錦繡川水庫流域設(shè)計(jì)面雨量推求方法

李 雙，王芙蓉

（濟(jì)南市錦繡川水庫管理處，山東 濟(jì)南 250112）

錦繡川水庫總庫容4100萬m3，是濟(jì)南市重要的中型水庫。水庫有效灌溉面積566.67hm2，年城市供水2000萬m3。水庫下游有2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，擔(dān)負(fù)著仲宮街道辦事處、濟(jì)泰高速、歷城一中、濟(jì)南釀酒廠等重要的企事業(yè)單位及臥虎山水庫的防洪安全。錦繡川水庫汛中限制水位248.5m，限制庫容3115萬m3，汛中允許超蓄水位250m，超蓄庫容3460萬m3，汛末蓄水位250m，水庫超蓄水位和限制水位之間僅有1.5m，可調(diào)節(jié)庫容也僅有幾百萬立方米，防汛壓力較大。

因錦繡川水庫流域雨量站較少，僅有西營、棗林2處雨量站，周邊流域有柳埠、邱家莊2處水文站，同時(shí)流域內(nèi)長系列水文資料缺乏，因此為保障大壩和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全選擇合適的面雨量計(jì)算方法，推求設(shè)計(jì)洪水，為水庫防汛調(diào)度提供可靠數(shù)據(jù)，十分重要。

1 設(shè)計(jì)雨期

錦繡川水庫流域受氣候、地形地勢影響較大，常出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降雨，因此暴雨是造成本流域洪水的主要原因。

錦繡川水庫流域內(nèi)有西營、棗林2處雨量站，同屬于玉符河水系位于水庫周邊的還有柳埠、邱家莊2處雨量站。這4處雨量站中，西營站設(shè)立時(shí)間為1952年，位于流域上游，水文資料系列較長，代表性較高。

通過對典型雨量站西營站較大暴雨資料進(jìn)行分析，降雨持續(xù)時(shí)間一般在30h左右，個(gè)別場次降雨持續(xù)時(shí)間較長。經(jīng)過進(jìn)一步分析，在這些場次的暴雨中，短歷時(shí)和強(qiáng)降雨（最大24h降雨量）占最大72h降雨量的90%以上。由此可看出，對錦繡川水庫洪水大小起主要作用的是最大24h降雨量。但是在超過最大24h以外時(shí)間的降雨仍然會對洪水總量有一定的影響，考慮到錦繡川水庫所處地理位置的重要性，確保錦繡川水庫大壩安全，本次面雨量推求設(shè)計(jì)雨期定為72h。

2 設(shè)計(jì)雨量

分別運(yùn)用直接面雨量法、山東省暴雨洪水查算圖表法和地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法三種不同方法進(jìn)行推求錦繡川水庫設(shè)計(jì)面雨量。

2.1 直接面雨量法

采用錦繡川水庫流域內(nèi)南山區(qū)棗林、西營雨量站實(shí)測資料，以流域內(nèi)較多單站年最大值發(fā)生日期為線索，按同一起迄時(shí)間統(tǒng)計(jì)計(jì)算同一場暴雨的年最大24h、72h面雨量。面雨量的計(jì)算采用算術(shù)平均法。

以數(shù)理統(tǒng)計(jì)法來對錦繡川水庫設(shè)計(jì)面雨量進(jìn)行不同頻率的分析計(jì)算；針對不同歷時(shí)暴雨量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)以矩法進(jìn)行初估，取偏態(tài)系數(shù)Cs=3.5Cv，運(yùn)用P-Ⅲ型頻率曲線進(jìn)行適線，以理論頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合較好為原則。通過上述計(jì)算和類比推求，結(jié)果見表1。

表1錦繡川水庫設(shè)計(jì)雨量分析計(jì)算成果表（直接面雨量法）

2.2 地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法

由地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法分析計(jì)算水庫設(shè)計(jì)雨量時(shí)，除采用水庫流域內(nèi)的棗林、西營兩站外，還采用了在流域周邊，同在玉符河流域暴雨洪水一致區(qū)的柳埠、邱家莊2處雨量站實(shí)測資料。流域北側(cè)、東側(cè)雖還有王家莊、官營、垛莊等雨量站，但這三站均屬于小清河水系，因此本次未采用。采用地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法，不僅雨量系列的代表性會大大提高，而且又增加了大的暴雨點(diǎn)據(jù)來控制頻率曲線的外延，對水庫防洪安全有利。

根據(jù)棗林、西營、柳埠、邱家莊各雨量站歷年實(shí)測暴雨資料，按年最大值選樣方法取得各站歷年最大24h、最大72h雨量連序系列。采用P－Ⅲ型頻率曲線，取偏態(tài)系數(shù)Cs=3.5Cv進(jìn)行適線，以理論頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合較好為原則，確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算成果。根據(jù)規(guī)范要求及出于安全考慮，地區(qū)綜合頻率曲線年最大24h、最大72h點(diǎn)雨量均值采用四站平均值，分別為99.1mm、118.4mm。適線Cv分別采用0.57、0.55。經(jīng)點(diǎn)面折減換算后，可求得水庫不同頻率設(shè)計(jì)面雨量。經(jīng)點(diǎn)雨量和面雨量折減換算后，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2錦繡川水庫設(shè)計(jì)雨量分析計(jì)算成果表（地區(qū)綜合頻率曲線法）

2.3 暴雨等值線圖法

通過查找山東省暴雨等值線圖，錦繡川水庫流域中心處多年平均最大24h點(diǎn)暴雨量為103mm，相應(yīng)Cv為0.57。最大72h點(diǎn)暴雨量為126mm，相應(yīng)Cv為0.54，采用點(diǎn)面折減推求設(shè)計(jì)面雨量。由山東省暴雨等值線圖法分析所得數(shù)據(jù)見表3。

3 方法比選

通過以上三種方法，比選后的結(jié)果見表4。

由表4可看出：直接面雨量法與等值線圖法計(jì)算的最大24h面雨量基本相當(dāng)，比地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法計(jì)算值略大，差別在5%以內(nèi)。直接面雨量法與地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法計(jì)算的最大72h面雨量基本相當(dāng)，比等值線圖法計(jì)算值略小，差別在4%以內(nèi)。

表3錦繡川水庫設(shè)計(jì)雨量分析計(jì)算成果表（暴雨等值線圖法）

暴雨等值線編繪時(shí)所采用的雨量資料均取自于1975年以前，資料系列短，代表性不強(qiáng)，因此采用等值線圖查算得面雨量成果有偏大的可能性。由于采用的系列較短，系列的代表性不高，為防洪安全考慮，用此方法計(jì)算存在一定風(fēng)險(xiǎn)；以地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法對錦繡川水庫流域進(jìn)行設(shè)計(jì)面雨量推求時(shí)，首先采用了本流域的兩雨量站的實(shí)測數(shù)據(jù)，還將同在玉符河流域暴雨洪水一致區(qū)的流域周邊的南山區(qū)柳埠、邱家莊2處雨量站的實(shí)測數(shù)據(jù)納入其中。這兩個(gè)雨量站位于水庫下游和流域外側(cè)，由于上述原因，計(jì)算結(jié)果同直接面雨量法相比較要小很多；直接面雨量法采用了流域內(nèi)西營、棗林兩處雨量站實(shí)測雨量資料，資料系列滿足規(guī)范要求，因錦繡川水庫流域面積較小，兩處雨量站應(yīng)能代表流域暴雨的分布情況。同時(shí)，同地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法相比，本方法計(jì)算的設(shè)計(jì)面雨量更大一些，偏于安全。

表4錦繡川水庫不同方法設(shè)計(jì)面雨量成果表 mm

綜上所述，通過分析比較，由直接面雨量法對流域進(jìn)行計(jì)算，比其他兩種方法更合理，同時(shí)偏重于安全，所采用的雨量站數(shù)據(jù)代表性也較好，在后續(xù)的設(shè)計(jì)洪水等水文計(jì)算中應(yīng)以直接面雨量法計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，推算洪水演進(jìn)過程。

本次對流域設(shè)計(jì)面雨量的計(jì)算和比選，得到符合水庫流域?qū)嶋H情況的模型參數(shù)，通過對入庫流量進(jìn)行產(chǎn)匯流計(jì)算，預(yù)測洪水行進(jìn)過程，對水文模型符合計(jì)算，從而提高預(yù)報(bào)精度，并根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果提出優(yōu)化的調(diào)度方案，為水庫防洪調(diào)度提供可靠的技術(shù)支撐。