飲馬河流域設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成分析計(jì)算

王 潔，孫 依

（吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，吉林 長春 130021）

洪水地區(qū)組成是設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算的重要組成部分，它對流域開發(fā)和工程規(guī)模的確定具有較大的影響。當(dāng)設(shè)計(jì)水庫對下游有防洪任務(wù)或設(shè)計(jì)斷面上游有調(diào)蓄作用較大的水庫時，應(yīng)分析洪水的地區(qū)組成。常用的洪水地區(qū)組成分析方法有地區(qū)組成法（典型年法和同頻率法）、頻率組合法和隨機(jī)模擬法。其中，地區(qū)組成法中的同頻率法目前應(yīng)用最為廣泛，本文就此方法對飲馬河流域洪水組成進(jìn)行分析計(jì)算。

1 概況

飲馬河是松花江南源下游左岸最大的一條支流，發(fā)源于伊通縣地局子鄉(xiāng)老爺嶺東南側(cè)，流經(jīng)磐石市、永吉縣、雙陽區(qū)、九臺區(qū)、德惠市、農(nóng)安縣和長春市二道區(qū)等縣（市、區(qū)），在農(nóng)安縣靠山鄉(xiāng)紅石壘屯東南匯入第二松花江，流域集水面積為17 392 km2，河道長386 km，河道平均比降為0.03%。流域內(nèi)平均高程在300 m 左右，南部多為棕色森林土和灰棕色森林土，北部臺地多為黑土及黑鈣土，土質(zhì)肥沃，宜于耕作，是國家重要的商品糧基地。

飲馬河流域（伊通河口以上）目前建有2 座大型水庫：星星哨水庫，位于岔路河中游，集水面積為845 km2，水庫總庫容為2.65×108m3，是以灌溉為主，結(jié)合防洪發(fā)電養(yǎng)魚等綜合利用大（2）型水庫；石頭口門水庫，位于飲馬河中游，集水面積為4 944 km2，總庫容為12.77×108m3，是以供水、防洪為主，結(jié)合灌溉發(fā)電養(yǎng)魚等綜合利用的大型樞紐工程。

2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

2.1 洪水還原與演進(jìn)

此次還原星星哨水庫、石頭口門水庫6—9 月逐日入庫流量，其中，石頭口門水庫還原時充分考慮星星哨水庫蓄水變量，洪峰流量按洪水要素摘錄還原。

飲馬河石頭口門水庫壩址以下河道比降逐漸減緩，河槽調(diào)蓄量明顯增加，因此，德惠水文站、石頭口門水庫～德惠水文站區(qū)間天然洪水的還原，采用馬斯京根法推求，計(jì)算公式：

Q2=C0I2+C1I1+C2Q1

式中：Q1，Q2為時段初、末河段出流，m3/s；I1，I2為時段初、末河段入流，m3/s；C0，C1，C2為洪水演進(jìn)系數(shù)，分別取0.091，0.636，0.273。

采用馬斯京根法將石頭口門水庫出流、入流分別演進(jìn)到德惠水文站，得出石頭口門水庫～德惠水文站區(qū)間的洪水過程和德惠水文站天然洪水過程。

2.2 洪水系列采用

星星哨水庫站洪水系列為1934—1940，1951—2020 年。其中，1934—1940，1951—1953 年各時段洪量是通過與石頭口門相應(yīng)時段洪量建立相關(guān)關(guān)系插補(bǔ)得出，洪峰流量由該站的峰、量關(guān)系插補(bǔ)得出。1953—1956 年由該站水位推流，1957—1972 年為實(shí)測資料，1973—1980 年為保壩還原系列，1981—1995 年為水庫增容還原系列，1996—1998 年為飲馬河流域防洪規(guī)劃還原系列，1999—2020 年為此次星星哨水庫還原系列。

石頭口門水庫站洪水系列為1934—1940，1951—2020 年。其中，1934—1940，1951—1952 年由該站水位插補(bǔ)，1952—1958 年為實(shí)測系列，1959—1980 年為保壩設(shè)計(jì)還原系列，1981—1995年為水庫增容還原系列，1996—1998 年為飲馬河流域防洪規(guī)劃還原系列，1999—2020 年為此次石頭口門水庫還原系列。

德惠站洪水系列為1953—2020 年。石頭口門水庫建庫后，德惠站天然成果由石頭口門水庫入流演進(jìn)到德惠站后加石頭口門水庫～德惠水文站區(qū)間過程得來。

2.3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果

根據(jù)以上各站及區(qū)間洪水過程，按年極值法統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)時段洪量包括洪峰流量Qm、1 d 洪量W1、3 d 洪量W3、7 d 洪量W7。采用矩法公式計(jì)算洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)，采用P-Ⅲ型頻率曲線，用經(jīng)驗(yàn)適線法目估適線，偏態(tài)系數(shù)Cs采用與變差系數(shù)Cv值的經(jīng)驗(yàn)倍比關(guān)系，按適線最佳原則確定洪水參數(shù)。將此次計(jì)算成果與水利部規(guī)劃總院審批的《吉林省德惠市飲馬河重點(diǎn)段治理工程可行性研究報告》中成果進(jìn)行對比分析，主要參證站設(shè)計(jì)洪水參數(shù)及成果見表1。由表1 可知，星星哨水庫站洪峰流量設(shè)計(jì)值較原成果（系列采用到2010 年）略大，主要原因在于系列延長后考慮了2017 年大洪水。星星哨水庫為大型水庫，調(diào)洪庫容為2.03×108m3，調(diào)洪庫容較大，根據(jù)調(diào)洪設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，矮胖型洪水過程線對調(diào)洪不利，即洪量對調(diào)洪成果影響較洪峰大。星星哨水庫洪量及其余各參證站洪峰、洪量設(shè)計(jì)值均小于原成果，因此，星星哨、星石區(qū)間、石頭口門、石德區(qū)間、德惠站設(shè)計(jì)洪水仍采用已批復(fù)的《吉林省德惠市飲馬河重點(diǎn)段治理工程可行性研究報告》中成果，見表2。

表1 主要參證站不同階段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果比較表

表2 主要參證站及區(qū)間設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

3 洪水地區(qū)組成

通過擬定以不同分區(qū)來水為主的組成方案，對每個組合方案計(jì)算上游工程所在斷面和區(qū)間洪水的峰、量，以及各斷面相應(yīng)洪水過程線，由調(diào)洪計(jì)算得到水庫下泄洪水過程線，將水庫下泄洪水過程線與區(qū)間洪水過程線及洪水演進(jìn)洪水過程進(jìn)行組合，推求出不同設(shè)計(jì)斷面的洪水過程線。

3.1 洪水地區(qū)組成方案

根據(jù)飲馬河流域暴雨洪水特性和流域內(nèi)水利工程的現(xiàn)狀，石頭口門水庫以下各頻率設(shè)計(jì)洪水采用同頻率地區(qū)組成法計(jì)算。組合方案：1）石頭口門水庫控制，星～石區(qū)間同頻，星星哨水庫相應(yīng)；2）德惠站控制，石頭口門水庫～德惠區(qū)間同頻，石頭口門水庫相應(yīng)，石頭口門水庫相應(yīng)考慮了星星哨水庫的調(diào)蓄作用；3）德惠站控制，石頭口門水庫～德惠區(qū)間相應(yīng)，石頭口門水庫同頻。

3.2 設(shè)計(jì)洪水過程線

從各站洪水還原資料中選擇資料比較完整、測驗(yàn)精度較高、對水庫及下游防洪偏不利的大洪水過程為典型過程，石頭口門水庫控制各典型過程線選擇1953 年7 月30 日至8 月28 日典型過程；德惠站控制區(qū)間同頻和水庫同頻分別選擇1956 年7 月6 日 至8 月4 日、1953 年7 月30 日至8 月28 日典型過程。

各控制點(diǎn)和區(qū)間為主的設(shè)計(jì)洪水過程線，采用同頻率分時段控制放大的方法推求。星～石區(qū)間為主的設(shè)計(jì)洪水過程線采用同倍比W7控制放大的方法推求，其余各控制點(diǎn)和區(qū)間為主的設(shè)計(jì)洪水過程線采用同頻率分時段控制（Qm，W7控制）放大的方法推求。德惠站控制，石～德區(qū)間相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水過程線采用德惠設(shè)計(jì)洪水過程與石頭口門水庫設(shè)計(jì)洪水過程線演進(jìn)到德惠后相減得出。德惠控制石頭口門水庫相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水過程線，由德惠設(shè)計(jì)洪水過程線減去石頭口門水庫～德惠水文站區(qū)間設(shè)計(jì)洪水過程線，并反向演進(jìn)至石頭口門水庫壩址得出。

3.3 組合洪水

飲馬河干流各控制點(diǎn)設(shè)計(jì)洪水組合情況：1）石頭口門水庫以上洪水，各控制點(diǎn)設(shè)計(jì)洪水由飲馬河石頭門口水庫以上地區(qū)綜合圖求得。2）石頭口門入庫洪水采用星星哨水庫出流錯1 d 與星～石區(qū)間的流量過程組合的方法求得。3）將石頭口門水庫同頻率出流（相應(yīng)出流）過程演進(jìn)到德惠，與石～德區(qū)間相應(yīng)（同頻)設(shè)計(jì)洪水過程線組合，得到德惠站組合洪水過程線（兩種組合選大值），求出德惠站組合洪峰流量。通過方案比選，區(qū)間同頻、水庫相應(yīng)的組合成果較大，為最終選用成果。4）石頭口門水庫到德惠區(qū)間各控制點(diǎn)的組合洪水，根據(jù)石頭口門水庫最大泄量與德惠站組合洪水成果，采用各區(qū)間面積內(nèi)插方法求得。5）石頭口門～伊通河河口以上區(qū)間設(shè)計(jì)洪水采用與石頭口門水庫～德惠水文站區(qū)間面積比的n次方求得。

各控制點(diǎn)組合洪水成果見表3。

表3 飲馬河干流各控制斷面組合設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

4 水庫調(diào)度原則

在保證水庫安全的前提下，按下游防洪需要對洪水進(jìn)行調(diào)蓄，確定水庫洪水調(diào)節(jié)原則：

1）星星哨水庫調(diào)度原則。從汛限水位241 m起調(diào)，當(dāng)水庫遭遇10 年及10 年以下一遇洪水時，水庫控制泄流350 m3/s，超過10 年一遇洪水時，按泄洪洞泄流能力泄流，遭遇100 年及100 年以上一遇洪水時輸水洞輔助泄流。

2）石頭口門水庫調(diào)度原則。大于5年（庫水位達(dá)到188.83 m）小于等于20年洪水控制放流700 m3/s，大于20 年（庫水位達(dá)到190.18 m）小于等于100 年洪水控制放流量為800 m3/s，大于100 年（庫水位達(dá)到191.54 m）小于等于200 年洪水控制放流量為1 000 m3/s，200年以上洪水當(dāng)水庫水位達(dá)到192.14 m時，按水庫泄洪建筑物最大泄流能力泄流。

5 結(jié)語

飲馬河流域地處吉林省中部地區(qū)，是國家重要的商品糧基地，也是長春地區(qū)主要的生產(chǎn)生活水源，流域內(nèi)人口和產(chǎn)業(yè)密度高，在吉林省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位。飲馬河流域的地區(qū)洪水組成分析，是吉林省眾多的流域洪水分析計(jì)算實(shí)例中較為典型的一個，上文充分結(jié)合流域的氣象和自然地理?xiàng)l件，分析地區(qū)洪水組成規(guī)律，選擇了最符合實(shí)際的遭遇組合類型，合理地調(diào)度洪水，保障河道下游兩岸人民生命財產(chǎn)安全。該成果對今后飲馬河流域水利水電工程建設(shè)和防洪體系的建設(shè)具有重要的參考意義。