林口縣牛心水庫水文分析

李冬升，高新梅

（牡丹江市水利勘測設計研究院，黑龍江牡丹江 157000）

1 工程概況

牛心水庫壩址位于朱家鎮牛心村1.6 km處的五虎林河支流牛心溝中游，距下游朱家鎮14 km。牛心水庫是一座以灌溉、防洪為主，兼顧養魚、旅游等綜合利用的小（1）型水庫。水庫控制流域面積78 km2，總庫容453萬m3，興利庫容413萬m3，水庫除險后，設計灌溉水田490.7 hm2;防洪保護下游農田2 133 hm2;保護1個鄉鎮，4個村屯，2.6萬余人口及牡～佳線鐵路。

牛心水庫屬于Ⅳ等4級工程，原洪水設計標準為30 a一遇洪水設計，500 a一遇洪水校核。水庫樞紐主要由土壩、輸水洞、溢洪道等組成。水庫土壩采用均質土壩，水庫現有土壩壩頂高程為 112.01～112.82 m，壩長273 m，最大壩高13.3 m，壩頂寬4.0 m，迎水坡比1∶3，背水坡比1∶2，溢洪道位于土壩左岸，為雙孔開敞式正槽溢洪道，堰頂設有雙孔弧形閘門，單孔凈寬7 m，堰頂高程107.00 m，溢洪道由進口段、溢流段、連接段、陡坡段、消力池段和海漫段組成，兩側側墻為漿砌石擋墻。

2 水文分析

2.1 流域概況

牛心溝是五虎林河一級支流，流域地形屬低山丘陵。河道平均比降約為1/200。水庫上游為天然次生林，植被良好，下游水庫灌區是五虎林河流域4個666.7 hm2以上灌區之一。

本流域屬于中溫帶大陸性季風氣候區。特點是四季分明，春季（4～5月）多風干燥，夏季（6～8月）濕熱多雨，秋季（9～10月）溫涼早霜，冬季（11～3月）嚴寒漫長。

根據林口氣象站資料統計，多年平均降雨量530 mm，多年平均蒸發量720 mm，多年平均徑流深145 mm，多年平均氣溫2.5℃，無霜期120 d左右。最大風速20.7 m/s。日照時數為2 500 h，平均風速3 m/s，最大凍土深度1.8 m。

2.2 水文基本資料

本流域內沒有水文站，該水庫又無觀測資料，故本次水文資料主要依據主要借用2005年由省水院完成的《勃利縣城鎮供水九龍水庫可行性研究》報告中采用的勃利水文站徑流系列為1959～2003年45 a徑流系列成果和1996年版《黑龍江省水文圖集》。

2.3 徑流

牛心水庫位于牡丹江右岸二級支流牛心溝上，該支流無水文站，本次借用臨近流域勃利縣的小匯水面積站勃利水文站的1959-2003年月旬徑流分配成果。2005年由省水院完成的《勃利縣城鎮供水九龍水庫可行性研究》報告中采用的勃利水文站徑流系列為1959-2003年45 a徑流系列，本次直接采用。

2.4 洪水

2.4.1 暴雨洪水特性

本流域大暴雨的天氣系統主要是臺風和氣旋，暴雨發生時間多為7、8月份，暴雨歷時集中，1 d降雨占3 d降雨的77%，。洪水和暴雨一致，主要發生在7、8月份，洪水一般為單峰型，一次洪水約為3 d。

2.4.2 設計洪水

采用1996年《黑龍江省水文圖集》徑流途徑和暴雨途徑分別推求本流域設計洪峰流量。見表1。

表1 設計洪峰流量成果表

由表1可知，兩種途徑結果有一定出入，將本次兩種方法推求的成果與牛心水庫現有的設計成果進行比較，徑流途徑推求的成果更接近原設計成果，本次設計采用徑流途徑計算洪水為設計洪水。

本流域無實測洪水記錄，鄰近有資料的測站流域面積及特性和本流域相差較大，相關不好。因此本次采用1996年《黑龍江省水文圖集》徑流途經推求設計洪水方法。

洪水計算成果見表2。設計洪水過程線采用1996年《黑龍江省水文圖集》概化洪水過程線，見表3，圖1。

表2 最大流量、不同時段洪量模比系數表

表3 各頻率洪峰及洪量成果表

表4 牛心水庫洪水過程線

2.5 水庫損失

蒸發損失為水面蒸發與陸面蒸發的差值，陸面蒸發量按多年平均降水量與徑流深的差值計算。牛心水庫本身無蒸發、降水觀測資料，本次借用1996年黑龍江省水文圖集成果，查得水庫站降水、蒸發資料，計算水庫蒸發損失深度，公式如下：

式中：ΔE為水庫蒸發損失深度，mm;E水多年平均水面蒸發量，696.5 mm;R為多年平均徑流深，145 mm;P為多年平均降水量，530 mm。

庫區滲漏損失按1.5 mm/d計。牛心水庫多年平均水庫總損失深度為859 mm，損失深度年內分配情況見表5。

2.6 泥沙與冰情

2.6.1 泥沙

該流域沒有懸移質輸沙率觀測資料，查1996年版《黑龍江省水文圖集》的懸移質輸沙率等值線圖，牛心水庫處多年平均年輸沙模數為70 t/k·m2/a，依據壩址以上流域面積推算水庫壩址年懸移質輸沙量為5 460 t。

圖1 牛心水庫設計洪水過程線

2.6.2 冰情

查1996年版《黑龍江省水文圖集》，冰情特征值統計表，五虎林河流域多年平均開河日期為3月30日，封凍日期11月10日。多年平均封凍天數135 d，多年平均最大冰厚0.54 m。

2.7 水庫壩下H-Q

牛心水庫壩下100 m處H-Q曲線按牡丹江院實測河道斷面，采用曼寧公式計算。糙率根據壩址附近河床及灘地組成情況，分析選定主糙率為0.035，灘地糙率為0.058，河道比降0.5%，H-Q曲線成果見表6，圖3。

2.8 施工期洪水

依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）和《水利水電工程施工組織設計規范》（SDJ338-89）的有關規定，本工程永久性主要建筑物為4級，次要建筑物為5級，臨時性建筑物級別采用5級。導流圍堰屬臨時性5級建筑物，洪水標準采用5 a一遇，設計流量39 m3/s，設計水位108.07 m。

3 結論

牛心水庫除險加固工程已于2009年末正式竣工驗收。工程建筑滿足設計要求，在工程交付使用后，功能運行良好。驗證了此次水文成果的可靠性、準確性。

表5 牛心水庫損失深度年內分配表 mm

表6 壩下游100 m水位～流量關系曲線

圖2 牛心水庫壩下H-Q曲線

表7 施工5 a一遇洪水過程線

圖3 牛心水庫施工洪水過程線

[1]蔣金珠.工程水文及水利計算[M].北京：水利電力出版社，2001.

[2]牡丹江市水利勘測設計研究院.黑龍江省林口縣牛心水庫除險加固工程初步設計報告[R].牡丹江：牡丹江市水利勘測設計研究院，2008.