某水庫工程設(shè)計洪水計算分析

簡從義

（畢節(jié)市勘測設(shè)計研究院，貴州 畢節(jié) 551700）

1 工程概況

三甲河位于織金縣境內(nèi)，屬長江水系烏江一級支流六沖河上的一條小支流。三甲河主河道上游近河源段稱為小干河，小干河主要由干流罵隴小河及右支流戈仲武小河匯聚而成。織金水文站位于織金城區(qū)上游新橋處，于1975年設(shè)站至今，主要觀測項目有水位、流量、蒸發(fā)和降雨。水位主要采用自計水位計觀測，人工觀測值校核，從歷年的水位過程和峰型變化上看，不存在明顯的不合理現(xiàn)象；流量觀測基本上采用流速儀測流，測次在時間變幅和過程上分布均勻，基本上控制了流量變化過程。水位、流量資料均經(jīng)貴州省水文水資源局整編刊布，精度滿足要求?？椊鹚恼究刂屏饔蛎娣e66.40 km2，僅為設(shè)計流域集雨面積42.30 km2的1.57倍，加之，兩流域僅一條分水嶺之隔，流域地貌及域內(nèi)下墊面條件相近，因此，在進行大新橋水庫初步設(shè)計階段水文計算時，選用織金水文站作為主要參證站。與織金水文站配套的新街、杠上、蜂子巖雨量站均設(shè)于1977年，測站位置緊靠織金城區(qū)，資料系列在25年左右。鄰近地區(qū)的珠藏、三塘雨量站分別設(shè)于1960 年和1964 年，資料系列在30年左右。其中珠藏站距設(shè)計流域西南側(cè)分水嶺平面距離僅為4.50 km，而三塘站距離則相對較遠。

2 設(shè)計暴雨

2.1 暴雨特性

設(shè)計流域地處貴州省暴雨高值區(qū)之一的普定暴雨中心邊緣地帶，暴雨量相對較大。流域內(nèi)水汽主要來自孟家拉灣，西南的暖濕氣流與北方的冷空氣常交綏于流域上空，形成多暴雨。暴雨多出現(xiàn)在5-9 月，日雨量大于150 mm 的暴雨在6-7月，大于100 mm 多在6 月；特大暴雨時，高值區(qū)多在鄰近流域的珠藏，但其它測站也交替出現(xiàn)過。如珠藏站實測最大暴雨首推1974 年6 月，暴雨量為251 mm，其它站均小于此值，織金氣象站實測值僅為125.30 mm；又如1980 月6 月的一場暴雨，蜂子巖、杠上等站實測暴雨量為223 mm，而珠藏站實測值卻只有108 mm。

2.2 設(shè)計暴雨計算分析

鄰近流域內(nèi)織金氣象站自1958年以來，有連續(xù)47 a的暴雨觀測資料，最大值出現(xiàn)在1983年，暴雨量186.10 mm，次為1980年，暴雨量185.70 mm，歷年最大暴雨量值大于100 mm有18年，大于80 mm 有9 年，小于80 mm 有20 年，年均100 mm，屬一般雨區(qū)；珠藏站有38年不連續(xù)的暴雨資料，最大值出現(xiàn)在1974年，暴雨量為251 mm，次為1983 年，暴雨量245 mm，大于100 mm有22年，大于80 mm有7年，小于80 mm有9年，年均124 mm，屬多雨區(qū)。上述兩站及其它選用站的暴雨頻率計算成果見表1。

表1 選用站暴雨頻率計算成果表

由表1 知，暴雨高值區(qū)在珠藏附近，各站暴雨均值在96～124 mm 之間。考慮本流域地理位置及實際特性，綜合選取本流域暴雨均值H24=110 mm。

Cv矩法計算值0.29～0.39，適線值0.35～0.45。結(jié)合貴州省水文圖集，綜合選取Cv=0.45、Cs=3.5Cv為采用值。經(jīng)計算，此流域不同頻率的設(shè)計暴雨成果見表2。

表2 小干河設(shè)計暴雨成果表單位：mm

3 設(shè)計洪水

3.1 洪水特性

小干河為山區(qū)雨源型河流，洪水主要由暴雨產(chǎn)生，暴漲暴落。大新橋水庫壩址以上集雨面積42.30 km2，由壩址至河源河長較短，為12 km，河道坡降大，為7.80‰，洪水匯集時間短，一般漲峰歷時2-7 h，洪峰滯留時間10-40 min，一次洪水總歷時為1-2 d。

3.2 歷史洪水分析

小干河的歷史洪水，從未有過史料記載。據(jù)2000年1月實地調(diào)查，被訪問者大多認為1977年6月18日的洪水最大，記憶較深，距壩址下游1.50 km 處伏流入口洼地及周邊部分農(nóng)房被淹，可研中推薦壩址下游約150 m 河谷最窄處洪水位為1 441.50 m（可研階段實測值）。

從相鄰流域內(nèi)織金縣城的歷史洪水情況來看，有文獻記載的有多次：清康熙九年（1670年）“大雨滂沱，溪水浸城，民舍盡行傾圮”；康熙二十年（1681年）“大水，田土多沖沒”；光緒十三年五月（1887年6月）“大水”；民國三十五年五月（1946年6月）“自上月以來，霪雨成災，汛雷暴雨，損失堪重”，解放后1959年6 月24-26 日“城區(qū)受水災，化垮河上西湖水庫大壩被沖垮”。以上這些描述，無法準確定量。1976年6月28日“城關(guān)地區(qū)連續(xù)降暴雨10 h，織金河暴漲，大府體育場水深0.70 m”，織金水文站實測最大洪峰流量為124 m3/s。1977 年6 月17、18 日“全縣普降暴雨，縣城沿河兩岸居民被淹，大府體育場水深1 m”，織金水文站推算洪峰流量為277 m3/s。根據(jù)上述調(diào)查資料分析，確認1977 年為大洪水年份，對織金河而言，其洪水重現(xiàn)期相當于40-50年一遇。

由于此流域無實測洪水資料，織金河與本流域僅一條分水嶺之隔，結(jié)合2000年1月實地調(diào)查情況，仍確認1977年為本流域大洪水年份，用調(diào)查壩址處洪水位實測斷面進行推算，其洪峰流量為190 m3/s，重現(xiàn)期為30年左右。

3.3 設(shè)計洪水計算

3.3.1 流量法洪水計算

此流域無實測暴雨和洪水資料，但相鄰流域的織金水文站有織金河1975-2002年共28年實測洪峰流量資料，把實測系列中“77年6月”洪水（洪峰流量277 m3/s）作為特大值處理，重現(xiàn)期采用40年，經(jīng)頻率計算適線后，其統(tǒng)計參數(shù)為：均值Qm織=62 m3/s，Cv=0.98，Cs=4Cv。按面積比擬法將織金水文站實測洪峰流量移用至本流域，面積影響指數(shù)采用0.75，計算適線后，統(tǒng)計參數(shù)為：Qm大=44.20 m3/s，Cv=0.98，Cs=4Cv，各頻率設(shè)計洪水見表3。

表3 大新橋水庫設(shè)計洪水成果表

3.3.2 雨洪法洪水計算

按前述設(shè)計暴雨分析采用貴州省水利廳1983 年出版《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》和1988年相應(yīng)的《修訂本》進行。

此流域集雨面積25＜F＜300 km2，幾何特征值θ=23.80＜30，按下列公式進行各頻率設(shè)計洪峰流量計算。

式中：QP-設(shè)計頻率為P 的洪峰流量（m3/s）；r1-匯流系數(shù)?？椊馂棰?區(qū)，變化范圍為0.22～0.26；f-流域形狀系數(shù)（f=F/L2，L為河長）。f=0.293；J-主河道平均坡降。J=7.80‰；F-流域面積。該工程流域面積42.30 km2；C-洪峰徑流系數(shù)。由設(shè)計暴雨查表求?。籏P-設(shè)計頻率為P 的皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數(shù)。采用Cv=0.45，Cs=3.5Cv；H24-設(shè)計年最大24 h點雨量均值。H24=110 mm。

將有關(guān)數(shù)值代入公式中計算后，得出大新橋水庫各頻率設(shè)計洪水成果見表3。

從表3中可看出，由流量法和雨洪法計算的洪峰量值在P<0.50%時較接近，P>0.50%時偏差較大?？紤]到織金水文站實測洪水系列年限只有28 年，計算和適線的統(tǒng)計參數(shù)Cv值為0.98偏大，為安全計，采用雨洪法計算成果，對小流域的洪水計算精度能夠保證?？裳型ㄟ^審查以來，2年中流域內(nèi)未發(fā)生大暴雨及大洪水，經(jīng)復核，此次初步設(shè)計中仍推薦采用可研階段的設(shè)計暴雨成果和設(shè)計洪水成果。

大新橋水庫為中型水庫，此階段采用重力拱壩和面板堆石壩兩種方案作比較，按規(guī)程規(guī)范及《防洪標準》，其設(shè)計洪水標準均采用50 年一遇，相應(yīng)洪水流量為210 m3/s，重力拱壩和面板堆石壩的校核洪水標準分別采用500 年一遇和1 000 年一遇，相應(yīng)洪水流量分別為335 m3/s和371 m3/s。

洪水過程線直接采用《手冊》中ρ=0.3的（一）類概化線進行計算，其結(jié)果列于后續(xù)洪水調(diào)節(jié)計算有關(guān)章節(jié)中。按可研審查意見，初步設(shè)計中對設(shè)計和校核洪水過程線上不同設(shè)計頻率洪峰流量出現(xiàn)位置按洪水特性進行了修正。

3.4 分期設(shè)計洪水

大新橋水庫工程施工洪水設(shè)計重現(xiàn)期分別選用5 年、10年、20 年一遇，施工分期選用11-3 月、11-4 月、12-3 月、12-4月，按織金氣象站1958-2002年實測相應(yīng)時段月最大一日降雨量排頻，采用前述雨洪法進行分期設(shè)計洪水推求，根據(jù)工程實際，選取p=10%為推薦堆石壩方案施工導流洪水標準，見表4。

表4 大新橋水庫分期設(shè)計洪水成果表

4 結(jié)語

綜上所述，水庫工程設(shè)計洪水計算是水庫樞紐工程設(shè)計文件的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。熟悉流域工程概況，完成設(shè)計暴雨計算，進而圍繞洪水特性、歷史洪水分析、設(shè)計洪水計算和分期設(shè)計洪水分析等多方面實施水庫工程設(shè)計洪水計算分析。