同頻法在呼圖壁梯級水庫洪水計算中的應(yīng)用

魏召才

（新疆昌吉方匯水電設(shè)計有限公司，新疆 昌吉 831100）

梯級水庫中的上游水庫對洪水進(jìn)行調(diào)節(jié), 改變天然洪水的狀況，直接影響下游水庫的設(shè)計洪水[1]。設(shè)計洪水地區(qū)計算常用方法有組成典型年法、同頻率地區(qū)組成法和相關(guān)法。同頻率地區(qū)組成法是根據(jù)防洪要求，選定某一分區(qū)出現(xiàn)與下游設(shè)計斷面同頻率的洪量，其余分區(qū)的相應(yīng)洪量總數(shù)按照水量平衡原則推求[2]。本文以呼圖壁河流域為例，圍繞同頻率地區(qū)組成法在該流域梯級水庫洪水計算的應(yīng)用展開分析。

1 研究區(qū)概況

呼圖壁河流域位于東天山北麓中段，準(zhǔn)噶爾盆地南緣。石門水文站為呼圖壁河水量控制站，測站以上集水面積1840 km2，多年平均徑流量為4.76 億m3。

選取呼圖壁河石門水文站至出山口河段，在建石門水庫位于石門水文站下游7.5 km，壩址以上集水面積1958 km2，設(shè)計庫容7975 萬m3，工程等級為大（Ⅱ）型水庫。在建齊古水庫位于石門水庫下游約10.5 km，總庫容2080.9 萬m3，工程等級中型水庫。石門水庫下游接石門水電站，廠房位于齊古水庫回水線位置。圍繞石門水庫建成后對齊古水庫和石門水電站廠房的設(shè)計洪水的影響展開分析。

2 水文條件分析

2.1 水文資料收集與處理

自1956 年以來，呼圖壁河自出山口以上設(shè)立了石門、卡勒格牙基本水文站，在下游平原區(qū)設(shè)立過青年渠首專用水文站。計算收集到了呼圖壁河上石門水文站1978 年～2010 年洪水實測資料、卡勒格牙水文站1956 年～1967 年、1969 年～1970年實測洪水資料、青年渠首站1963 年～2010 年實測洪水資料。從資料總體看，呼圖壁河上有1956 年～2010 年實測洪水資料。因此，擬根據(jù)石門水文站、卡勒格牙水文站以及青年渠首站實測洪水系列，分析三站之間的相關(guān)關(guān)系，將三站洪水系列延長到1956 年～2010 年。

2.2 水文站設(shè)計洪水計算

采用石門水文站、卡拉格牙水文站延長插補后1956 年～2010 年54 年洪峰系列，頻率曲線采用P－Ⅲ型曲線擬合，均值按式（1）計算，CV、CS初始值計算按式（2）、式（3）計算[3]。

按照理論頻率曲線與經(jīng)驗點據(jù)擬合較好為原則進(jìn)行目估適線，計算結(jié)果見表1。

3 洪水計算

3.1 壩址同頻法

（1）根據(jù)石門水文站和卡勒格牙水文站設(shè)計洪水成果，分別采用面積的一次方將石門水文站和卡勒格牙水文站設(shè)計成果放大至石門水電站壩址處和齊古水庫壩址，作為石門水電站壩址處設(shè)計洪水和齊古水庫壩址天然狀態(tài)設(shè)計洪水成果[4]。

表1 石門水文站、卡勒格牙水文站不同設(shè)計頻率洪峰流量成果表

（2）用齊古水庫天然設(shè)計洪水減去石門水電站壩址處設(shè)計洪水，得到石門水電站壩址處至齊古水庫壩址區(qū)間設(shè)計洪水。

（3）根據(jù)石門水電站調(diào)洪原則，對石門水電站壩址處設(shè)計洪水進(jìn)行調(diào)洪演算。

（4）最后將石門水電站調(diào)洪后的下泄洪水與區(qū)間設(shè)計洪水進(jìn)行疊加，得到經(jīng)石門水電站調(diào)蓄后的齊古水庫設(shè)計設(shè)計洪水成果，見表2。

表2 兩種方法計算成果對比表

3.2 區(qū)間同頻法

（1）根據(jù)卡勒格牙水文站設(shè)計洪水成果，采用面積的一次方將卡勒格牙水文站設(shè)計成果放大至齊古水庫壩址，作為齊古水庫天然狀態(tài)設(shè)計洪水成果。

（2）根據(jù)《新疆維吾爾自治區(qū)可能最大暴雨圖集》相關(guān)成果，采用調(diào)蓄單位經(jīng)驗線法計算石門水電站至齊古水庫壩址處區(qū)間設(shè)計洪水。

（3）將齊古天然設(shè)計洪水減去區(qū)間設(shè)計洪水，從而推求石門水電站壩址處設(shè)計洪水。根據(jù)石門水電站調(diào)洪原則，對入庫洪水進(jìn)行調(diào)洪演算。

（4） 將石門水電站下泄洪水與區(qū)間設(shè)計洪水進(jìn)行疊加，得到經(jīng)石門水電站調(diào)蓄后的齊古水庫設(shè)計洪水成果，見表2。

3.3 成果對比分析

本文通過兩種方法對石門水庫建成后齊古水庫入庫洪水進(jìn)行分析計算，計算成果見表2。

從表中可以看出，兩種方法中，方法一計算成果洪峰流量要略小于方法二，而時段洪量要略大于方法二，兩種方法計算成果總體相差不大。根據(jù)下游不同防洪對象應(yīng)按照對工程最不利影響進(jìn)行選擇。對石門水電站廠房，洪峰流量的危害要大于時段洪量，因此推薦方法二計算成果；而對齊古水庫而言，時段洪量對水庫的規(guī)模影響較大，因此推薦方法一計算成果。

4 結(jié)語

對于流域梯級開發(fā)，設(shè)計洪水成果對工程規(guī)模的確定具有較大的影響，合理擬定設(shè)計洪水地區(qū)組成直接關(guān)系到設(shè)計洪水成果的可靠性和合理性。本文根據(jù)同頻率地區(qū)組成法的基本原理，采用壩址同頻法和區(qū)間同頻法對齊古水庫及石門電站斷面設(shè)計洪水進(jìn)行計算對比分析。實際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合對下游防護(hù)對象的不利影響，合理選用成果，為后續(xù)工程設(shè)計提供依據(jù)。

石門水文站與卡拉格牙水文站沒有平行的同期觀測資料，無法采用典型年法進(jìn)行分析，而區(qū)間洪水采用暴雨圖集法進(jìn)行計算，計算方法簡單，對最終成果精度起到保障作用。