鎮安縣縣河云鎮水庫壩址處洪水分析

呂 玲

（陜西省涇惠渠灌溉管理局，陜西 三原 713800）

為了解決鎮安縣城供水和烤煙發展灌溉用水問題，擬在縣河建設云鎮水庫?？h河系乾佑河一級支流，有東西兩源，東源為大窯溝，西源為黑窯溝，兩源于火紙廠附近相匯，經云鎮、結子、于興隆寺匯入乾佑河。流域全長39.1 km，流域面積246 km2，比降18.1‰。云鎮水庫壩址位于縣河流域云蓋寺鎮以上1.5 km處，壩址以上控制流域面積74.4 km2，河長14.6 km，比降54.0‰，壩址處河床高程845m。為保證水庫安全建設，需對縣河徑流及洪水進行分析計算。

1 徑流分析

縣河流域無實測水文資料，本次徑流分析以乾佑河柞水水文站作為徑流計算參證站。

1.1 年徑流特性

縣河流域的徑流主要由降水形成，縣河的徑流在汛期主要靠降水入滲補給，枯水季節靠地下水補給。徑流具有年際變化較大，年內分配不均的特點。根據乾佑河柞水水文站1981~2011年31年實測年徑流資料統計分析，多年平均徑流量為1.47億m3，年徑流量最大為3.70億m3(1983年)，最小為0.42億m3（1997年），最大值為最小值的8.81倍；7~9月徑流量占全年的51.5%，而12~2月徑流量僅占年徑流量的5.75%。

2.2 參證站徑流分析計算

柞水站實測徑流系列年限為31年，2009~2011年因引乾濟石工程引水影響徑流，經還原計算，三年天然徑流量分別為1.53 億 m3、1.71 億 m3、2.37 億 m3。通過柞水、青泥灣兩站 1981~2011年31年同步徑流系列作直線相關，相關系數為0.96，根據柞水站1959~2011年年徑流量進行頻率計算，按矩法初步估算統計參數，然后采用P—Ⅲ型曲線適線，適線結果：多年平均徑流量為 1.45 億 m3，CV=0.5，CS=2.5CV。

1.3 工程壩址斷面設計年徑流計算

柞水站以上流域代表雨量站為老林站、柞水站，兩站1970~2011年多年平均降雨量均值為811.7mm；縣河流域代表雨量站為太山廟雨量站，工程斷面下游有鎮安氣象站，本次采用1980~2011年太山廟雨量站多年平均年降雨量與鎮安站相同系列多年平均年降水量的比值作為修正系數，乘以鎮安站1970~1979年年降水量，得到太山廟雨量站1970~2011年年降水量系列，計算得到設計流域多年平均面降雨量為900.1mm。據此計算得到降雨修正系數為1.11。柞水站控制流域面積為457 km2，云鎮水庫壩址控制流域面積為74.4 km2，按面積比擬法并考慮降水修正，計算得壩址處多年平均年徑流量為2620萬m3。

2 洪水分析

2.1 暴雨洪水特性

縣河的洪水是由暴雨形成的，暴雨的特性決定著洪水特性。根據柞水站實測資料統計，流域內暴雨最早發生在5月，最遲出現在11月，但量級和強度較大的暴雨一般發生在7~8月。雷暴雨多發生在夏季，一般為地形雨，籠罩面積小，歷時短，強度大。縣河流域的洪水最早出現在5月，但洪峰流量較小，年最大洪水一般出現在7~8月。

2.2 歷史洪水及重現期

根據《陜西省洪水調查資料》及青泥灣站實測資料，青泥灣水文站河段有6場大洪水，根據洪水調查及訪問記錄情況，1902年洪水為最大洪水，洪峰流量為3100m3/s，洪水重現期為110年。柞水水文站河段變化較大，洪水位不可靠，無法推流，無洪水調查成果。根據《陜西省洪水調查資料》，云鎮河段有1場大洪水，為1957年洪水，洪峰流量為269m3/s（較可靠）。在壩址河段調查到1983年洪水最大，洪水位為848.8m，采用曼寧公式推算得洪峰流量為500 m3/s。故本次將1983年洪水重現期定為50年一遇，1957年洪水重現期定為20~30年一遇。

2.3 設計洪水

縣河流域屬無資料地區，現采用匯水面積法、綜合參數法、水文比擬法、推理公式法分別進行洪水計算，洪水標準按0.1%、0.2%、2%、5%、10%、20%進行計算。

2.3.1 匯水面積法

參照《商洛地區實用水文手冊》提供的經驗公式——匯水面積相關法，以及經驗參數、指數進行計算。計算公式為：

式中：QP為設計頻率為P的洪峰流量，m3/s；F為設計流域面積74.4 km2；Kp為模比系數經驗值，詳見《水文手冊》；n為經驗指數，乾佑河流域為0.566。

計算所得結果見表1。

表1 云鎮水庫壩址匯水面積法設計洪水成果表

2.3.2 綜合參數法

利用《商洛地區實用水文手冊》提供的經驗公式——綜合參數法，以及經驗參數、指數進行計算。經查取《商洛地區實用水文手冊》相關圖表，云鎮水庫流域重心處6小時暴雨量均值H6h＝55mm，Cv＝0.60，按 Cs＝3.5Cv 查得 Kp 值，計算出不同頻率的設計暴雨值。計算公式為：

式中：Qp為設計頻率為P的洪峰流量，m3/s；F為設計流域面積74.4 km2；J為主河道平均比降；Hp為設計頻率為P的6h暴雨量，取 55 mm；Kp為模比系數經驗值，詳見《水文手冊》；n、α、β為經驗指數，n＝0.58、α＝0.0355、β＝0.55。

計算所得結果見表2。

表2 云鎮水庫壩址綜合參數法設計洪水成果表

2.3.3 推理公式法

由五萬分之一航測圖上量得云鎮水庫壩址流域特征值，流域面積74.4 km2，主河道長14.6 km，河道比降54‰。根據《商洛地區實用水文手冊》及《陜西省中小流域設計暴雨洪水圖集》，工程區暴雨歷時采用12小時，暴雨計算時段采用1小時。根據手冊及暴雨洪水圖集中年最大1、3、6、12小時點雨量均值及變差系數等值線圖查得設計斷面以上流域重心處各歷時點雨量的均值及變差系數Cv值，取Cs=3.5Cv，查皮爾遜Ⅲ型曲線kp表，可計算得到相應歷時設計頻率的點雨量。采用點面系數，由設計點雨量可推求設計面雨量，根據12h設計暴雨時程分配表對面雨量進行分配，得到面降雨過程?？h河產流方式為蓄滿產流，流域土壤最大蓄水量Im為80mm，設計情況下前期影響雨量為Pa=53.33mm（2/3Im），則初損量為I0=Im-Pa=26.67mm。將面降水過程一次扣除初損量，即得產流過程。將產流總量扣除20%潛流量，即為凈雨量。按照推理公式法，推求設計洪峰流量的公式為：

式中，m 為流域匯流參數，m=0.193θ0.584

按流域特征值及上述公式，得2條Qm~t曲線計算結果。將2條Qτ~τ曲線點匯于同一坐標系中，其兩條曲線的交點對應的縱橫坐標，即為所求的洪峰流量和匯流歷時。并考慮回加潛流、基流，不同頻率的設計洪峰流量Qm、匯流歷時τ見表3。另外，計算了5%、10%，洪水成果見表3。

表3 云鎮水庫壩址推理公式法設計洪水成果表

2.3.4 水文比擬法

（1）參證站設計洪水

洪峰流量選樣采用年最大值法，洪量按固定時段獨立選取年最大值法，根據流域的洪水特性，洪水的計算時段確定為1日。根據青泥灣站1959~2011年53年同場洪水洪峰流量與一日洪量建立相關關系，相關系數為0.94，相關方程如下：

式中：W1為一日洪量，（萬 m3）；Q 為洪峰流量，（m3/s）。

根據上述方程求得青泥灣站1902、1926、1957年一日洪量分別為：11700萬 m3、8380 萬 m3、7020萬 m3。根據青泥灣水文站實測洪水系列，加入1902、1926、1957年調查洪水，按不連序系列進行頻率計算，以矩法初估統計參數，采用P—Ⅲ型曲線適線，計算得到青泥灣站不同頻率的洪峰流量、一日洪量，不同頻率的洪水見表4。

柞水站調查洪水參考青泥灣站1902、1926、1957年調查洪水，采用面積比擬法進行推算，求得洪峰流量分別為1660、1130、921m3/s。另根據柞水站洪峰流量與一日洪量建立相關關系，其相關系數為r=0.89，相關方程為：

根據上述方程得 1902、1926、1957年一日洪量分別為：3963萬 m3、2983萬 m3、2565萬 m3。根據柞水站實測洪水系列，加入1902、1926、1957年洪水，按不連序系列進行頻率計算，以矩法初估統計參數，采用P—Ⅲ型曲線適線，計算成果見表4。

表4 青泥灣站、柞水站不同頻率設計洪水成果表 單位：洪峰m3/s；洪量萬m3

（2）云鎮水庫壩址設計洪水成果

云鎮水庫壩址設計洪水計算按下式計算：

式中：Q設、Q參為壩址、參證站設計洪峰流量（m3/s）；F設、F參為壩址、參證站控制流域面積（km2）；n為面積指數，取0.566。

壩址不同頻率設計洪水成果見表5。

表5 云鎮水庫壩址水文比擬法設計洪水成果表 單位：洪峰m3/s；洪量萬m3

2.3.5 設計洪水成果采用

各方法計算成果見表6，從表中可以看出，除匯水面積相關法計算成果略小外，其他幾種方法基本處于同一量級；當設計標準為1000、500年時，推理公式成果略小于綜合參數法成果，對于50、20、10年一遇洪水，推理公式成果最大。根據洪水調查情況，1983年洪水為50年一遇洪水，洪峰流量為500m3/s。與推理公式法計算成果一致。因此，從考慮安全起見，推薦采用推理公式法計算成果。頻率為20%設計洪水采用以柞水站為參證站水文比擬法成果。

表6 云鎮水庫壩址各種方法設計洪水成果表 單位：洪峰m3/s；洪量萬m3

3 結語

縣河流域無實測洪水資料，壩址處多年平均年徑流量為2620萬m3。本次設計采用4種方法推算設計洪水，并進行綜合分析，確定計算斷面的洪水成果采用推理公式法成果，各工程斷面洪水計算成果為20年一遇洪水為350m3/s，洪水量為630萬m3；50年一遇洪水為490m3/s，洪水量為820萬m3；500年一遇洪水為830m3/s，洪水量為1270萬m3，可供秦嶺山區河道洪水分析借鑒。