由暴雨資料推求石人溝水庫設(shè)計洪水方法剖析

房有國，宋 艷

(齊齊哈爾水文局，黑龍江齊齊哈爾161005)

1 流域概況

拉林河是松花江右岸一級支流，流域面積19 215 km2，是黑龍江省和吉林省界河，其中黑龍江省內(nèi)流域面積為11 290 km2。拉林河發(fā)源于長白山張廣才嶺，由東南向西北流經(jīng)尚志、五常、雙城、舒蘭、榆樹和扶余等6個市縣，在哈爾濱以上150 km處匯入松花江，河道長488 km，向陽山以上為山區(qū)，以下至牤牛河口地勢漸緩，屬丘陵區(qū)，牤牛河口以下逐漸過渡為平原區(qū)。石人溝水庫位于拉林河流域下游雙城市萬隆鄉(xiāng)和杏山鎮(zhèn)交界處，距雙城市60 km，地處拉林河和松花江三角地帶，水庫集水面積540 km2。

2 氣象

本區(qū)屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，根據(jù)雙城市氣象站統(tǒng)計，多年平均氣溫3.5℃，日平均最高氣溫為33.7℃，日平均最低氣溫為－33.8℃;20 cm蒸發(fā)器觀測的多年平均蒸發(fā)量為1 552 mm，多年平均陸面蒸發(fā)量為445 mm，多年平均降水量為470 mm，歷年平均風(fēng)速為4.0 m/s，歷年最大風(fēng)速為24 m/s，最大凍土深度為2.10 m。

3 水文基本資料

石人溝水庫所在的區(qū)域沒有水文站，只有1處雨量站(水泉站)，具有1958—2006年降水觀測資料。拉林河干流上有沈家營、五常及蔡家溝共3處水文站，3個水文站歷年水文資料，測驗精度較高，基本資料可靠。由于石人溝水庫無徑流觀測資料，并且水庫在拉林河引拉渠首引水，根據(jù)本地區(qū)測站情況，選擇拉林河干流五常水文站作為本次設(shè)計的參證站。

4 洪水

4.1 暴雨洪水特性

拉林河流域洪水一般分春汛和夏汛。春汛洪水由融冰、融雪形成，大小主要取決于冬季降雪量和春季氣溫回升的速度，主要發(fā)生在4月中下旬—5月上旬，一般情況洪水量級不大，過程較短。夏汛洪水主要是由暴雨形成，流域內(nèi)暴雨多出現(xiàn)在7月和8月，6月和9月也有少數(shù)暴雨出現(xiàn)，且量級不大。石人溝水庫洪水來源主要是友誼灌區(qū)一排干坡水，暴雨多發(fā)生在每年7月和8月，一般歷時較長，但雨量集中，最大1 d降雨占最大3 d降雨50%以上。

4.2 設(shè)計洪水

流域年內(nèi)洪水可劃分為春汛洪水、秋汛洪水和大汛洪水，由于秋汛洪水較小，本次只對大汛洪水和春汛洪水進行分析。大汛洪水采用全年選樣統(tǒng)計，春汛洪水采用4—6月獨立選樣。

4.2.1 大汛設(shè)計洪水

本次設(shè)計采用參證站洪水參數(shù)修正方法、1996年《黑龍江省水文圖集》中由流量資料推求設(shè)計洪水和由暴雨資料推求設(shè)計洪水方法，分別計算水庫的設(shè)計洪水。

4.2.1.1 參證站洪水參數(shù)修正法

根據(jù)省院編制的《磨盤山水庫供水工程初步設(shè)計報告》五常水文站洪水系列計算到2000年，由于2000年以后沒有發(fā)生大洪水，從安全考慮，本次直接采用該成果，見表1。

表1 五常站設(shè)計洪水成果表

根據(jù)1996年版《黑龍江省水文圖集》中洪水參數(shù)等值線圖，利用五常站和石人溝水庫在等值線圖上的梯度把五常站設(shè)計洪水參數(shù)修正到石人溝水庫壩址，根據(jù)修正后的參數(shù)，推求工程地點設(shè)計洪水，參數(shù)修正見表2，石人溝水庫設(shè)計洪水成果見表3。

表2 洪水修正參數(shù)表

表3 石人溝水庫設(shè)計洪水成果表(參證站參數(shù)修正)

4.2.1.2 查圖集等值線圖法推求設(shè)計洪水

根據(jù)1996年版《黑龍江省水文圖集》中的洪水參數(shù)等值線圖查得水庫集水面積重心處的洪水參數(shù)Cp、B1、B3及相應(yīng)的Cv值，用查得的洪水參數(shù)推求設(shè)計洪水，成果見表4。

表4 等值線圖推求設(shè)計洪水成果表

4.2.1.3 暴雨資料推求設(shè)計洪水

根據(jù)1996年版《黑龍江省水文圖集》中暴雨參數(shù)等值線圖查得石人溝水庫集水面積重心處的暴雨參數(shù)，通過暴雨途徑推求水庫不同頻率的設(shè)計洪水，成果見表5。

表5 石人溝水庫設(shè)計洪水成果表(暴雨途徑)

4.2.1.4 采用成果

對上述各方法推求設(shè)計洪水成果進行對比，成果見表6。

表6 石人溝水庫設(shè)計洪水成果比較表

從表中可以看出，參證站參數(shù)修正法設(shè)計洪水成果與查圖集等值線法成果接近，兩者相差在5%之內(nèi)。暴雨途徑計算的設(shè)計洪水成果大于查圖集等值線法推求的設(shè)計洪水成果，偏大36.2%～77.5%，由于石人溝水庫位于拉林河下游，地勢相對平坦，接近平原區(qū)特點;本次查用的暴雨等值線主要依據(jù)上游山區(qū)雨量站繪制，直接查用成果偏大，而且我省暴雨推求洪水方法主要依據(jù)山區(qū)產(chǎn)匯流條件演化，運用到本區(qū)將使短歷時洪量偏大較多;考慮到按圖集等值線法計算成果基礎(chǔ)資料更可靠，且地區(qū)綜合性強，故推薦圖集法推求的水庫設(shè)計洪水成果。

4.2.2 春汛設(shè)計洪水

由于石人溝水庫沒有水文觀測資料，本次采用拉林河中上游五常站作為參證站。分別計算五常站1953—2000年、1953—1992年(圖集系列年份)春汛4—6月最大1 d、3 d洪量設(shè)計洪水。利用五常站大汛設(shè)計洪水與春汛設(shè)計洪水成果的比例關(guān)系修正石人溝水庫大汛設(shè)計洪水成果，得到石人溝水庫春汛設(shè)計洪水成果。設(shè)計洪峰利用大汛洪峰流量與1 d洪量的洪水參數(shù)比例關(guān)系計算，成果分別見表7、表8。

表7 五常站春汛設(shè)計洪水成果表

表8 石人溝水庫春汛設(shè)計洪水成果表

從表8可以看出，1953—1992年系列春汛洪水成果大于1953—2000年系列春汛洪水成果，從安全角度考慮，并與大汛成果采用系列一致，本次春汛設(shè)計洪水成果采用1953～1992年系列成果。

4.2.3 設(shè)計洪水過程線

石人溝水庫集水面積為540 km2，因受水庫實測資料條件限制，根據(jù)本次分析的設(shè)計洪水成果，采用1996年版《黑龍江省水文圖集》中的概化過程線法推求水庫大汛和春汛設(shè)計洪水過程線，最大24 h洪量與最大1 d洪量的比值K，采用1996年版《黑龍江省水文圖集》中的分析成果，因集水面積＞400 km2，取K=1.10。計算時段△t=2 h，可以得到石人溝水庫大汛設(shè)計洪水過程線及春汛設(shè)計洪水過程線。

5 結(jié)語

在缺少水文資料但流域內(nèi)具有較長系列代表站的區(qū)域，可由暴雨資料推求設(shè)計洪水方法，通過產(chǎn)流和匯流計算，推求設(shè)計洪峰、洪量和洪水過程線，或利用代表站和設(shè)計地點在等值線圖上的梯度把代表站設(shè)計洪水參數(shù)修正到設(shè)計壩址，根據(jù)修正后的參數(shù)，推求工程地點設(shè)計洪水，或通過其他方法求得，最后通過對比分析確定最終合理設(shè)計洪水。

［1］ 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院.哈爾濱磨盤山水庫供水工程初步設(shè)計報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，2002.