上英水庫除險加固工程設計洪水計算與分析

楊艷英

（海城市水利水電工程移民局，遼寧海城114200）

上英水庫除險加固工程設計洪水計算與分析

楊艷英

（海城市水利水電工程移民局，遼寧海城114200）

海城市上英水庫工程存在歷史遺留和經多年運行部分工程老化等諸多病險隱患，急需對上英水庫實施除險加固工程。水庫除險加固設計的關鍵就是設計洪水的復核。為確定除險加固工程設計標準，須進行設計洪水計算與分析，為水庫除險加固工程提供設計依據。本文簡述了工程概況，并就設計洪水復核中的幾個重點問題進行了計算、分析與探討，旨在為工程建設提供詳實的數據依據，同時為類似工程建設提供參考和借鑒。

除險加固；暴雨；洪水；計算；上英水庫

1 工程概況

海城市上英水庫是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養魚和供水等綜合利用的中型水庫，水庫控制流域面積54km2。原水庫總庫容3170萬m3，正常庫容2037萬m3，防洪庫容為1133萬m3，死庫容220萬m3，淤積年限50年。水庫主要由攔河大壩、右岸輸水隧洞、左岸開敞式明渠溢洪道組成。原設計灌溉面積780hm2、可養殖面積有120hm2。目前，水庫工程存在歷史遺留和經多年運行部分工程老化等諸多病險隱患。工程病險隱患一旦引發水庫失事，勢必造成下游人民群眾的重大傷亡，使下游人民財產、城鎮設施、重要交通設施及大片農田遭到嚴重破壞，給國民經濟和社會帶來不可估量的損失。因此對上英水庫實施除險加固工程措施，防患于未然，是十分必要的。

2 氣象概況

上英水庫地處中緯度，屬于溫帶季風氣候區，其特點是冬季以西北季風為主，嚴寒干燥；夏季以東南季風為主炎熱多雨，四季冷暖干濕分明。以海城站為氣象代表站，統計40年氣候資料。多年平均降水量703.5m m；降水主要集中在6～9月，占全年降水量的62.92%；7、8兩月的降水量占全年降水量的51.25%。多年平均蒸發量為1659.3m m（20c m蒸發皿）；其中5月蒸發最大，占全年的17.41%；1月蒸發量最小，占全年的1.92%。多年平均氣溫：8.7℃，極端最高氣溫為36.6℃，極端最低氣溫為-34.9℃。最大凍土深度：1.18m，發生在2～3月。風速：多年平均為3.4m/s，最大風速可達20m/s，其相應風向位SSE，多年平均年最大風速16.5m/s，多年平均汛期最大風速13.5m/s。

3 暴雨洪水特性分析

上英水庫地區屬于季風氣候區域中，水汽主要來自東南方太平洋上空高溫多濕的氣流中，季風的強弱對降水量大小影響很大，是遼寧省多雨地區之一。形成本地區暴雨的主要天氣系統有華北氣旋、高空槽和臺風。本地區暴雨比較集中，大部分發生在東南季風勢力最強的7～8月，兩月降水量可占全年降水量的51%，暴雨一般持續1～2d，其中大部分在1d內，最長可達3d。本流域洪水主要由暴雨產生，一次洪水過程大部分在1天之內，最長可達3d，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪性河流。一次降雨即形成一次洪峰，其洪水過程線多為單峰型。

4 設計暴雨洪水分析

上英水庫由于無實測水文資料，其設計洪水采用無資料地區設計暴雨洪水計算方法計算。水庫原設計暴雨洪水系采用《遼寧省水文手冊》（1975年由遼寧省水文局與遼寧省水利勘測設計院共同編制，以下簡稱《手冊》）計算。水庫安全評價階段對上英水庫設計暴雨洪水重新進行了分析計算，計算方法系采用《遼寧省中小河流（無資料地區）設計暴雨洪水計算方法》（遼寧省水文水資源勘測局1998年8月編，以下簡稱《方法》）。本次水庫除險加固階段對上英水庫設計暴雨洪水重新進行了復核計算，亦采用《方法》進行計算。《手冊》與《方法》在編制暴雨等值線圖中使用的降水資料年限不同，前者資料截止至1972年，后者資料截止至1995年。另外在設計洪峰流量計算公式方面兩者亦有所不同，前者計算中僅需推算24h面雨量即可，而后者計算中除需推算24h面雨量外尚需推算6h、1h等短歷時面雨量。

4.1 設計暴雨計算

上英水庫地處水文分區的Ⅲ4區，控制流域面積54km2，河長16.2km，河道平均比降12.8‰。以壩址以上集水面積重心查讀各不同時段暴雨等值線圖和C v等值線圖。本次復核計算的上英水庫設計暴雨見表1。

式中：QP為設計洪峰流量；ψP為設計洪峰徑流系數；F為集水面積；iP為相當于匯流時間τ的設計面暴雨強度；PτP面為一定頻率下τ歷時的設計面暴雨［2］；P24P面為一定頻率下24h歷時的設計面暴雨；n1P、n2P為短歷時暴雨指數；τ為匯流時間；L為河流長度；J為河道平均坡度；x、y為地區匯流參數。

（2）設計洪量按如下公式計算：

式中：W三P、W（三-24）P、W24P分別為不同頻率的設計三日洪量、前鋒洪量、主峰洪量；P三P面、P（W-24）P為不同頻率的三日、24h設計面雨量；α三P、α（三-24）P為不同頻率的三日洪量、前鋒洪量的徑流系數。各不同頻率設計洪峰、最大24h洪量和三日洪量見表2。

表1中同時列出了上英水庫原設計暴雨成果和大壩安全評價階段計算的設計暴雨成果與本次計算成果，三者比較，原設計成果略大，安全評價與本次成果相差不多。本次仍以大壩安全評價階段的設計暴雨成果作為采用成果。

4.2 設計洪水計算

本次對上英水庫設計洪水進行的復核有設計洪峰流量計算與設計洪量計算。

（1）設計洪峰流量按如下公式計算：

表1 上英水庫設計暴雨成果表（單位：m m）

表2 上英水庫設計洪水成果表（單位：m3/s、萬m3）

表2中同時列出了上英水庫原設計洪水成果和大壩安全評價階段計算的設計洪水成果，三者比較，原設計成果略大，安全評價與本次成果相差不多。考慮安全評價階段和本次均使用新編圖表計算，以及在大壩安全評價階段選定該階段復核的設計洪水為采用成果，且該成果已通過審查，故本次仍以大壩安全評價階段的設計洪水成果作為采用成果。

4.3 設計洪水分析與安全評價

水庫安全評價階段和本次水庫除險加固階段設計暴雨與設計洪水的計算方法是相同的，但由于在點面折減系數KF等參數的取值略有不同，至使設計暴雨洪水略有不同。從上英水庫原設計暴雨成果和設計洪水的計算成果同大壩安全評價階段計算的設計暴雨和設計洪水成果及本次設計的計算成果進行比較分析可以看出：原設計成果略大，安全評價與本次成果相差不多。為此，為了確保水庫除險加固工程的順利完成和確保水庫樞紐工程的安全，此次設計暴雨和設計洪水采用安全評價時的成果進行計算與分析。

5 設計洪水過程線分析

依照采用的設計洪水，按無資料地區設計暴雨洪水計算方法計算出各頻率設計洪水過程線，同時計算出各頻率洪水對應的基流量，將各頻率基流平加于對應頻率洪水過程線各時段上，得到設計洪水過程曲線，詳細情況見圖1。

圖1 上英水庫設計洪水過程曲線圖

6 設計洪水的合理性分析

將海城站和湯河水庫站由實測洪水資料計算的設計洪峰和三日設計洪量與上英水庫采用無資料地區設計暴雨洪水計算方法計算的設計洪峰和三日設計洪量進行地區分布分析，詳見圖2和圖3。

圖2 上英水庫與海城站及湯河水庫設計洪峰與面積關系圖

圖3 上英水庫與海城站及湯河水庫設計3日洪量與面積關系圖

由圖2可以看出，三站相同頻率設計洪峰地區分布關系較好，呈面積比的2/3次方關系；由圖3可以看出，三站相同頻率設計三日洪量地區分布關系亦較好，呈面積比的1次方關系。上述關系符合該地區洪水地區分布規律，表明采用無資料地區設計暴雨洪水計算方法計算的上英水庫的洪水是合理的。

7 結語

通過對海城市上英水庫除險加固工程設計洪水的計算與分析，可以看出該地區洪水地區分布規律，表明采用無資料地區設計暴雨洪水計算方法計算的上英水庫的洪水是合理的。通過設計洪水的計算與分析為工程建設提供詳實的數據依據，同時為類似工程建設提供參考和借鑒，更為水庫除險加固后發揮其防洪、改善生態環境和為經濟社會發展提供基礎保障。

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1672-2469（2015）06-0037-03

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.06.012

楊艷英（1969年—），女，工程師。

DOI：10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.06.013