，且所調(diào)成果未刊印。在莽山壩址河段調(diào)查到1961、1973、2006年歷史洪水，根據(jù)調(diào)查者的指認(rèn)和描述分析，可以確定1961年以來(lái)以1973年洪水最大，1961年為第二，2006年為第三大，相應(yīng)重現(xiàn)期1973年約為50年一遇，2006年約為17年一遇。

表3 壩址河段洪水調(diào)查成果表

從調(diào)查1973年、2006年洪水與莽山壩址設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)比分析，所推50年一遇設(shè)計(jì)洪水成果與1973年洪水相近，20年一遇設(shè)計(jì)洪水成果與2006年洪水相近，可見(jiàn)壩址設(shè)計(jì)洪水與歷史洪水調(diào)查成果基本匹配，計(jì)算成果合理。

[1]劉萍.小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2008.

[2]楊家坦.無(wú)資料地區(qū)小流域設(shè)計(jì)徑流若干技術(shù)問(wèn)題[J].水利科技，1999，（2）：48－51.

[3]陳家琦，張恭肅.小流域暴雨洪水計(jì)算[M].北京：水利電力出版社，1985.

2016－11－02）

王淑云（1986－），女，江蘇靖江人，碩士研究生，主要從事水文水資源方面的研究工作，手機(jī)：18774988999，E－mail: shuyun1225@126.com。