廉江市木嶺水閘設計洪水計算

馬妍博，袁明道，徐云乾，夏 甜，黃智敏

(廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635)

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廉江市木嶺水閘設計洪水計算

馬妍博，袁明道，徐云乾，夏 甜，黃智敏

(廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635)

以廉江市木嶺水閘為例，對防洪安全評價工作的核心內容—設計洪水進行計算；因地制宜地將流量資料推求洪水和暴雨資料推求洪水兩種基本方法得以合理運用，為工程防洪安全評價提供依據，也為類似工程設計洪水計算提供參考和借鑒。

設計洪水；流量資料；暴雨資料

水文計算在水利工程的安全鑒定[1]中起到不可或缺的作用，防洪安全評價等級的確定直接影響到對工程安全類別的劃定。設計洪水計算作為防洪安全評價工作的核心內容，如何因地制宜地選取合理的計算方法和計算成果是本文探討的主題。

本文以廉江市木嶺水閘為例，對防洪安全評價工作的核心內容—設計洪水進行計算，因地制宜地將流量資料推求洪水[2]和暴雨資料推求洪水[3]兩種基本方法得以合理運用。其中，多次應用頻率分析[4]、水文比擬法[5]、推理公式法[6]、綜合單位線法[7]、洪水疊加[8]、水庫削峰[9]等基本手段，確保了成果的準確性和合理性。

1 工程概況

廉江市木嶺水閘位于九洲江中游，是一宗綜合運用的大(2)型水閘，主要解決石嶺、吉水兩鎮0.15萬hm2農田的灌溉需水，并承擔部分通航、供給淡水以及發電作用。該水閘始建于1973年，1991—1992年進行過除險加固。

木嶺水閘控制集水面積為1 894.5 km2，上游建有大(1)型水庫—鶴地水庫(集雨面積為1 495 km2)和兩座中型水庫—武陵水庫(集雨面積為135 km2)和江頭水庫(集雨面積為17 km2)，區間集雨面積為247.5 km2，水系分布見圖1。

圖1 流域水系分布示意

2 設計洪水標準

根據《防洪標準》(GB 50201—2014)及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2000)規定，按“攔河水閘工程分等指標”進行劃分，木嶺水閘屬于Ⅱ等大(2)型工程，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級。設計洪水標準采用30年一遇設計，100年一遇校核。

3 水文站點分布

九洲江流域內建有3個水文站和1個水庫站，分布情況見表1。其中，缸瓦窯水文站位于木嶺水閘下游21 km處，是九洲江流域的控制站，也是本次計算的主要依據站。該站集雨面積為3 086 km2，占全流域面積的92.5%，建站于1955年，1962年4月撤銷，1969年4月恢復觀測至今。

4 設計洪水計算

根據工程所屬流域范圍內水文站點及水利工程的分布情況，木嶺水閘設計洪水采用下面3種方法進行推求。

表1 九洲江流域內水文站點分布情況

4.1 水文比擬法

4.1.1 缸瓦窯實測系列頻率計算[4]

根據缸瓦窯站實測的鶴地水庫建庫后的44 a(1970—2013年)洪峰流量資料(見表2)，頻率計算成果見表3和圖2～4。

表2 計算采用的資料系列

表3 缸瓦窯水文站各頻率設計洪峰流量

圖2 最大洪峰流量頻率計算成果

圖3 最大24 h洪量頻率計算成果

圖4 最大72 h洪量頻率計算成果

4.1.2 水文比擬法[5]

木嶺水閘閘址以上集雨面積為1 894.5 km2，占缸瓦窯水文站集雨面積的61.39%，本工程設計洪峰流量可按照水文比擬法進行推求。

Q設=(F設/F參)nQ參

(1)式中Q設、Q參為設計站與參證站的洪峰流量，m3/s；F設、F參為設計站與參證站的集雨面積，km2；n為面積比搬家指數，一般洪峰取0.5～0.7，本工程所在流域為九洲江流域，閘址以上建有一座大型水庫和兩座中型水庫，考慮到水庫調蓄作用對中下游流域洪峰流量的影響，同時依據廣東省水文局對九洲江流域通過大量數據統計和分析得到的面積比搬家指數成果，本次復核計算n取0.5。

經推算，木嶺水閘閘址處各頻率設計洪水成果見表4。

表4 木嶺水閘閘址處各頻率設計洪水成果

4.2 不同洪水組成疊加計算

木嶺水閘閘址洪水主要由上游已建的各水庫(鶴地水庫、武陵水庫、江頭水庫)不同頻率的的下泄洪水與木嶺水閘區間洪水組成，從安全考慮，取洪峰遭遇的不利組合進行洪水疊加[8]計算，其中鶴地水庫下泄洪水采用鶴地水庫竣工驗收技術鑒定最新計算成果[10]，資料選用鶴地水庫站1958—2013年洪峰洪量系列，江頭水庫和武陵水庫下泄洪水采用本次調洪演算成果，入庫洪水采用常規的暴雨推求洪水的計算方法—推理公式法[6]和綜合單位線法[7]推求。最終推求閘址設計洪水成果見表5。

表5 木嶺水閘閘址設計洪水成果

根據表5知，30年一遇設計洪水條件下，木嶺水閘閘址設計洪峰流量為3 378 m3/s；100年一遇校核洪水條件下，閘址洪峰流量為4 144 m3/s。

4.3 考慮鶴地水庫削峰作用

鶴地水庫壩址以上集雨面積為1 485 km2，占工程閘址以上集雨面積的78.38%。將鶴地水庫入庫洪水按照水文比擬法(同前)推求出木嶺水閘閘址處各頻率下的天然洪水(見表6)，再考慮區間洪水傳播時間[11]以及鶴地水庫的調蓄作用對其進行削峰[9]修正，本次擬采用兩種方案(方案一：消減對應的洪峰流量值；方案二：消減洪峰流量出現時間相鄰4 h內的流量最小值)，從而求得閘址設計洪水，成果見表7。

表6 木嶺水閘閘址處各頻率設計洪水成果(天然狀態)

表7 木嶺水閘閘址處設計洪水成果

4.4 設計洪水成果合理性分析

4.4.1 歷次成果對比分析

本次計算(見表8)將缸瓦窯水文站和鶴地水庫站實測洪峰洪量系列延長至2013年，資料序列更具有代表性，且求得的設計洪水與《廉江縣木嶺水閘除險加固工程技術設計書》(湛江市水利水電勘測設計室，1991年7月)的成果相對誤差較小，100年一遇相差僅為3.5%～4%，故說明成果合理可靠。

表8 1991年與本次設計洪水計算對比

4.4.2 流域內上、下游對比分析

主要從洪峰流量、洪峰模數在流域內上下游的分布特點以及資料的三性審查等方法，對各方法設計洪水計算成果進行對比分析，見表9。

表9 木嶺水閘閘址處設計洪水計算對比

1) 流域洪峰流量分布特點

根據前面所述各種方法計算成果(見表10)發現，100年一遇洪水條件下，方法二(考慮不同洪水組成洪水疊加計算)得到的閘址洪峰流量為4 144m3/s；方法一(根據缸瓦窯水文站1970—2013年實測系列經頻率計算)得到缸瓦窯水文站100年一遇洪水條件下洪峰流量僅為3 799m3/s。也就是說，閘址以上控制集雨面積僅為缸瓦窯水文站的61.39%，而洪峰流量卻達到了缸瓦窯水文站的109%，很顯然是不符合同流域洪水一般規律。

表10 流域各控制斷面洪峰流量分布對比

2) 洪峰模數[12]對比

結合方法二的計算成果對上、下游洪峰模數進行對比分析發現，100年一遇校核洪水條件下，鶴地水庫洪峰模數為3.18，而鶴地水庫—木嶺水閘區間洪峰模數則達到6.84，不符合其分布規律(見表11)。

表11 洪峰模數對比

綜合表10～11，無論是從洪峰流量分布還是洪峰模數對比，均可判定方法二計算成果不合理。

3) 資料代表性、一致性

方法一和方法三計算成果雖然基本接近，考慮到方法一采用缸瓦窯水文站1970—2013年實測流量資料進行計算，資料系列長度滿足要求，能夠真實反映該流域洪水特性；同時，實測資料均為鶴地水庫、長青水庫建成后統計序列，滿足資料一致性要求；確定本次設計洪水采用方法一所得成果：即30年一遇設計洪水條件下，木嶺水閘閘址處設計洪峰流量為2 355 m3/s；100年一遇校核洪水條件下，洪峰流量為2 978 m3/s。

5 結語

本文結合木嶺水閘現有資料條件，運用頻率分析、水文比擬法、推理公式法、綜合單位線法、洪水疊加、水庫削峰等基本手段和概念，因地制宜地將流量資料推求洪水和暴雨資料推求洪水兩種基本方法得以合理運用。不僅為工程防洪安全評價提供依據，也為類似工程設計洪水計算方法選取提供參考和借鑒。

[1] 羅少彤. 水利工程安全鑒定工作常見技術問題[J]. 廣東水利水電， 2005(1)：76-79，82．

[2] 徐加林，徐寶林，徐立萍. 由流量資料推求設計洪水特征值的原理、方法及應用[J]. 中國防汛抗旱，2015，25(2)：60-62，79．[3] 岳華，劉發明，顏真梅. 用暴雨資料推求中小河流洪峰流量的方法研究[J]. 四川大學學報(工程科學版)，2012，44(4):39-44.

[4] 李宏偉. 水文頻率參數計算方法與應用研究[D].西安：西北農林科技大學，2009.

[5] 岳華，劉發明，顏真梅. 水文比擬法在無資料中小河流洪水預報中的應用[J]. 水利科技與經濟， 2010，16(2):196-197.

[6] 王國安，賀順德，李榮容，等. 論推理公式的基本原理和適用條件[J]. 人民黃河，2010(12)：1-4．

[7] 王國安，賀順德，李榮容，等. 論廣東省綜合單位線法的基本原理和適用條件[J]. 人民黃河，2011(3)：15-18．

[8] 孫元元. 新安江干流屯溪以上洪水地區組成分析[J]. 江淮水利科技，2014(5)：16-18．

[9] 洪云. 池潭、安砂兩水庫調洪對閩江干流洪水的削峰、錯峰作用分析[J]. 大壩與安全，1995(2)：20-24，19．

[10] 馬妍博，袁明道，黃春華，等. 鶴地水庫設計洪水復核計算[J]. 廣東水利水電，2015(10)：16-20．

[11] 翟媛. 河道洪水傳播時間影響因素分析[J]. 人民黃河，2007，29(8)：27-28．

[12] 羅志遠，楊全明，吳剛. 貴州省洪水特性及洪峰模數規律淺析[J]. 水利規劃與設計，2009(2)：8-11．

(本文責任編輯 王瑞蘭)

Design Flood Calculation Method of of Muling Sluice in Lianjiang

MA Yanbo， YUAN Mingdao， XU Yunqian， XIA Tian， HUANG Zhimin

(Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510635, China)

Design flood is the most important work in safety appraisal of reservior. So the discussion on calculation methods of design flood is made through an exhaustive analysis of Muling Sluice in Lianjiang. According to the previous date condition, two basic methods of design flood calculation are used properly, such as flow data and rainstorm data. The purpose of this research is to provide evidence for safety assessment and provide areference value for other similar projects.

design flood; flow data；rainstorm data

2016-06-23;

2016-09-22

馬妍博(1989)，女，碩士，助理工程師，主要從事水文分析計算工作。

TV122+.3

B

1008-0112(2016)010-0013-04