小安門水庫設計洪水方法分析

馮 鍵

(岱岳區(qū)小安門水庫管理所， 山東 泰安 271034)

小安門水庫設計洪水方法分析

馮 鍵

(岱岳區(qū)小安門水庫管理所， 山東 泰安 271034)

小安門水庫防洪任務比較重，對維護當?shù)貒窠?jīng)濟的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，保護國家和人民生命財產(chǎn)的安全具有重要的作用。本文根據(jù)暴雨洪水特性、暴雨資料推求了小安門水庫設計洪水成果。

水庫； 防洪； 設計； 分析

1 概 況

小安門水庫位于山東省泰安市岱岳區(qū)祝陽鎮(zhèn)金井村北，在大汶河二級支流徐汶河上游。流域內(nèi)較大支流3條，壩址以上最大干流長9km，平均比降0.015。水庫上游系泰沂山區(qū)，壩址以上流域面積呈闊葉狀分布，四周群山環(huán)抱，山高坡陡，中間有小塊丘陵薄地，均是花崗片麻巖，系第四紀覆蓋層，植被較差，水土流失嚴重。

水庫上游流域內(nèi)現(xiàn)有小(1)型水庫1座，小(2)型水庫7座，控制流域面積36.3km2，總庫容1964萬m3，興利庫容1380萬m3。水庫下游距泰安市區(qū)30km，距新泰鐵路12km，泰萊高速公路11.5km，泰萊公路橋11km，泰口公路橋5km，保護下游15個行政村,面積10.73km2(其中糧田面積1.1萬畝)，人口1.1萬。水庫防洪任務比較重，對維護當?shù)貒窠?jīng)濟的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，保護國家和人民生命財產(chǎn)的安全具有重要的作用。

2 暴雨洪水特性

小安門水庫所在的大汶河流域屬暖溫帶大陸性半干旱、半濕潤季風區(qū)，雨熱同期，四季界限分明，溫差變化較大。流域內(nèi)多年平均最大風速14.6m/s，主要風向為東北風向，多年平均氣溫為12.7℃，最大凍土深46cm。

暴雨是造成本流域洪水的主要原因。形成流域內(nèi)暴雨的天氣系統(tǒng)，主要有黃淮氣旋、臺風、南北切變、冷鋒等。區(qū)內(nèi)長歷時降水多由維系時間較長的切變線或低壓氣旋連續(xù)發(fā)生所造成，受臺風天氣系統(tǒng)影響，有時亦可造成較大暴雨，但維持時間一般較短。流域內(nèi)暴雨多發(fā)生在7—9月，其季節(jié)特征十分明顯。

小安門水庫流域內(nèi)未設雨量站，采用流域周邊常年觀測雨量站范鎮(zhèn)、祝陽鎮(zhèn)2站雨量資料分析小安門水庫流域降雨特性。根據(jù)范鎮(zhèn)、祝陽鎮(zhèn)雨量站1963—2005年實測雨量資料分析，小安門水庫多年平均降水量701.3mm。降水主要集中在汛期6—9月，其中7—8月降水量尤為集中。多年平均汛期(6—9月)降水量532.8mm，占多年平均降水量的76.0%。該地區(qū)降水量年際之間變化較大，降水量最大的年份為1964年，年降水量1362.2mm，降水量最小的年份為1989年，年降水量285.2mm，豐枯比為4.8。根據(jù)小安門水庫地區(qū)綜合暴雨成果統(tǒng)計，多年平均最大24h雨量為109.1mm。

小安門水庫所在徐汶河屬雨源型山溪河流，河道流量與降雨變化規(guī)律一致，且年際、年內(nèi)變化更為劇烈，季節(jié)性變化非常明顯。暴雨洪水集中于汛期，枯季流量小甚至干枯。水庫流域地處山丘區(qū)，地形坡度大，源短流急，洪水過程陡漲陡落，行洪過程較短，一般在24h以內(nèi)。

3 由暴雨資料計算設計洪水

3.1 雨量資料

小安門水庫流域未設雨量站，水庫鄰近有范鎮(zhèn)、黃前水庫、祝陽鎮(zhèn)、下港等雨量站，除下港站部分年份為汛期觀測站外，其他3站均為常年觀測站。其中范鎮(zhèn)站設立于1952年7月，具有1963—2005年41年連續(xù)觀測資料；黃前水庫站設立于1962年6月，具有1963—2005年41年連續(xù)觀測資料；祝陽鎮(zhèn)站設立于1951年4月，具有1962—2005年42年連續(xù)觀測資料；下港站設立于1952年7月，具有1960—2005年44年連續(xù)觀測資料。各雨量站的觀測雨量系列長度均在30年以上，滿足現(xiàn)行設計洪水計算規(guī)范的要求。

3.2 設計面雨量計算

由地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法推求設計面雨量。由地區(qū)綜合頻率曲線法分析計算水庫設計雨量時，采用與本流域相近，同在大汶河流域暴雨洪水一致區(qū)的范鎮(zhèn)、黃前水庫、下港、祝陽鎮(zhèn)等4個雨量站資料，這4個雨量站位置與小安門水庫相鄰，分別具有1963—2005年、1963—2005年、1962—2005年、1960—2005年連續(xù)實測雨量資料。

經(jīng)分析，范鎮(zhèn)、黃前水庫、祝陽鎮(zhèn)、下港等4個雨量站年最大24h點雨量均值分別為105.8mm、113.1mm、102.4mm、115.2mm。分別對各站最大24h點雨量進行頻率分析，按照理論頻率曲線與經(jīng)驗點據(jù)擬合較好的原則，各站適線Cv值分別為0.57、0.45、0.58、0.54。四站相比，范鎮(zhèn)、祝陽鎮(zhèn)兩站適線Cv值較大，根據(jù)規(guī)范要求及出于安全考慮，綜合定線時，Cv取0.57，均值采用四站均值并略作調(diào)整，即110.5mm。

各雨量站年最大72h點雨量均值分別為131.7mm、136.6mm、125.5mm、135.4mm。分別對各站最大72h點雨量進行頻率分析，按照理論頻率曲線與經(jīng)驗點據(jù)擬合較好的原則，各站適線Cv分別為0.54、0.50、0.47、0.53。四站相比，范鎮(zhèn)、下港兩站適線Cv值較大，根據(jù)規(guī)范要求及出于安全考慮，綜合定線時，Cv取0.53，均值采用四站均值并略作調(diào)整，即133.5mm。

求得水庫不同頻率設計點雨量后，經(jīng)點面折減換算得到不同頻率設計面雨量。小安門水庫流域面積36.3km2，最大24h、72h雨量點面折減系數(shù)分別為0.977、0.987。

3.3 由暴雨等值線圖查算面雨量

根據(jù)山東省水文水資源勘測局提供的小安門水庫多年平均年最大24h、最大3日暴雨及相應的暴雨變差系數(shù)分析成果(2000年編制)，小安門水庫流域形心處年最大24h、3 日點雨量均值分別為112mm、132mm，相應Cv為0.57、0.53。Cs=3.5Cv。據(jù)皮爾遜 Ⅲ 型曲線模比系數(shù)KP值表，查得不同設計頻率的KP值，從而求得各相應頻率的最大24h、3日設計點暴雨量，點面換算得相應頻率的最大 24h、3日設計面雨量。小安門水庫不同方法設計面雨量成果見表1。

表1 小安門水庫不同方法設計面雨量成果

經(jīng)綜合分析認為，地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法分析計算成果的合理性、代表性較好，小安門水庫設計面雨量選用地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法分析計算的成果。

3.4 設計雨型及設計凈雨計算

為了水庫的防洪安全，小安門水庫30年一遇設計雨型采用1994年6月29日典型雨型，最大6h雨量占24h雨量的92%。其他不同頻率面雨量所對應的暴雨量級的設計雨型根據(jù)暴雨規(guī)律作適當調(diào)整。不同頻率最大24h設計面雨量的時程分配，根據(jù)設計值的大小，選取不同的時程分配，雨期采用3天，第1天面雨量為0.35×(H72-H24)，第2天面雨量為0.65×(H72-H24)，第三天面雨量為H24。

凈雨計算采用降雨徑流相關圖法。采用《山東省水文圖集》中泰沂山南區(qū)P+Pa～R降雨徑流關系1號線推算水庫設計凈雨，設計前期影響雨量Pa取值 40mm。小安門水庫不同頻率設計凈雨量成果見表2。

表2 小安門水庫不同頻率設計凈雨量成果

3.5 設計洪水過程線推求

采用山東省綜合瞬時單位線法推算小安門水庫不同頻率設計洪水，見表3。

表3 小安門水庫設計洪水成果

3.6 設計洪水成果的合理性分析及選定

小安門水庫流域沒有實測雨量資料，由暴雨資料推算設計洪水時，對流域設計面雨量的分析計算，采用了兩種方法：地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法和山東省暴雨等值線圖法。

地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法，選用水庫流域附近系列相對較長、與本流域相近、同在大汶河流域暴雨洪水一致區(qū)的范鎮(zhèn)、黃前水庫、下港、祝陽鎮(zhèn)等4個雨量站的雨量資料，系列的長度、雨量的豐枯代表程度、大暴雨的場次、量級均較好，為頻率曲線的適線提供了更可靠的點據(jù)。設計暴雨成果比較合理、可靠，同時也符合規(guī)范要求。

山東省暴雨等值線圖法采用分區(qū)綜合分析法，參照自然地理情況、暴雨特性和地形走向綜合定線繪制而成，所有測站統(tǒng)計資料截至2000年。

綜上所述，地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法因其依據(jù)的基礎資料較為可靠、全面，分析計算的面雨量成果合理性、安全性、代表性較好，由此推求的設計洪水成果更合理。

在小安門水庫設計雨型分析中，根據(jù)《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》(SL 44—2006)，設計暴雨的時程分配雨型采用典型雨型。1994年6月29日最大24h雨量為265.8mm，比較接近小安門水庫30年一遇設計面雨量。小安門水庫30年一遇設計雨型采用1994年6月29日典型雨型是合理的，其他不同頻率面雨量所對應的暴雨量級的設計雨型根據(jù)暴雨規(guī)律作適當調(diào)整。

凈雨計算采用《山東省水文圖集》中泰沂山南區(qū)P+Pa～R降雨徑流關系1號線推算水庫設計凈雨。因本流域處于泰沂山南區(qū)域，為小流域山區(qū)，山高坡陡，匯流迅速集中，徑流系數(shù)大，采用山東省降雨徑流關系1號線推算水庫設計凈雨是合理的。

小安門水庫壩址處無實測洪水資料，建庫后也無詳細可靠的水庫水文觀測記錄，無法根據(jù)實測雨洪資料分析其單位線，故采用山東省綜合瞬時單位線法推算小安門水庫不同頻率設計洪水過程。

綜上所述，由暴雨資料推求小安門水庫設計洪水過程中，采用基礎資料可靠，方法合理，各步驟符合設計洪水規(guī)范要求，成果可靠性比較高。

4 結 語

根據(jù)小安門水庫設計洪水成果，按洪水調(diào)節(jié)計算原理及方法進行調(diào)算。調(diào)算結果表明，水庫20年一遇防洪高洪水位為186.40m，最大泄流量為105.0m3/s；設計標準(100年一遇)洪水情況下，水庫最高水位為186.40m，最大下泄流量為558.9m3/s，相應庫容為1847萬m3；校核標準(1000年一遇)洪水情況下，水庫最高洪水位為186.79m，最大下泄流量為615.2m3/s，相應庫容為1964萬m3。

Analysis on designed flood method in Xiao’anmen Reservoir

FENG Jian

(DaiyueXiao’anmenReservoirManagementOffice,Tai’an271034,China)

Xiao’anmen Reservoir has major task of reservoir flood control. It has an important role to maintain stable and sustainable development of local national economy, and protect the safety of the country and people’s life and property. In the paper, designed flood results in Xiao’anmen Reservoir are deduced according to heavy rain storm flood characteristics and rain storm data.

reservoir; flood control; design; analysis

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.03.021

TV873

A

2096-0131(2017)03- 0071- 03