任家窩堡水庫(kù)施工期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法探析

費(fèi)卓越

(遼寧省葫蘆島水文局， 遼寧 葫蘆島 125000)

任家窩堡水庫(kù)施工期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法探析

費(fèi)卓越

(遼寧省葫蘆島水文局， 遼寧 葫蘆島 125000)

任家窩堡水庫(kù)所在流域無(wú)水文觀測(cè)資料,本文根據(jù)遼寧省無(wú)資料地區(qū)等值線圖對(duì)任家窩堡水庫(kù)的設(shè)計(jì)年徑流、設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)面雨量、設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線及施工期設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行推求，為設(shè)計(jì)部門(mén)提供了準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

年徑流； 洪峰流量； 洪水過(guò)程； 施工期

1 流域概況

任家窩堡水庫(kù)位于遼寧省沈陽(yáng)市法庫(kù)縣慈恩寺鄉(xiāng)任家窩堡村，坐落在遼河水系拉馬河上，流域重心為北緯123°18′，東經(jīng)42°29′。任家窩堡水庫(kù)壩址以上控制面積為9.5km2，壩址上游河道長(zhǎng)6.35km，總平均坡度9.06‰。

水庫(kù)始建于1968年，1969年攔洪蓄水，1972年完成溢洪道工程，是一座以防洪為主，兼有養(yǎng)魚(yú)等綜合利用的小(2)型水庫(kù)。水庫(kù)原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年設(shè)計(jì)、百年校核。該次設(shè)計(jì)采用2007年任家窩堡水庫(kù)安全鑒定報(bào)告，確定設(shè)計(jì)洪水位標(biāo)準(zhǔn)為10年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年。

任家窩堡水庫(kù)處于溫帶亞溫潤(rùn)區(qū)，屬大陸性氣候。該地區(qū)多年平均降雨量606.2mm，降水量年內(nèi)分配不均，6—9月降水量占全年的70%～80%，7—8月占全年的50%左右，其余8個(gè)月僅為年降水量的20%～30%。多年平均蒸發(fā)量為1881.6mm；多年平均氣溫為7.0℃，極端最高氣溫為37.5℃，出現(xiàn)在8月，極端最低氣溫為-30.5℃，出現(xiàn)在1月，多年平均日照時(shí)數(shù)2737.7h。最大凍土深度1.4m，多年平均最大風(fēng)速17.1m/s，最大風(fēng)速25.00m/s，風(fēng)向?yàn)镾SW。

2 設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算

查《遼寧省水資源》，流域重心為東經(jīng)123°18′，北緯42°29′。

查讀遼寧省無(wú)資料地區(qū)等值線圖，各參數(shù)如下：流域多年平均降雨量630mm，多年平均年水面蒸發(fā)量(20cm口徑)1631mm，多年平均徑流深70mm，多年平均懸移質(zhì)輸沙模數(shù)200t/km2，多年平均年降水量變差系數(shù)：Cv=0.252，Cs=2Cv；年徑流變差系數(shù)：Cv=0.79，Cs=2Cv；多年平均來(lái)水量推求：

W=0.1×F×Y

式中F——壩址以上集水面積，9.5km2;

Y——多年平均年徑流深,70mm。

多年平均來(lái)水量：W=0.1×9.5×70=66.5萬(wàn)m3。

各種保證率下的年來(lái)水量見(jiàn)表1。

表1 各種保證率下的年來(lái)水量

3 設(shè)計(jì)洪水

任家窩堡水庫(kù)無(wú)實(shí)測(cè)洪水資料，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算參照1998年遼寧省水文水資源勘測(cè)局編制的《遼寧省中小河流(無(wú)資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》中集水面積小于300km2的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法。

a.匯流歷時(shí)計(jì)算：

式中τ——匯流時(shí)間，h;

L——壩址以上的河流長(zhǎng)度，km;

J——河道平均坡度，‰。

b.設(shè)計(jì)面雨量及面暴雨強(qiáng)度計(jì)算：

面雨量：

面暴雨強(qiáng)度：

iP=PτP面/τ

式中KF——點(diǎn)面折減系數(shù)；

Pτp面——τ歷時(shí)設(shè)計(jì)面雨量，mm；

n2p,n1p——短歷時(shí)暴雨指數(shù)。

查遼寧省無(wú)資料地區(qū)水文分區(qū)圖得：3d、24h、6h、1h的點(diǎn)面折減系數(shù)為0.998、0.995、0.992、0.986。

設(shè)計(jì)面雨量及面暴雨強(qiáng)度計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)面雨量及面暴雨強(qiáng)度計(jì)算

c.設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算：

QP=0.278φPiPF

式中QP——設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s;

φP——設(shè)計(jì)洪峰徑流系數(shù)；

iP——相當(dāng)于匯流時(shí)間τ的設(shè)計(jì)面暴雨強(qiáng)度，mm/h;

F——集水面積，km2。

設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算見(jiàn)表3。

表3 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

d.設(shè)計(jì)洪量計(jì)算：

其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 設(shè)計(jì)洪量計(jì)算表 單位：萬(wàn)m3

e.設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。該區(qū)屬于Ⅱ區(qū)，其形狀系數(shù)γp=W24p/(Qp×51×0.36)。經(jīng)計(jì)算γp>0.05,設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線采用前鋒為三角形，主峰為以γp作參數(shù)，總歷時(shí)72h的概化過(guò)程線。

?主峰洪水過(guò)程線。由相應(yīng)水文分區(qū)，γp值查γ-t-Qt/Qp表，將Qt/Qp值乘以Qp并加上基流即得主峰洪水過(guò)程線。

?前鋒洪水過(guò)程線。東部為漲水9h，落水12h的三角形。其中:

因W(三-24)p>2.16Q21，所以Q9=Qp′=W(三-24)p/3.78-4/7×Q21。

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—1994)，任家窩堡水庫(kù)屬于小(2)型水庫(kù)，工程等別為Ⅴ，永久性主要水工建筑物級(jí)別5級(jí)。因此，任家窩堡水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10年，校核標(biāo)準(zhǔn)20年，因此，計(jì)算P=5%和P=10%兩種情況。

?基流。Q0=0.05W三p/25.9,計(jì)算成果見(jiàn)表5。

表5 設(shè)計(jì)洪峰流量、洪量成果

洪水計(jì)算成果見(jiàn)表6。

表6 洪水計(jì)算成果

4 施工期設(shè)計(jì)洪水

水庫(kù)的多年平均徑流深為70mm, 年徑流變差系數(shù)：Cv=0.79，Cs=2Cv，多年平均來(lái)水量66.5萬(wàn)m3,查皮爾遜Ⅲ型曲線5年標(biāo)準(zhǔn)洪水的模比系數(shù)Kp=1.54,5年標(biāo)準(zhǔn)洪水為66.5×1.54=102.41萬(wàn)m3。

《遼寧省水資源》附表，溢洪道施工期(10—11月)天然徑流量占全年百分比0.035，102.41×0.035=3.58萬(wàn)m3,目前，水庫(kù)常年屬于滿庫(kù)運(yùn)行，施工期遭遇5年洪水時(shí)，對(duì)應(yīng)水位98.63m。

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)任家窩堡水庫(kù)及鄰近水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果，洪峰流量是隨面積的增加而加大，洪峰—面積關(guān)系較好，基本呈面積比的2/3次方關(guān)系，符合洪水地區(qū)綜合關(guān)系規(guī)律，也符合該地區(qū)的降水特性，表明任家窩堡水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果是合理的，任家窩堡水庫(kù)除險(xiǎn)加固采用該設(shè)計(jì)洪水成果。

[1] 李天元,郭生練,劉章君,等.梯級(jí)水庫(kù)下游設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法研究[J].水利學(xué)報(bào),2014(6).

[2] 李滿剛.城市小匯水區(qū)域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法應(yīng)用研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2012(2).

[3] 李滿剛.水文頻率計(jì)算方法的探討[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2012(5).

[4] 程建民,陳永娟.梨園河流域水文資料插補(bǔ)延長(zhǎng)方法研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2016(3).

[5] 馮國(guó)強(qiáng),臺(tái)會(huì)選.成縣水文站東河“8·12”暴雨洪水特性分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2015(7).

[6] 賀志崗.隨機(jī)模擬法在漢江中游設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中的應(yīng)用研究[D].南京：河海大學(xué),2005.

Discussion on design flood calculation method during the construction period of Renjiawobao Reservoir

FEI Zhuoyue

(LiaoningHuludaoHydrologyBureau,Huludao125000,China)

Renjiawobao Reservoir watershed does not have hydrological observation data.In the paper, designed annual runoff, designed peak flow, designed face rainfall, designed flood process line and designed flood during construction period of Renjiawobao Reservoir are calculated according to contour maps in the regions of Liaoning Province without data.Accurate scientific basis is provided for design departments.

annual flow; peak flow; flood process; construction period

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2017.05.010

TV122+.3

A

1005-4774(2017)05-0036-03