小安門水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水方法分析

馮 鍵

(岱岳區(qū)小安門水庫(kù)管理所， 山東 泰安 271034)

小安門水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水方法分析

馮 鍵

(岱岳區(qū)小安門水庫(kù)管理所， 山東 泰安 271034)

小安門水庫(kù)防洪任務(wù)比較重，對(duì)維護(hù)當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，保護(hù)國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全具有重要的作用。本文根據(jù)暴雨洪水特性、暴雨資料推求了小安門水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果。

水庫(kù)； 防洪； 設(shè)計(jì)； 分析

1 概 況

小安門水庫(kù)位于山東省泰安市岱岳區(qū)祝陽(yáng)鎮(zhèn)金井村北，在大汶河二級(jí)支流徐汶河上游。流域內(nèi)較大支流3條，壩址以上最大干流長(zhǎng)9km，平均比降0.015。水庫(kù)上游系泰沂山區(qū)，壩址以上流域面積呈闊葉狀分布，四周群山環(huán)抱，山高坡陡，中間有小塊丘陵薄地，均是花崗片麻巖，系第四紀(jì)覆蓋層，植被較差，水土流失嚴(yán)重。

水庫(kù)上游流域內(nèi)現(xiàn)有小(1)型水庫(kù)1座，小(2)型水庫(kù)7座，控制流域面積36.3km2，總庫(kù)容1964萬m3，興利庫(kù)容1380萬m3。水庫(kù)下游距泰安市區(qū)30km，距新泰鐵路12km，泰萊高速公路11.5km，泰萊公路橋11km，泰口公路橋5km，保護(hù)下游15個(gè)行政村,面積10.73km2(其中糧田面積1.1萬畝)，人口1.1萬。水庫(kù)防洪任務(wù)比較重，對(duì)維護(hù)當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，保護(hù)國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全具有重要的作用。

2 暴雨洪水特性

小安門水庫(kù)所在的大汶河流域?qū)倥瘻貛Т箨懶园敫珊?、半濕?rùn)季風(fēng)區(qū)，雨熱同期，四季界限分明，溫差變化較大。流域內(nèi)多年平均最大風(fēng)速14.6m/s，主要風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)向，多年平均氣溫為12.7℃，最大凍土深46cm。

暴雨是造成本流域洪水的主要原因。形成流域內(nèi)暴雨的天氣系統(tǒng)，主要有黃淮氣旋、臺(tái)風(fēng)、南北切變、冷鋒等。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)歷時(shí)降水多由維系時(shí)間較長(zhǎng)的切變線或低壓氣旋連續(xù)發(fā)生所造成，受臺(tái)風(fēng)天氣系統(tǒng)影響，有時(shí)亦可造成較大暴雨，但維持時(shí)間一般較短。流域內(nèi)暴雨多發(fā)生在7—9月，其季節(jié)特征十分明顯。

小安門水庫(kù)流域內(nèi)未設(shè)雨量站，采用流域周邊常年觀測(cè)雨量站范鎮(zhèn)、祝陽(yáng)鎮(zhèn)2站雨量資料分析小安門水庫(kù)流域降雨特性。根據(jù)范鎮(zhèn)、祝陽(yáng)鎮(zhèn)雨量站1963—2005年實(shí)測(cè)雨量資料分析，小安門水庫(kù)多年平均降水量701.3mm。降水主要集中在汛期6—9月，其中7—8月降水量尤為集中。多年平均汛期(6—9月)降水量532.8mm，占多年平均降水量的76.0%。該地區(qū)降水量年際之間變化較大，降水量最大的年份為1964年，年降水量1362.2mm，降水量最小的年份為1989年，年降水量285.2mm，豐枯比為4.8。根據(jù)小安門水庫(kù)地區(qū)綜合暴雨成果統(tǒng)計(jì)，多年平均最大24h雨量為109.1mm。

小安門水庫(kù)所在徐汶河屬雨源型山溪河流，河道流量與降雨變化規(guī)律一致，且年際、年內(nèi)變化更為劇烈，季節(jié)性變化非常明顯。暴雨洪水集中于汛期，枯季流量小甚至干枯。水庫(kù)流域地處山丘區(qū)，地形坡度大，源短流急，洪水過程陡漲陡落，行洪過程較短，一般在24h以內(nèi)。

3 由暴雨資料計(jì)算設(shè)計(jì)洪水

3.1 雨量資料

小安門水庫(kù)流域未設(shè)雨量站，水庫(kù)鄰近有范鎮(zhèn)、黃前水庫(kù)、祝陽(yáng)鎮(zhèn)、下港等雨量站，除下港站部分年份為汛期觀測(cè)站外，其他3站均為常年觀測(cè)站。其中范鎮(zhèn)站設(shè)立于1952年7月，具有1963—2005年41年連續(xù)觀測(cè)資料；黃前水庫(kù)站設(shè)立于1962年6月，具有1963—2005年41年連續(xù)觀測(cè)資料；祝陽(yáng)鎮(zhèn)站設(shè)立于1951年4月，具有1962—2005年42年連續(xù)觀測(cè)資料；下港站設(shè)立于1952年7月，具有1960—2005年44年連續(xù)觀測(cè)資料。各雨量站的觀測(cè)雨量系列長(zhǎng)度均在30年以上，滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范的要求。

3.2 設(shè)計(jì)面雨量計(jì)算

由地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法推求設(shè)計(jì)面雨量。由地區(qū)綜合頻率曲線法分析計(jì)算水庫(kù)設(shè)計(jì)雨量時(shí)，采用與本流域相近，同在大汶河流域暴雨洪水一致區(qū)的范鎮(zhèn)、黃前水庫(kù)、下港、祝陽(yáng)鎮(zhèn)等4個(gè)雨量站資料，這4個(gè)雨量站位置與小安門水庫(kù)相鄰，分別具有1963—2005年、1963—2005年、1962—2005年、1960—2005年連續(xù)實(shí)測(cè)雨量資料。

經(jīng)分析，范鎮(zhèn)、黃前水庫(kù)、祝陽(yáng)鎮(zhèn)、下港等4個(gè)雨量站年最大24h點(diǎn)雨量均值分別為105.8mm、113.1mm、102.4mm、115.2mm。分別對(duì)各站最大24h點(diǎn)雨量進(jìn)行頻率分析，按照理論頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合較好的原則，各站適線Cv值分別為0.57、0.45、0.58、0.54。四站相比，范鎮(zhèn)、祝陽(yáng)鎮(zhèn)兩站適線Cv值較大，根據(jù)規(guī)范要求及出于安全考慮，綜合定線時(shí)，Cv取0.57，均值采用四站均值并略作調(diào)整，即110.5mm。

各雨量站年最大72h點(diǎn)雨量均值分別為131.7mm、136.6mm、125.5mm、135.4mm。分別對(duì)各站最大72h點(diǎn)雨量進(jìn)行頻率分析，按照理論頻率曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合較好的原則，各站適線Cv分別為0.54、0.50、0.47、0.53。四站相比，范鎮(zhèn)、下港兩站適線Cv值較大，根據(jù)規(guī)范要求及出于安全考慮，綜合定線時(shí)，Cv取0.53，均值采用四站均值并略作調(diào)整，即133.5mm。

求得水庫(kù)不同頻率設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量后，經(jīng)點(diǎn)面折減換算得到不同頻率設(shè)計(jì)面雨量。小安門水庫(kù)流域面積36.3km2，最大24h、72h雨量點(diǎn)面折減系數(shù)分別為0.977、0.987。

3.3 由暴雨等值線圖查算面雨量

根據(jù)山東省水文水資源勘測(cè)局提供的小安門水庫(kù)多年平均年最大24h、最大3日暴雨及相應(yīng)的暴雨變差系數(shù)分析成果(2000年編制)，小安門水庫(kù)流域形心處年最大24h、3 日點(diǎn)雨量均值分別為112mm、132mm，相應(yīng)Cv為0.57、0.53。Cs=3.5Cv。據(jù)皮爾遜 Ⅲ 型曲線模比系數(shù)KP值表，查得不同設(shè)計(jì)頻率的KP值，從而求得各相應(yīng)頻率的最大24h、3日設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨量，點(diǎn)面換算得相應(yīng)頻率的最大 24h、3日設(shè)計(jì)面雨量。小安門水庫(kù)不同方法設(shè)計(jì)面雨量成果見表1。

表1 小安門水庫(kù)不同方法設(shè)計(jì)面雨量成果

經(jīng)綜合分析認(rèn)為，地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法分析計(jì)算成果的合理性、代表性較好，小安門水庫(kù)設(shè)計(jì)面雨量選用地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法分析計(jì)算的成果。

3.4 設(shè)計(jì)雨型及設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算

為了水庫(kù)的防洪安全，小安門水庫(kù)30年一遇設(shè)計(jì)雨型采用1994年6月29日典型雨型，最大6h雨量占24h雨量的92%。其他不同頻率面雨量所對(duì)應(yīng)的暴雨量級(jí)的設(shè)計(jì)雨型根據(jù)暴雨規(guī)律作適當(dāng)調(diào)整。不同頻率最大24h設(shè)計(jì)面雨量的時(shí)程分配，根據(jù)設(shè)計(jì)值的大小，選取不同的時(shí)程分配，雨期采用3天，第1天面雨量為0.35×(H72-H24)，第2天面雨量為0.65×(H72-H24)，第三天面雨量為H24。

凈雨計(jì)算采用降雨徑流相關(guān)圖法。采用《山東省水文圖集》中泰沂山南區(qū)P+Pa～R降雨徑流關(guān)系1號(hào)線推算水庫(kù)設(shè)計(jì)凈雨，設(shè)計(jì)前期影響雨量Pa取值 40mm。小安門水庫(kù)不同頻率設(shè)計(jì)凈雨量成果見表2。

表2 小安門水庫(kù)不同頻率設(shè)計(jì)凈雨量成果

3.5 設(shè)計(jì)洪水過程線推求

采用山東省綜合瞬時(shí)單位線法推算小安門水庫(kù)不同頻率設(shè)計(jì)洪水，見表3。

表3 小安門水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果

3.6 設(shè)計(jì)洪水成果的合理性分析及選定

小安門水庫(kù)流域沒有實(shí)測(cè)雨量資料，由暴雨資料推算設(shè)計(jì)洪水時(shí)，對(duì)流域設(shè)計(jì)面雨量的分析計(jì)算，采用了兩種方法：地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法和山東省暴雨等值線圖法。

地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法，選用水庫(kù)流域附近系列相對(duì)較長(zhǎng)、與本流域相近、同在大汶河流域暴雨洪水一致區(qū)的范鎮(zhèn)、黃前水庫(kù)、下港、祝陽(yáng)鎮(zhèn)等4個(gè)雨量站的雨量資料，系列的長(zhǎng)度、雨量的豐枯代表程度、大暴雨的場(chǎng)次、量級(jí)均較好，為頻率曲線的適線提供了更可靠的點(diǎn)據(jù)。設(shè)計(jì)暴雨成果比較合理、可靠，同時(shí)也符合規(guī)范要求。

山東省暴雨等值線圖法采用分區(qū)綜合分析法，參照自然地理情況、暴雨特性和地形走向綜合定線繪制而成，所有測(cè)站統(tǒng)計(jì)資料截至2000年。

綜上所述，地區(qū)暴雨綜合頻率曲線法因其依據(jù)的基礎(chǔ)資料較為可靠、全面，分析計(jì)算的面雨量成果合理性、安全性、代表性較好，由此推求的設(shè)計(jì)洪水成果更合理。

在小安門水庫(kù)設(shè)計(jì)雨型分析中，根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》(SL 44—2006)，設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)程分配雨型采用典型雨型。1994年6月29日最大24h雨量為265.8mm，比較接近小安門水庫(kù)30年一遇設(shè)計(jì)面雨量。小安門水庫(kù)30年一遇設(shè)計(jì)雨型采用1994年6月29日典型雨型是合理的，其他不同頻率面雨量所對(duì)應(yīng)的暴雨量級(jí)的設(shè)計(jì)雨型根據(jù)暴雨規(guī)律作適當(dāng)調(diào)整。

凈雨計(jì)算采用《山東省水文圖集》中泰沂山南區(qū)P+Pa～R降雨徑流關(guān)系1號(hào)線推算水庫(kù)設(shè)計(jì)凈雨。因本流域處于泰沂山南區(qū)域，為小流域山區(qū)，山高坡陡，匯流迅速集中，徑流系數(shù)大，采用山東省降雨徑流關(guān)系1號(hào)線推算水庫(kù)設(shè)計(jì)凈雨是合理的。

小安門水庫(kù)壩址處無實(shí)測(cè)洪水資料，建庫(kù)后也無詳細(xì)可靠的水庫(kù)水文觀測(cè)記錄，無法根據(jù)實(shí)測(cè)雨洪資料分析其單位線，故采用山東省綜合瞬時(shí)單位線法推算小安門水庫(kù)不同頻率設(shè)計(jì)洪水過程。

綜上所述，由暴雨資料推求小安門水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過程中，采用基礎(chǔ)資料可靠，方法合理，各步驟符合設(shè)計(jì)洪水規(guī)范要求，成果可靠性比較高。

4 結(jié) 語

根據(jù)小安門水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果，按洪水調(diào)節(jié)計(jì)算原理及方法進(jìn)行調(diào)算。調(diào)算結(jié)果表明，水庫(kù)20年一遇防洪高洪水位為186.40m，最大泄流量為105.0m3/s；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(100年一遇)洪水情況下，水庫(kù)最高水位為186.40m，最大下泄流量為558.9m3/s，相應(yīng)庫(kù)容為1847萬m3；校核標(biāo)準(zhǔn)(1000年一遇)洪水情況下，水庫(kù)最高洪水位為186.79m，最大下泄流量為615.2m3/s，相應(yīng)庫(kù)容為1964萬m3。

Analysis on designed flood method in Xiao’anmen Reservoir

FENG Jian

(DaiyueXiao’anmenReservoirManagementOffice,Tai’an271034,China)

Xiao’anmen Reservoir has major task of reservoir flood control. It has an important role to maintain stable and sustainable development of local national economy, and protect the safety of the country and people’s life and property. In the paper, designed flood results in Xiao’anmen Reservoir are deduced according to heavy rain storm flood characteristics and rain storm data.

reservoir; flood control; design; analysis

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.03.021

TV873

A

2096-0131(2017)03- 0071- 03