四川涼山米市水庫工程校核洪水分析

劉曉宏，李 萍

（四川省水利水電勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

水利水電工程校核洪水的推求在水文資料條件下通常根據(jù)流量資料或暴雨資料計算。根據(jù)《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》［1］：“3.1.7當設計流域缺乏洪水和暴雨資料，但工程地點附近已調(diào)查到可靠的歷史洪水，其重現(xiàn)期又與工程的設計洪水標準接近時，可直接采用歷史洪水或進行適當調(diào)整，作為該工程的設計洪水?！?008年，黃成宗［2］采用調(diào)查洪水配線法、水位（調(diào)查）-暴雨頻率相應法及水位（調(diào)查）洪水頻率相應法，解決了水文資料短缺地區(qū)的涉及洪水計算的問題，對今后水利、電力、輸變電等工程提供借鑒作用。2020年，楊俊強［3］等通過對比分析得出，在實測資料洪水系列中加入歷史調(diào)查洪水可以延長資料系列，減少誤差，合理確定洪水統(tǒng)計參數(shù)，提高設計洪水成果的可靠性。

米市水庫是安寧河上游左岸重要支流—孫水河上的一座具有控制性的大型骨干工程，防洪是工程重要任務［4］之一。米市水庫的設計洪水是水庫設計的重要依據(jù)，對自身防洪安全有著重要的作用。由于米市水庫壩址河段無實測水文資料，本文分別采用了瞬時單位線法和水文比擬法計算米市水庫壩址的設計洪水，并與工程河段的調(diào)查洪水做比較，基于工程安全，米市水庫推薦采用適當調(diào)整的歷史洪水作為工程的校核洪水。該成果已通過水利部水利水電規(guī)劃設計總院的審查認可，這種確定工程校核洪水的方法是對《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》中“1.0.11和3.1.7”小節(jié)中設計洪水計算方法的一種具體應用。

1 水文條件概況

孫水河是安寧河上游左岸的最大支流，發(fā)源于昭覺縣尼地鄉(xiāng)境內(nèi)的洛馬阿木拖山（主峰海拔高程3 491 m），于冕寧縣瀘沽鎮(zhèn)匯入安寧河。孫水河流域海拔高程在1 630～3 491 m之間，流域面積1 618 km2，河長95.2 km，平均比降15‰。擬建米市水庫下壩址（推薦壩址）位于依洛溝口上游約800 m處，壩址以上控制集水面積397.9 km2。

根據(jù)孫水河流域內(nèi)暴雨資料分析，孫水河流域24小時暴雨均值在60～90 mm之間，暴雨從上游到下游呈遞增趨勢，上游米市雨量站多年24小時暴雨均值為63.4 mm，中游波洛、喜德、則約雨量站均值分別為76.4 mm、75.4 mm、87 mm，下游孫水關雨量站均值為77.6 mm。孫水河流域洪水，主要由暴雨形成，洪水成因及特點與暴雨的成因、分布、強度等密切相關。歷年最大洪峰流量均發(fā)生在6—9月，個別出現(xiàn)在5月。洪水過程較短，一般1～2天。另外，由于近年來，流域植被受人為破壞，蓄水保土能力降低，遇較大降雨時，易形成洪災。

孫水河流域內(nèi)四川省水文水資源勘測局先后設立有喜德水位站和孫水關水文站，米市水庫位于孫水關水文站上游，下墊面條件基本相似，孫水關水文站水文資料條件較好，因此根據(jù)米市水庫所在地理位置，結合資料條件，工程水文分析計算依據(jù)站確定為孫水關水文站。孫水河流域水系站網(wǎng)及工程位置分布見圖1。

圖1 孫水河流域水系站網(wǎng)及工程位置分布

2 歷史洪水

2.1 孫水關水文站河段歷史洪水調(diào)查及重現(xiàn)期確定

根據(jù)孫水關河段洪水調(diào)查有關文獻資料，本河段調(diào)查到的大洪水在1891年、1917年、1938年、1960年，而1891年、1917年、1938年洪水遠較1960年小，也比實測的幾場大洪水小。根據(jù)孫水關實測流量成果，1960年實測洪峰流量1 400 m3／s，2012年實測洪峰流量2 510 m3／s，2012年洪水遠遠大于1960年洪水，因此可以確定2012年洪水為1891年以來首大洪水。由于1960年洪水遠遠小于2012年洪水，并且在實測資料中并不十分突出，不提出作特大值考慮。

綜上所述可以確定，2012年洪水是1891～2014年以來的首大洪水，重現(xiàn)期為124年。

2.2 工程河段2012年特大洪水

2012年8月31日，孫水河突發(fā)洪水，在孫水河流域造成有史以來最大的洪災損失。這場洪水起漲快、洪峰高、歷時短，主要由8月30-31日孫水河流域普降大雨造成，暴雨的強降水中心出現(xiàn)在孫水河上游熱柯達拉鄉(xiāng)一帶。這次洪水造成孫水河流域部分河段決堤、潰堤、翻堤，沿岸農(nóng)田被沖毀、村舍倒塌，交通、通訊、供電中斷，上游沖毀5座吊橋，規(guī)劃米市下壩址下游原米市大橋被沖毀，造成直接經(jīng)濟損失30億元以上。這場洪水在孫水河河口孫水關水文站（集雨面積1 611 km2）實測洪峰流量為2 510 m3／s，峰現(xiàn)時間在2012年8月31日16時12分。

洪水調(diào)查河段位于下壩址下游約1 km，河段較為順直，河段內(nèi)布設了CS07斷面（控制集水面積420 km2）。該斷面上游280 m右岸為乃家村，下游660 m處為米市大橋，住戶集中，指認洪痕點較多，洪痕較可靠。CS07斷面位于下壩址下游約800 m處，該斷面為寬淺式，較規(guī)整。根據(jù)2012年上下游洪調(diào)的“8·31”洪痕，投影到河道中泓線后推算出2012年洪水比降，并內(nèi)插出CS07斷面處2012年洪水位，結合實測河道大斷面，選取適當?shù)牟诼蔬M行推流。推流成果見表1。

表1 2012年CS07斷面“8·31”洪水調(diào)查推流成果

CS07斷面河段上下游住戶較多，洪痕點多位于房屋墻角和米市大橋沖毀處，洪痕較為清晰可靠，結合該場暴雨量級以及時空分布分析，推流成果基本合理。

3 設計洪水計算

由于米市水庫壩址河段無實測水文資料，采用了瞬時單位線法和水文比擬法計算米市水庫壩址的設計洪水，經(jīng)比較后推薦水文比擬法成果。根據(jù)孫水關水文站實測及插補延長的1953～2014年年最大流量系列，對2012年特大洪水提出作特大值處理，組成不連序年最大流量系列進行頻率計算。據(jù)此計算成果，采用水文比擬法按面積比的2／3次方修正，推求的米市水庫壩址設計洪水見表2。由于2012年洪水量級十分突出，重現(xiàn)期缺乏相應的資料再往前推，導致頻率曲線配線時2012年洪峰流量點出現(xiàn)“吊燈籠”（頻率曲線適線時，由于2012年洪水過大，遠遠偏離在曲線上方）的情況，經(jīng)面上綜合分析Cv取值為0.6。

表2 米市水庫壩址設計洪水成果（水文比擬法移用孫水關站）

根據(jù)水工布置，米市水庫擬采用瀝青混凝土心墻堆石壩，設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為2000年一遇。

4 校核洪水成果分析

根據(jù)孫水關水文站流量資料頻率曲線適線，由于2012年洪峰流量突出，重現(xiàn)期缺乏相應的資料再往前推，頻率適線時該點據(jù)出現(xiàn)“掛燈籠”現(xiàn)象。根據(jù)《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》“1.0.11對大型工程或重要的中型工程，用頻率分析法計算的校核標準設計洪水，應對資料條件、參數(shù)選用、抽樣誤差等進行綜合分析檢查，如成果有偏小可能，應加安全修正值，修正值不宜超過計算值的20%”，為工程安全計，水文比擬法對校核頻率洪峰流量增加15%安全修正值，從而推求出2000年一遇水庫壩址校核洪水為1 370 m3／s。

根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》，采用瞬時單位線法，由設計暴雨過程推求設計凈雨過程，再結合流域匯流參數(shù)推算出流域設計地面徑流過程，然后回加上由穩(wěn)定入滲量形成的地下徑流過程和深層地下水補給的基流量，從而推求出2000年一遇水庫壩址校核洪水為1 380 m3／s。

根據(jù)2012年洪痕推流成果，米市水庫壩址下游附近CS07斷面洪峰推算流量達1 810 m3／s。按照面積比的2／3次方移至壩址為1 750 m3／s，根據(jù)《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》，“3.1.6當設計流域缺乏洪水和暴雨資料，但工程地點附近已調(diào)查到可靠的歷史洪水，其重現(xiàn)期又與工程的設計洪水標準接近時，可直接采用歷史洪水或進行適當調(diào)整，作為該工程的設計洪水?！币虼?，為工程安全計，將2012年洪水推流成果加大15%作為壩址校核洪水使用，從而推求出2000年一遇水庫壩址校核洪水為2 010 m3／s。米市水庫各方案校核洪水成果見表3。

表3 米市水庫校核洪水成果對比

由表3看出，校核洪峰流量為2012年洪水推流成果最大，考慮到該場洪水為工程河段實際發(fā)生的特大洪水，而通過水文比擬法及瞬時單位線法推求的校核標準洪峰流量遠小于實際已發(fā)生的大洪水，從水庫調(diào)洪成果看，校核洪水分別采用水文比擬法和推流成果作為比較，按照正常蓄水位2 200 m起調(diào)，校核洪水位分別為2 200.64 m和2 201.52 m，相差0.88 m。

水工壩頂高程選擇原則（瀝青混凝土心墻堆石壩）：①設計洪水位+正常運用條件的壩頂超高；②正常蓄水位+正常運用條件的壩頂超高；③校核洪水位+非常運用條件的壩頂超高；④正常蓄水位+非常運用條件的壩頂超高+地震安全加高。根據(jù)以上4種選擇原則進行計算，方法①計算得壩頂高程2 203.17 m，方法②計算得壩頂高程2 203.17 m，方法③計算得壩頂高程2 202.31 m，方法④計算得壩頂高程2 203.39 m。最后選定第4種方法來確定壩高，壩頂高程為2 203.4 m，即壩高的選擇原則主要受正常蓄水位控制。因此可以看出，校核洪水因采用方法的不同導致設計洪峰流量相差較大，但對工程整體而言不會有太大的影響。

經(jīng)綜合分析，米市水庫校核洪水推薦采用CS07推流成果按照2／3次方移用至壩址后加大15%使用，2000年一遇水庫壩址校核洪水為2 010 m3／s。

5 結 語

鑒于2012年孫水河流域發(fā)生了特大洪水，水文比擬法和瞬時單位線法推算的壩址2000年一遇校核標準的設計洪峰流量比2012年調(diào)查洪峰流量偏小較多。根據(jù)《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》的有關規(guī)定，采用“2012年調(diào)查洪峰加大15%作為壩址2000年一遇的設計洪峰流量”對工程更為安全，因而推薦采用由工程河段調(diào)查到的特大洪水推求工程校核洪水。該方法的具體應用對其他水利水電工程校核洪水分析采用具有一定的參考價值。