二道水庫小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

趙云龍,張巍巍,劉鴻濤

（1.吉林省第二松花江防汛機(jī)動搶險隊(duì),吉林 長春 130022;2.長春工程學(xué)院,吉林 長春 130012）

二道水庫位于吉林省樺甸市二道溝村境內(nèi)，第二松花江水系輝發(fā)河左岸一級支流金沙河的支流上。流域?qū)儆诎肷絽^(qū)河流，植被覆蓋良好。河長70.3 km，流域面積1 209 km2，河道平均坡度0.2%。水庫壩址以上主要是山地，次生森林茂密，雜草叢生。水庫是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合養(yǎng)魚等綜合利用的?。?）型水庫。

1 洪水計(jì)算

二道水庫始建至今沒有水文觀測資料。相鄰流域水文站主要有輝發(fā)河流域的民立水文站、漂河流域的橫道子水文站等。

1.1 暴雨成因

該流域?qū)儆诖箨懠撅L(fēng)氣候區(qū)，是臺風(fēng)和華北氣旋路經(jīng)之地，暴雨發(fā)生頻繁，造成該流域暴雨成因主要是氣旋、冷渦和臺風(fēng)等天氣系統(tǒng)影響，暴雨多集中在7—8月份，降雨強(qiáng)度大，雨量集中。

1.2 洪水特性

該流域?qū)儆诎肷絽^(qū)性河流，河流一年兩汛，即春汛和夏汛。春汛發(fā)生在3—5月，汛水來源于冰雪融化，造成洪災(zāi)的主要是夏汛，洪水多由暴雨形成，大洪水主要發(fā)生在7，8月份。該流域河道比降較陡，匯流快，洪水歷時短，洪水過程多為單峰，基本是陡漲陡落。

1.3 洪水計(jì)算

由于二道水庫始建至今無完整水文觀測資料，故該次洪水按無資料情況計(jì)算，由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水。

1.3.1 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

二道水庫設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算采用吉林省水文水資源局編制的《吉林省暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖集》（2005年版）作為依據(jù)，成果見表1。

式中：P設(shè)計(jì)——某設(shè)計(jì)頻率暴雨，mm；KP——模比系數(shù)——暴雨均值，mm。

表1 二道水庫設(shè)計(jì)暴雨成果表 mm

1.3.2 設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算

二道水庫設(shè)計(jì)凈雨～徑流關(guān)系的推求采用臨近的、產(chǎn)流條件相似民立站的凈雨～徑流關(guān)系，計(jì)算參數(shù)：n＝0.7，K＝0.9，Imax＝90 mm，a＝21.4，m＝0.95，p+pa＝127.8。設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算結(jié)果見表2。

1.3.3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

1）羅氏法

洪峰流量基本公式：

式中：Qmax——最大洪峰流量，m3/s；α——徑流系數(shù)；β——暴雨不均勻系數(shù)；i——暴雨強(qiáng)度，mm/min；F——集雨面積，km2。

表2 二道水庫設(shè)計(jì)凈雨成果表 mm

設(shè)計(jì)洪水參數(shù)：河道長3 km，河道坡度J＝0.033 9，坡面長m=400 m，坡面坡度為24.2%，土壤系數(shù)ξ＝0.32，坡面糙率系數(shù)φ＝0.34。設(shè)計(jì)洪水成果見表3。

表3 二道水庫設(shè)計(jì)洪水成果表（羅氏法）

2）水科所法

洪峰流量基本公式：

式中：Qmax——最大洪峰流量，m3/s；α——暴雨強(qiáng)度，mm/h；ψ——徑流系數(shù)；F——集雨面積，km2。

匯流參數(shù)m計(jì)算根據(jù)流域植被地貌，采用華東地區(qū)小流域洪水參數(shù)m計(jì)算公式m＝0.395θ0.104（Ⅱ類、Ⅱ-2）計(jì)算，計(jì)算得 m=0.5。

河道長度 L=3.42 km，河道平均比降 J=0.047的設(shè)計(jì)洪水成果見表4。

3）成果采用

此次洪水計(jì)算采用了羅氏法和水科所法，成果比較見表5。

由表5可知，對此次洪水設(shè)計(jì)的水科所法成果和羅氏法成果進(jìn)行比較，兩種方法所得出的結(jié)果差值較小，且低頻率時水科所法洪峰流量大于羅氏法洪峰流量，高頻率時羅氏法逐步大于水科所法，合乎一般規(guī)律。因?yàn)榱_氏法比較適用于山丘性河流，經(jīng)多次實(shí)踐，認(rèn)為在鄰近的一些小流域采用羅氏法計(jì)算的成果比較合理，因此，此次設(shè)計(jì)洪峰采用羅氏法計(jì)算的成果。

表4 二道水庫設(shè)計(jì)洪水成果表（水科所法）

表5 羅氏法與水科所法成果比較表 m3/s

1.3.4 設(shè)計(jì)洪量計(jì)算

二道水庫設(shè)計(jì)洪量計(jì)算采用設(shè)計(jì)凈雨深進(jìn)行換算：

式中：W——設(shè)計(jì)洪水總量，104m3；hi——設(shè)計(jì)凈雨深，mm，i=24 h；F——集水面積，km2。

由于二道水庫的集水面積較小，根據(jù)我省中部地區(qū)匯流條件，24 h暴雨產(chǎn)生一場洪水總量。計(jì)算成果見表6。

表6 設(shè)計(jì)洪量成果表 104m3

2.4 合理性分析

為了更好地驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)成果的合理性，選擇鄰近流域劉家水庫、大黃泥水庫、朝陽水庫、新開河水庫、閻家店水庫、當(dāng)石水庫、民主水庫、勝利水庫、革新水庫、龍頭山水庫和聯(lián)合水庫作為參證站，繪制各參證站P=5%和P=1%設(shè)計(jì)洪水成果與集雨面積的相關(guān)線作為地區(qū)綜合線，見圖1。由圖1可知，地區(qū)綜合關(guān)系較好，設(shè)計(jì)成果可靠、合理。

圖1 地區(qū)綜合線圖

2.5 設(shè)計(jì)洪水過程線

采用阿列克謝夫法（阿氏模型法）計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過程線，基本公式為：

式中：a=1.522λ1.88；Q——過程線某點(diǎn)的流量，m3/s；Qm——設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；tn——洪峰距開漲時的時間，h；t——某點(diǎn)流量中距開漲時的時間，h；λ——洪水過程線形狀系數(shù)；WP——洪水徑流總量，m。設(shè)計(jì)洪水過程線見圖2。

圖2 二道水庫設(shè)計(jì)洪水過程線

2 結(jié)語

通過合理性分析，發(fā)現(xiàn)低頻率時水科所法洪峰流量大于羅氏法洪峰流量，高頻率時羅氏法逐步大于水科所法，符合一般規(guī)律。因?yàn)榱_氏法比較適用于山丘性河流，此次設(shè)計(jì)洪峰采用羅氏法計(jì)算成果。洪峰一般出現(xiàn)在總歷時的1/4處或總歷時1/3處，經(jīng)過比較，差別不大，此文計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過程線洪峰出現(xiàn)在總歷時的1/3處。

[1]SL44-2006，水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范[S].

[2]劉月英，馬雪梅，等.小匯水面積設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法[J].東北水利水電，2008（8）：39-40.