莽山水庫設計洪水計算研究

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

莽山水庫設計洪水計算研究

王淑云 鐘向偉

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

小流域地區設計洪水在工程建設中應用廣泛，計算方法很多。文章總結了國內外小流域地區設計洪水的研究現狀，并以莽山水庫為例，采用多種方法推求壩址設計洪水成果，經合理性分析后認為該成果基本是合理可靠的，為無資料地區小流域設計洪水的推求提供了一個可行的操作思路。

無資料小流域地區設計洪水莽山水庫

1 概述

無資料地區小流域設計洪水的推求一直是中、小型水利工程設計中的難點。小流域概念國內外沒有一個嚴格的定義，通常其設計點暴雨能代表設計面暴雨，一般地指流域面積在100 km2以上、1 000 km2以下的流域，自然地理條件較為單一，絕大多數小流域沒有水文站，缺乏實測徑流資料[1]。國內外無資料小流域設計洪水計算一般采用水文比擬法、推理公式法或單位線法，并結合經驗公式或經驗關系[2]。

20世紀60年代全國各省、市、自治區開展了大規模的水文調查和研究工作，各省制定了相應的《水文圖集》、《水文手冊》和《暴雨洪水查算手冊》等，為小流域地區進行簡單的水文計算和預報提供了極大方便[3]。1984年水利電力部頒布了《暴雨徑流查算圖表》，系統地總結了我國多年來的經驗，在資料短缺的中小流域水利建設的設計洪水計算中發揮了積極的作用。1997年以來在水利部水文司的組織下，進行了全國設計暴雨參數等值線的修編工作，使80年代編制的暴雨洪水圖集參數等值線資料延長了20年，采用的資料站點也更加豐富，該圖集目前廣泛應用于各省的小流域洪水計算中。2000年以后，各省對相應的《暴雨洪水查算手冊》進行了修編，延長了資料系列，對暴雨等值線圖和匯流參數等進行了修編，并采用了地理信息系統及其空間分析處理技術，分析成果更加合理。

2 應用實例

莽山水庫位于湖南省宜章縣，珠江流域北江二級支流長樂市上游，壩址控制流域面積為230 km2，干流長36.7 km，干流平均坡降21.9‰。莽山水庫壩址上、下游流域內無水文測站，僅有韭菜嶺、莽山兩個雨量站。其中韭菜嶺雨量站1959年設立，1959～1971年觀測逐旬降水量，1972年起人工觀測時段雨量，1985年撤銷。莽山雨量站1963年設立，人工觀測時段雨量，1975年改為自記雨量站。

由于莽山水庫位于珠江流域北江二級支流長樂水的上游，根據流域所處位置，結合湖南、廣東兩省“暴雨洪水查算手冊”中推薦方法，利用湖南省“暴雨洪水查算手冊”中推理公式及單位線法，廣東省“暴雨洪水查算手冊”中單位線法推求壩址設計洪水。

2.1 設計暴雨

由于韭菜嶺、莽山站二站連線中點位于莽山水庫壩址流域中心點附近，同時考慮韭菜嶺站資料系列不全沒有進行頻率分析，本次利用1972～1984年韭菜嶺、莽山站實測年最大24 h降雨資料分析壩址流域中點最大24 h降雨，由1972～1984年韭菜嶺、莽山站同期資料求出流域中點最大24 h降雨與莽山站折算系數為1.038 4，由莽山站成果按X中點=1.038 4×X莽山站推求流域中心設計暴雨成果。

各時段設計暴雨按《暴雨洪水手冊》公式計算推求，即：

表1 設計暴雨成果表

由《暴雨洪水手冊》查得點面折算系數，從而得到設計面暴雨。其中，n2、n3由《暴雨洪水手冊》附圖查得。

2.2 設計洪水

由于莽山水庫位于珠江流域北江二級支流長樂水的上游，長樂水無實測水文觀測資料，因此不能用水文比擬法計算。

根據流域所處位置，結合湖南、廣東兩省“暴雨洪水查算手冊”中推薦方法，利用湖南省“暴雨洪水查算手冊”中推理公式及單位線法，廣東省“暴雨洪水查算手冊”中綜合單位線法推求壩址設計洪水。

典型雨型：經比較采用“湖南省暴雨洪水查算手冊”中概化雨型成果（3區概化雨型）。

設計凈雨過程：湖南省推理公式及單位線法采用初損徑流系數法，初損I0=32 mm，地面與總徑流比值系數φ=0.5～0.75。廣東省綜合單位線法采用初損后損法，不扣初損，平均后損率Fc=4.5 mm/h。

地表徑流計算：（1）推理公式法：Qm=0.278×F×式中：F為流域面積，Rt/ t為產流強度，自最大時段凈雨開始，向前后相鄰時段連續累加得到Rt，除以相應的歷時，得到Rt/t值。

式中

F——流域面積；

ρi——無因次單位線。以各時段凈雨分別乘以時段為1 h的單位線，即得相應各時段凈雨的徑流過程，按單位線疊加原理，得到地表徑流過程。

地下徑流過程概化成三角形出流，其總量等于地下凈雨量，地下徑流的峰值出現在地面徑流停止的時刻，地下徑流過程的底長為地面徑流底長的兩倍。

設計洪水過程由地表徑流過程和地下徑流過程疊加得到。

3 合理性分析

經對莽山壩址各種方法計算洪峰流量成果比較，以湖南推理公式計算成果最大，廣東單位線與湖南單位線成果接近。經與莽山流域設計暴雨相近的鄰近毛俊水文站設計洪水成果比較，以湖南推理公式法較為合理。

表2 莽山水庫設計洪水計算成果m3/s

莽山水庫所在長樂水歷年調查洪水較少，僅20世紀70年代湖南省水文局在長樂水上下游西嶺、石頭寨、水潮坪、明星橋等河段調查到洪水年份僅有1961年9月、1973年6月二次大洪水，且所調成果未刊印。在莽山壩址河段調查到1961、1973、2006年歷史洪水，根據調查者的指認和描述分析，可以確定1961年以來以1973年洪水最大，1961年為第二，2006年為第三大，相應重現期1973年約為50年一遇，2006年約為17年一遇。

表3 壩址河段洪水調查成果表

從調查1973年、2006年洪水與莽山壩址設計洪水成果對比分析，所推50年一遇設計洪水成果與1973年洪水相近，20年一遇設計洪水成果與2006年洪水相近，可見壩址設計洪水與歷史洪水調查成果基本匹配，計算成果合理。

[1]劉萍.小流域設計洪水計算軟件開發研究[D].太原：太原理工大學，2008.

[2]楊家坦.無資料地區小流域設計徑流若干技術問題[J].水利科技，1999，（2）：48－51.

[3]陳家琦，張恭肅.小流域暴雨洪水計算[M].北京：水利電力出版社，1985.

2016－11－02）

王淑云（1986－），女，江蘇靖江人，碩士研究生，主要從事水文水資源方面的研究工作，手機：18774988999，E－mail: shuyun1225@126.com。