銅川市龍?zhí)端畮烊幩恼竞樗治鲇?jì)算

馬 康

（陜西省咸陽水文水資源勘測(cè)局,陜西 咸陽 712000）

銅川市是一個(gè)資源型缺水和工程型缺水并存的地區(qū)，水資源時(shí)空分布不均。年內(nèi)、年際變化大，水資源利用效率不高，只有通過工程設(shè)施進(jìn)行調(diào)節(jié)，才能得到有效利用。龍?zhí)端畮焓且粋€(gè)以城市生活和工業(yè)供水為主要任務(wù)的重點(diǎn)水源工程，經(jīng)過項(xiàng)目前期工作的有關(guān)審查批復(fù)，開工建設(shè)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。2019 年龍?zhí)端畮旎窘ǔ?，現(xiàn)正在蓄水。為進(jìn)一步做好后期的維護(hù)和管理工作，對(duì)銅川市龍?zhí)端畮烊齻€(gè)水文站洪水進(jìn)行分析計(jì)算，該計(jì)算主要涉及龍?zhí)端畮焐嫌蝺蓷l支流的洪水量及常流量水位流量關(guān)系曲線，龍?zhí)端畮煜掠蜗滦沽髁颗c水位的關(guān)系曲線。

1 概況

龍?zhí)端畮煳挥谮w氏河，趙氏河為石川河一級(jí)支流。呂村河、陳村河于雙岔河匯流后稱趙氏河。呂村河源于稠桑鄉(xiāng)北部的柴場(chǎng)子附近，長23 km，流域面積88 km2；陳村河源位于照金鎮(zhèn)楊家山、帶子坡一帶，長27 km，流域面積116 km2。趙氏河流經(jīng)玉皇閣等村，至陳家坪入富平界。河長33 km，流域面積287 km2。趙氏河位于渭河以北土石淺山區(qū)，金鎖中學(xué)至后柳灣段，河道兩岸為淺山丘陵區(qū)，河谷狹窄深切，河道兩岸部分建有漿砌石護(hù)岸；河段兩岸為河谷階地，地形起伏不大，地勢(shì)平緩，河床較為寬淺。河谷河床地表以現(xiàn)代雜填土，河流沖、洪積卵石為主。

2 洪水分析計(jì)算

本項(xiàng)目三個(gè)水文站洪水分析涉及的趙氏河及其支流呂村河、陳村河流以及龍?zhí)端畮煜掠乌w氏河。三個(gè)水文站設(shè)計(jì)洪水采用3 種方法計(jì)算：一是水文比擬法，二是經(jīng)驗(yàn)公式法，三是由暴雨推求設(shè)計(jì)洪水（推理公式法）。其中，采用水文比擬法推算各工程河段的設(shè)計(jì)洪峰流量選用耀縣水文站為參證站。

2.1 水文比擬法

漆水河耀縣水文站控制流域面積797 km2，距離河口1.5 km，河道平均比降11.0‰。通過歷史洪水調(diào)查以及實(shí)測(cè)資料分析確定實(shí)測(cè)最大洪水為1970 年8 月5 日洪水，洪峰流量為842 m3/s；次大洪水為1969年7月23日洪水，洪峰流量為 587 m3/s。近年來，2000 年 8 月 12 日、2006 年 8 月 28 日漆水河流域發(fā)生了較大洪水，耀縣站實(shí)測(cè)洪峰流量分別為482 m3/s、161 m3/s。

通過繪制本站歷年高洪水位流量、水位面積、水位流速關(guān)系曲線，經(jīng)綜合比較其變化趨勢(shì)穩(wěn)定、合理，說明該站洪水流量資料可靠。

因漆水河耀縣站1964 年～2015 年年最大流量資料不具有一致性，需對(duì)其進(jìn)行還原計(jì)算，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算采用還原后的年最大流量系列資料。還原計(jì)算采用水文（面積）比擬法，根據(jù)還原后的耀縣水文站1964 年～2016 年共計(jì)53 年年最大洪峰流量系列資料，繪制耀縣站歷年最大洪峰流量過程線見圖1。

圖1 耀縣站歷年最大洪峰流量過程線

從過程線圖來看，在53 年系列內(nèi)基本上包括了豐、平、枯時(shí)段和各種來水組合，連續(xù)大水時(shí)段和連續(xù)小水時(shí)段交替出現(xiàn)，呈現(xiàn)周期性變化。

根據(jù)耀縣水文站53 年最大洪峰流量系列資料，分析計(jì)算洪水系列的均值變化，并點(diǎn)繪正逆序列均值歷時(shí)圖，見圖2。

圖2 耀縣站正逆序列累積年最大流量均值曲線圖

從圖2 中曲線變化可以得出，全系列均值為214 m3/s，隨著系列的延長逐年累積均值趨于穩(wěn)定。正序列曲線當(dāng)系列的長度增加到2006 年以后，累積均值在214 m3/s～236 m3/s范圍內(nèi)變化；逆序列曲線當(dāng)系列的長度增加到1970 年以前，累積均值在207 m3/s～214 m3/s范圍內(nèi)變化，說明53 年實(shí)測(cè)年最大洪水系列具有較好的代表性。

①經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算

根據(jù)1964 年～2015 年年最大流量系列，根據(jù)下列公式計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率：

式中：PM為經(jīng)驗(yàn)頻率；M為歷史特大值；N分別代表歷史特大值首項(xiàng)重現(xiàn)期。

均值和變差系數(shù)CV的計(jì)算公式為：

式中：Qi、Qj分別代表連序系列和特大值系列變量；a、n分別代表特大值個(gè)數(shù)和實(shí)測(cè)系列個(gè)數(shù)。

②統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算

將1964年～2015年年最大流量系列按連續(xù)序列計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)。計(jì)算公式為：

式中：xi為實(shí)測(cè)洪峰流量系列（i=1，2，…，n）；k為模比系數(shù)；σ為均方差；CV為離差系數(shù)。其余符號(hào)意義同前。

③設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

按照《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》（SL44-2006）推薦的方法，以年最大值法選樣，按連續(xù)序列進(jìn)行頻率計(jì)算，采用P-Ⅲ型曲線，以離差平方和最小準(zhǔn)則適線，再經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)適線法進(jìn)行參數(shù)微調(diào)，使上部大洪水點(diǎn)據(jù)配合較好，確定參證站不同頻率洪水計(jì)算成果，其統(tǒng)計(jì)參數(shù)為Qm平均值=214 m3/s，CV=1.05，CS=3.0 CV。具體計(jì)算采用P-Ⅲ型頻率計(jì)算軟件。洪水頻率曲線見圖3。

圖3 耀縣最大洪水頻率曲線圖

根據(jù)矩法計(jì)算出來的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，采用皮爾遜-Ⅲ型理論頻率曲線適線（計(jì)算時(shí)采用黃河水利委員會(huì)水文局的洪水頻率計(jì)算程序計(jì)算），在適線時(shí)著重考慮曲線中、上部較大洪水點(diǎn)據(jù)，適當(dāng)考慮下端較小的洪水點(diǎn)據(jù)。求得耀縣水文站不同頻率洪峰流量見表1。

表1 耀縣水文站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

④設(shè)計(jì)洪峰流量的合理性檢查

現(xiàn)將耀縣水文站各個(gè)時(shí)期不同單位計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行匯總，與本次計(jì)算成果進(jìn)行分析比較，見表2。通過對(duì)比分析，本次計(jì)算成果都十分接近，并且上述工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告與防洪評(píng)價(jià)報(bào)告都已經(jīng)水行政主管部門組織審查通過并批準(zhǔn)實(shí)施。本次計(jì)算資料系列延長至2016年，其成果合理可靠，因此以本次計(jì)算結(jié)果可采用。

水文比擬法計(jì)算公式為：

式中：Qm設(shè)、Qm參為分別為設(shè)計(jì)站和參證站洪峰流量，m3/s；A設(shè)、A參為分別為設(shè)計(jì)站和參證站集水面積，km2；n為指數(shù)，取值為2/3。

2.2 經(jīng)驗(yàn)公式法

根據(jù)《渭南地區(qū)暨銅川市實(shí)用水文手冊(cè)》中經(jīng)驗(yàn)公式推求：

式中：QN為重現(xiàn)期為 N 的設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；F 為流域面積，km2；KP、n為經(jīng)驗(yàn)指數(shù)。

公式中的參、指數(shù) KP、n 值，從《水文手冊(cè)》中查得。根據(jù)河道所在位置， 其值采用渭河北土石山區(qū)參、指數(shù)，見表4。

表2 漆水河耀縣站設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果分析表

表3 洪峰流量水文比擬法設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

表4 洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式參、指數(shù)表

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式使用說明：表4中所列參數(shù)是以流域形狀系數(shù)f=L2/F=3～6為基礎(chǔ)，當(dāng)設(shè)計(jì)流域形狀系數(shù)f＞6時(shí)，計(jì)算的Qm應(yīng)減小5%～10%；當(dāng)f＜3時(shí)，Qm應(yīng)加大5%～10%。

經(jīng)計(jì)算求得兩個(gè)水文站斷面處設(shè)計(jì)洪水量的成果見表5。

對(duì)于中國的跨境電商而言，進(jìn)博會(huì)是一場(chǎng)千帆競逐的盛會(huì)，也是春天里的一片沃土。海外品牌如同蒲公英的種子，在進(jìn)博會(huì)的“春風(fēng)”里襲來，所有跨境電商蓄水備肥，等待一粒粒“花種”落地生根。所有人開始認(rèn)識(shí)到，不僅僅有中國制造，還有俄羅斯制造、巴基斯坦制造、塞爾維亞制造、巴西制造、埃塞俄比亞制造……

表5 洪峰流量經(jīng)驗(yàn)公式法設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

表6 推理公式法計(jì)算

2.3 推理公式法

根據(jù)暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水，是缺乏水文資料中小流域最常用的計(jì)算方法。依據(jù)《渭南地區(qū)暨銅川市實(shí)用水文手冊(cè)》提供的方法和有關(guān)參數(shù)，由設(shè)計(jì)暴雨推求各河段控制斷面及支流的設(shè)計(jì)洪峰流量。

由于龍?zhí)端畮靿沃窡o實(shí)測(cè)洪水資料,故設(shè)計(jì)洪水采用暴雨推求設(shè)計(jì)洪水。根據(jù)經(jīng)審定的《陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》及《渭南地區(qū)暨銅川市實(shí)用水文手冊(cè)》《咸陽市實(shí)用水文手冊(cè)》，查算暴雨、產(chǎn)流、匯流參數(shù)，推算設(shè)計(jì)洪水。本次匯流計(jì)算采用推理公式法，其計(jì)算成果見表6。

3 洪水調(diào)節(jié)及泄水量計(jì)算

龍?zhí)端畮煨藿ê?，依?jù)龍?zhí)端畮煜滦沽髁窟M(jìn)行計(jì)算分析，水庫的調(diào)洪演算，計(jì)算壩下水位站的不同洪水量。

可研階段“以需定供”確定龍?zhí)端畮斓恼Ｐ钏粸?11.591 m，陜發(fā)改農(nóng)經(jīng)【2011】144 號(hào)文批復(fù)“基本同意水庫正常蓄水位711. 6 m”。

1）防洪標(biāo)準(zhǔn)及洪水調(diào)節(jié)原則

表7 大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)

2）泄水建筑物規(guī)模及調(diào)洪結(jié)果

龍?zhí)端畮煨沽鞣桨覆捎眯沽鞯卓仔沽?，孔口尺?.5 m×3.2 m（寬×高），泄洪洞進(jìn)口底板高程680 m，壩體采用碾壓式均質(zhì)土壩。本階段復(fù)核計(jì)算的泄流曲線見表8。

表8 泄流底孔泄流曲線表

根據(jù)水庫調(diào)洪計(jì)算公式推求：

式中：Δt為計(jì)算時(shí)段長度，s；Qt、Qt+1為t時(shí)段的初、末的入庫流量，m3/s；qt、qt+1為t時(shí)段的初、末的出庫流量，m3/s；流域面積，km2；Vt+1、Vt為t時(shí)段的初、末的入庫蓄水量，m3。

龍?zhí)端畮煳丛O(shè)置汛期限制水位，起調(diào)水位按正常蓄水位711.6 m起調(diào)。經(jīng)調(diào)洪計(jì)算，確定的設(shè)計(jì)洪水位為714.76 m，校核洪水位為719.94 m，對(duì)應(yīng)的總庫容為1693.7 萬m3。不同頻率設(shè)計(jì)洪水的庫水位及最大泄流量見表11，調(diào)洪結(jié)果表9 和表 10 及圖 4 和圖 5。

由于泄流底孔尺寸較可研階段沒有變化，參照類似工程，本次水流垂向收縮系數(shù)和流速系數(shù)等經(jīng)驗(yàn)系數(shù)略有變化，所以計(jì)算的泄流量比可研階段相同水位的大1.5%～5%。設(shè)計(jì)和校核工況的入庫洪水過程沒有變化，經(jīng)調(diào)洪結(jié)果對(duì)比，設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位較可行性研究階段分別降低0.28 m和0.05 m。

圖4 1%設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪過程曲線

圖5 0.1%設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪過程曲線

表9 設(shè)計(jì)洪水P=1%時(shí)調(diào)洪演算成果表

表10 設(shè)計(jì)洪水P=0.1%時(shí)調(diào)洪演算成果表

表11 調(diào)洪計(jì)算成果表

4 結(jié)論

通過對(duì)龍?zhí)端畮焐嫌蝺蓚€(gè)水文站斷面和壩下水文站斷面的洪水計(jì)算分析，涉及龍?zhí)端畮焐嫌味Я鞯暮樗考俺Ａ髁克涣髁筷P(guān)系曲線，龍?zhí)端畮煜掠蜗滦沽髁颗c水位的關(guān)系曲線。根據(jù)河段特性、流域特征，運(yùn)用多種方法、分段進(jìn)行不同頻率的洪水計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)洪水成果及實(shí)測(cè)斷面進(jìn)行河道水面線的水位流量關(guān)系推求計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，復(fù)核水位流量關(guān)系曲線；通過水庫的調(diào)洪演算，計(jì)算出壩下水文站的不同洪水量。

經(jīng)分析計(jì)算，為在龍?zhí)端畮焐嫌蝺芍Я骷皦蜗掠卧O(shè)立水文站提供數(shù)據(jù)技術(shù)支撐。