密云水庫設計洪水復核研究

高海伶

（北京市密云水庫管理處，101512，密云）

密云水庫設計洪水復核研究

高海伶

（北京市密云水庫管理處，101512，密云）

密云水庫是一座防洪和供水綜合利用的大型水庫，其設計洪水的復核和計算幾經演變。為找到設計洪水最新動態變化，以給水庫調洪計算和大壩工程現狀抗洪能力評價提供依據，在過去研究成果的基礎上，將洪水資料系列延長至2008年，并在洪水系列的三性審核中，對1991—2008年的資料進行了還原。通過對歷史特大洪水考證、設計洪水頻率分析計算、設計洪水過程線修勻計算幾項內容的系統分析和研究，得出密云水庫設計洪水目前的復核成果。

密云水庫；設計洪水；水文分析

一、背景及意義

密云水庫位于北京市密云縣溪翁莊鎮，總庫容43.75億m3，是一座綜合利用的大型水庫，由海河流域潮白河上游潮河、白河兩大支流匯流而成。工程控制流域面積15788 km2，占總流域面積的88%。目前水庫的主要任務是保護下游京津冀地區的防洪安全和向北京市供水。

密云水庫于1958年9月動工興建，1960年9月正式建成。原設計防洪標準為千年一遇洪水設計，萬年一遇洪水校核，設計洪水位為158.5m。

1975 年河南省“75·8”大水后，按可能最大洪水分析方法，對密云水庫防洪能力進行復核，復核后千年一遇設計洪水位為157.5m。

1991年，為進一步解決密云水庫防洪調度與興利蓄水的矛盾，北京市水利局委托清華大學水利水電工程系對密云水庫設計洪水進行復核計算。經國家防總批準復核，千年一遇設計洪水位高程為157.5m。

1994年，由于水庫任務的改變、海河流域綜合規劃的全面制定，經國務院正式批準，北京市政府委托清華大學對密云水庫進行了建庫以來的第一次全面安全檢查，同時對主汛期設計洪水進行了復核，并對秋汛洪水進行了研究。

1996年，水利部電力工業部天津勘測設計研究院 （以下簡稱天津院）對密云水庫的設計洪水進行了復核。之后天津院的成果通過了水利部的審查。

2002年，根據國家防汛抗旱總指揮部辦公室文件 （辦庫 〔2002〕8號）《關于開展水庫汛限水位設計與運用研究試點工作的通知》，國家防總及北京市防辦委托清華大學水利水電工程系承擔密云水庫的汛限水位設計與運用方案項目的研究工作，研究中對設計洪水進行了重新計算，并獲得水利部批復。

設計洪水復核直接影響到工程的安全、投資及效益。為找出密云水庫設計洪水目前的動態變化，為水庫調洪計算和大壩工程現狀抗洪能力評價提供依據，本文在天津院1996年研究成果的基礎上，將洪水資料系列延長18年，至2008年，并在洪水系列的三性審核中，對1991—2008年的資料進行了還原。而后通過系統的分析和研究，得出密云水庫設計洪水目前的復核成果。

二、國內外設計洪水研究現狀

自Fuller（富勒）1914年首次通過在頻率格紙上點繪洪水經驗頻率曲線推求設計洪水以來，洪水頻率分析研究與應用已有近100年的歷史。目前設計洪水分析計算主要有兩種途徑：

1.采用統計方法（頻率分析計算）推求設計洪水

近年，國外對洪水抽樣方法、頻率曲線線型、經驗頻率公式、參數估計方法、設計洪水過程線放大、區域洪水頻率分析、時間序列分析、非參數估計等多方面進行了廣泛和深入的研究，并取得了一些進展。我國自20世紀50年代開始開展水文頻率分析工作，各方面也有了較為深入的研究。在吸取各國經驗和參照國外有關規范的基礎上，形成了一套符合中國國情的、能基本上解決實際問題的理論和方法，目前的國家行業標準是 《水利水電工程設計洪水計算規范（SL 44—2006）》。

2.從水文氣象的成因途徑（PMP/PMF）推求設計洪水

此法首先由美國提出，并用于工程設計，作為重要水壩和泄洪道的普遍設計標準。我國開展此工作始于20世紀50年代末，20世紀80年代以來又取得了一些新的研究成果。中小型水利水電工程由于流量資料短缺，往往采用由設計暴雨利用推理公式和單位線方法推求設計洪水的間接方法；而大中型工程主要依據流量資料直接計算，同時也可采用暴雨徑流間接法，多種途徑綜合比較，合理選定。該法可避免頻率分析計算的某些不足。

三、洪水系列資料審查

水文資料是水文分析計算的依據，直接影響設計洪水計算的精度和可靠性，是設計洪水計算的基礎。此項工作包括對洪水資料可靠性、代表性和一致性的審查。

1.可靠性分析

由于天津院的復核成果在原始洪水系列資料審核考證中較為詳盡合理，本文在選取洪水系列資料時，以其為基礎，1990年以后的資料以密云水庫整編后的水文資料為準，將系列延長到2008年。因此本文所采用資料是可靠的。

2.一致性分析

在密云水庫徑流計算中，考慮到自2002年起白河堡水庫、遙橋峪水庫、半城子水庫每年均向密云水庫調水 8 000萬 m3左右，1991—2008年最大15天洪量期間，未經過還原的水量比經過還原的水量增加3%，且個別年份變化較大。因此，為保證洪水系列的一致性，本文在天津院資料的基礎上，將1991—2008年的洪量進行了還原計算。

3.代表性分析

研究采用了1918—2008年長達91年的實測數據資料（見圖1），包括多個豐枯變化，并有可靠的歷史特大洪水資料，具備了良好的代表性要求。

以上表明，本文所選洪水系列具有良好的可靠性、一致性和代表性，根據設計洪水計算要求，可以由流量資料推求設計洪水。

四、歷史洪水考證

對于歷史洪峰的考證，從歷史文獻考證來看，1939年洪水居1368—2008年的第5位，重現期為128年；從洪水調查成果來看，1939年洪水居1867—2008年的首位，重現期為142年。最終將1939年洪峰的重現期定為128年。

對于歷史時段洪量的考證，認為：1939年的洪峰比洪量更為稀遇，故從洪水調查期及實測期對1939年洪量的重現期作考證。從洪水調查成果來看，1939年洪水居1867年以來的首位，重現期為142年；從1918—2008年的實測洪水來看，1939年洪水居首位，重現期為91年。因此，本文將1939年洪量的重現期定為91年。

五、頻率分析

在密云水庫1918—1990年洪水中，對1939年洪水作特大值處理，其他年份洪水按不連序系列的分別處理法確定。

根據計算結果點繪經驗頻率分布圖，并通過點群中心目估確定一光滑曲線。頻率曲線的線型采用皮爾遜Ⅲ型。

由于該流域自1368年以來，比較突出的大洪水年份 1470、1554、1668、1801年，年代久遠，難于進行定量計算，因此無法采用參數估算方法進行定量的初值估算。適線法計算結果見表1。

六、設計洪水過程線

根據“可能和不利”的原則，研究中選用1949年為典型年，并進行同頻率典型放大。放大后的設計洪水過程線根據水量平衡進行修勻處理。圖2是處理后P為0.01%時的設計洪水過程線。P為0.1%、P為1%和P為2%時的線型類似，放大比例不同。

表1 頻率分析成果表 （流量單位：m3/s，洪量單位：億m3）

表2 密云水庫設計洪水成果對比表 （洪峰單位：m3/s，洪量單位：億m3）

七、密云水庫設計洪水成果對比

由表2對比發現，設計洪水成果較天津院普遍減少10%以上，而較2002年清華研究結果略有減少，均在6%以下。因此，天津院的設計洪水成果不再適應密云水庫的現狀，而清華大學2002年的復核成果依然可以繼續使用。

八、結 語

本文將洪水系列延長至2008年，并通過統計計算認為密云水庫以上的跨流域引水影響漸為顯著。因此，為保證洪水系列的一致性，在天津院資料的基礎上，將1991—2008年的洪量進行了還原。

通過洪水系列資料的可靠性、一致性和代表性審查，歷史洪水考證，頻率計算及洪水過程線的放大，得出設計洪水目前的復核成果。

通過成果對比得出，天津院的設計洪水成果不再適應密云水庫的現狀，而清華大學2002年的設計洪水成果依然可以繼續使用，從而為密云水庫調洪計算和大壩工程現狀抗洪能力評價提供了重要的基礎依據。

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Study on design flood reexam ination of theM iyun Reservoir

GaoHailing

TheMiyun Reservoir isa large reservoirwith comprehensiveutilization of flood prevention and thewater supply.Its design flood has been calculated and reexamined for several times.In order to find the design flood's newest dynamic changeand provide thebasisof flood calculationsand the dam project flood-fighting ability appraisal in presentsituation,based on past research results,the flood material series extension to 2008,and in the flood series'three characteristics verification,has carried on to1991-2008 yearmaterial the return tooriginalstate.Through thehistoricalcatastrophic flood research,the design flood frequency analysis computation and the design flood process line smoothing calculation,the presentMiyun Reservoirdesign flood reexamine resultsisachieved.

Miyun Reservoir；design flood；hydrology analysis

TV622+P33

B

1000-1123（2011）03-0055-03

2010-08-02

高海伶（1978—），女，工程師。

責任編輯 張瑜洪