基于小塔山水庫入庫洪水計算的研究

聶大鵬

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口115003)

1 流域的概況

小塔山水庫位于贛榆縣西北部丘陵區青口河的上游，庫區面積約26.5 km2，集水面積386 km2。青口河發源于山東省南縣、流經洙邊、黑林、小塔山水庫、青口、于下口處向東如海，全長64 km(贛榆縣境內45 km)，主要支流有旦頭河、康邑河，均匯入小塔山水庫。由于干支流均發源于山嶺地區，坡陡谷深，源短流急，并呈扇狀向青口河匯合。因此，回流速度快、來勢猛，洪水4 h左右即可到達青口河。水庫下游青口河兩岸為一開闊平原，土地肥沃，人口稠密，村鎮集中，河道狹窄彎曲。青口河流域具有較長雨量資料系列的雨量站有青口、小塔山、黑林、洙邊4個雨量站，其中小塔山、黑林、洙邊3 個雨量站處于小塔山水庫壩址以上集水面積范圍內。

2 入庫設計洪水的分析計算

2.1 防洪設計標準

小塔山水庫總庫容達2.70 億m3，依據《防洪標準》(GB50201—94)，小塔山水庫屬于大(2)型水庫，為二等工程，主要建筑物應按2 級水工建筑物設計。根據《防洪標準》和《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準》及補充規定，并且匯入小塔山水庫的干支流均發源于山嶺地區，坡陡谷深，源短流急并呈扇形向青口河匯合，匯流速度快，來勢猛，而水庫下游青口河兩岸為開闊平原，人口稠密，村鎮集中，小塔山水庫一旦失事，危害極大。最終確定小塔山水庫的設計標準為100 a一遇，核準標準為2000 a一遇。同時也進行了20 a一遇、50 a一遇、200 a一遇、300 a一遇、1 000 a一遇、5 000 a一遇的計算。

2.2 入庫設計洪水的分析計算

小塔山水庫未設置控制性入庫水文站，缺乏實測入庫洪水資料，所以無法直接由洪峰流量和洪量資料推求設計洪水;根據庫水位與下泄流量反求入庫洪水過程，由于影響因素眾多，存在一些具體技術問題，精度不高，并且小塔山水庫只具有1962—1975年的庫水位和出庫流量資料，為此只能采用暴雨資料間接推求設計洪水［1］。

2.2.1 暴雨資料的收集與整理

1)設計暴雨歷時的確定。確定以3 d為設計暴雨歷時;以24 h作為控制時段;以1 d、3 d為統計時段。因為通過計算分析:本流域一次大暴雨過程大約在3 d左右，造成洪水的暴雨歷時比較短，屬于短歷時，所以上述設計暴雨歷時的確定是合理的。

2)實測雨量資料。青口河流域具有較長雨量資料系列的雨量站有青口、小塔山、黑林、洙邊4 個雨量站。其中小塔山、黑林、洙邊3 個雨量站處于小塔山水庫壩址以上積水面積范圍內，具有連續36 a資料(1965—1977 年)，所以選擇了小塔山、黑林、洙邊3個站。用泰森多邊形法求得它們的權重系數分別為0.09337、0.40602、0.5006，進而求得面平均雨量。

3)調查暴雨資料。經計算36 a的最大3 d面雨量的平均值為136.1 mm。其中1974 年3 d面暴雨量為325.6 mm，是最大值，其模比系數為2.4;最大1 d面雨量的均值為97.7 mm。其中1997 年最大1 d面雨量為229.5 mm，是最大值，其模比系數為2.3。

4)資料的處理與審查。資料的審查主要是審查資料的代表性、正確性。資料代表性的好壞主要看資料內容是否比較全面，能否較好的代表總體。而暴雨資料代表性主要看資料中的暴雨是否有各種大小的暴雨，且偏重于大暴雨。通過計算分析，暴雨資料中，最大3 d降水量和最大1 d降水量都有若干較大值，所以本次設計資料的代表性良好。

2.2.2 設計暴雨過程的計算

2.2.2.1 經驗頻率計算

頻率計算采用計算公式為:

式中:P 為≥xm的經驗頻率;m 為xm序號，即≥xm的項數;n 為樣本容量，即觀測資料的總項數。

2.2.2.2 設計暴雨量的計算

經計算，得最大1 d面暴雨的統計參數為:

X 為97.71mm，CV=0.48，CS/CV=3.5

最大3 d面暴雨的統計參數為:

X=141.5，CV=0.50，CS/CV=3.5

2.2.2.3 設計暴雨統計參數的合理性分析

2.2.2.4 不同歷時，不同設計頻率的設計面雨量計算

式中:XP為設計面雨量，mm;KP為模比系數;X 為雨量均值，mm。

2.2.2.5 設計暴雨合理性分析和采用

因為是用36 a的資料來推求2 000 a一遇，所以不可避免會產生誤差。所以我們加了一個安全保證值，為原設計值的10%。

2.2.2.6 設計暴雨過程的推求

1)采用同頻率放大法，選用實測的較大的點暴雨過程作為面暴雨放大的典型暴雨過程。選擇典型暴雨過程時遵循對工程安全偏不利的原則。經過比較分析，最后選用黑林1974 年8 月11 日—8 月13日和黑林1997 年8 月18 日—8 月20 日的兩次較大暴雨作為典型暴雨過程進行計算。

2)放大倍比采用公式:

式中:K24h為最大24 h雨量放大倍比為最大3 d與最大24 h的雨量差額放大倍比;分別為最大24 h和最大3 d的設計暴雨量;分別為最大24 h和最大3 d的典型暴雨量。

2.2.2.7 設計凈雨過程計算

由于本流域缺乏實測的雨洪資料，所以采用《江蘇省暴雨洪水圖集》中的有關地區綜合成果進行設計凈雨過程的計算。

設計條件下，前期影響雨量Pa=＆Im，當最大3 d設計面降水量＞250 mm 時，系數＆=0.65，Im=75 mm，故前期影響雨量Pa=0.65×75=48.75 mm。

采用下面的數學模型推求設計凈雨過程:

2.2.2.8 設計入庫洪水過程的計算

1)采用經驗單位線法推求入庫設計洪水。經驗單位線由小塔山水庫流域實測降水及相應的洪水徑流資料，運用單位線的兩項基本假定來推求。單位線的兩項基本假定分別為倍比假定和疊加假定。推求單位線的一般方法有縮放法、分析法、試錯法。我們采用的是試錯法。所謂試錯法就是假定一條單位線，用單位線推流的方法得出一洪水入庫過程，與實測資料所求出的入庫流量比較，如一致的話，則假設的單位線即為所求;如不一致，則調整單位線重復上述過程直到一致為止。

2)經驗單位線采用原徐州地區“關于小塔山水庫水文分析成果報請審批的報告”中所分析的6 h標準單位線成果。具體做法是運用s 曲線將6 h單位線轉換成3 h單位線，然后再利用3 h單位線推求設計入庫洪水過程。

［1］陳俊合，劉海洋，劉樹鋒.飛來峽水庫入庫洪水計算模型探討［J］.中山大學學報:自然科學版，2004，43(03):107－110.