旺隆水庫工程設(shè)計洪水分析計算

徐若愚

(遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563002)

旺隆水庫位于赤水河右岸一級支流鴨嶺河上游河段，處于赤水市旺隆鎮(zhèn)勝豐村境內(nèi)。地理位置E105°30′91″，N28°40′59″，壩址距旺隆集鎮(zhèn)8 km，距赤水市區(qū)36 km，距遵義市區(qū)233 km。工程任務(wù)是為集鎮(zhèn)及農(nóng)村人畜飲水供水、農(nóng)田灌溉。水庫校核(P=0.2%)洪水位445.69 m，設(shè)計(P=2%)洪水位444.59 m，正常蓄水位442.00 m；水庫總庫容441×104m3，興利庫容349×104m3，屬多年調(diào)節(jié)水庫。該水庫為小(Ⅰ)型水庫，工程等別為Ⅳ等。為了給工程規(guī)劃設(shè)計和投資提供詳細決策數(shù)據(jù)依據(jù)[1-2]，確保旺隆水庫防洪調(diào)度安全，采用赤水氣象站暴雨資料對該流域進行水文分析，獲得與旺隆水庫壩址處實際相切合的設(shè)計洪水計算成果，確保水庫工程高效優(yōu)質(zhì)的規(guī)劃建設(shè)。

1 流域概況

鴨嶺河屬于長江流域赤水河右岸的一級支流，發(fā)源于赤水市旺隆鎮(zhèn)勝豐村的坪子上，河源山頂高程1 145 m。河流由西南向東北，流經(jīng)龍巖鄉(xiāng)、廻龍山、皮匠垇到旺隆鎮(zhèn)后，納東來之水興隆溪和柏楊溪后折向東南，經(jīng)過獅坪上于貴州省赤水市葫市鎮(zhèn)鴨嶺寺匯入赤水河，匯口處高程228 m。鴨嶺河全流域面積70.5 km2，河長15.1 km，河道平均比降5.71‰，流域形狀系數(shù)0.309，呈樹枝狀。旺隆水庫壩址以上流域面積11.1 km2，主河道長4.37 km，主河道加權(quán)平均坡降為83.1‰，流域形狀系數(shù)0.581，流域幾何特征參數(shù)5.49，多年平均徑流量775×104m3。

2 設(shè)計洪水分析

2.1 暴雨特性

旺隆水庫壩址以上流域?qū)儆谝话惚┯陞^(qū)，流域暴雨的主要天氣系統(tǒng)是冷鋒低槽和兩高切變，其次是長江橫切變。受山區(qū)地形地貌影響，易發(fā)生強度及量級大而歷時短的災(zāi)害性暴雨。一般5月份入汛，10月份結(jié)束，暴雨集中在6-9月份。根據(jù)設(shè)計流域附近的赤水氣象站1961-2016年共56年資料統(tǒng)計，實測最大日暴雨量180.2 mm(1989年7月)，年最大日暴雨多出現(xiàn)在6-8月份，占73.2%，其中6月份為最頻繁，占37.5%。赤水氣象站1961-2016年暴雨日發(fā)生機率統(tǒng)計見表1。

表1 赤水氣象站年最大日暴雨發(fā)生機率統(tǒng)計表

2.2 設(shè)計暴雨

旺隆水庫所在的鴨嶺河流域內(nèi)無水文站，無實測洪峰流量資料[3-4]。設(shè)計流域附近有赤水氣象站，該測站資料系列連續(xù)完整，精度較高。赤水氣象站有1961-2016共56年實測年最大24 h暴雨量資料，對其進行頻率計算。赤水氣象站最大24 h暴雨頻率分析成果見表2。

表2 赤水氣象站最大24 h暴雨頻率分析成果

赤水氣象站1961-2016年最大24 h暴雨系列值適線后得H24=90.0 mm，Cv=0.38。旺隆水庫流域?qū)俪嗨拥挠野吨Я鳎鶕?jù)《貴州省短歷時暴雨統(tǒng)計參數(shù)等值線圖集》查詢得到鴨嶺河流域年最大24 h點雨量均值H24=90.0 mm，年最大24 h點雨量Cv值Cv=0.45，見表3。

綜合考慮鴨嶺河流域降水規(guī)律，旺隆水庫設(shè)計洪水暴雨成果采用值H24=90.0 mm，Cv=0.45，Cs=3.5Cv。

表3 旺隆水庫流域設(shè)計暴雨分析成果

2.3 設(shè)計洪水計算

旺隆水庫壩址以上流域地理參數(shù)根據(jù)最新1∶10 000地形圖量算，旺隆水庫流域地理參數(shù)成果見表4。

表4 旺隆水庫流域地理參數(shù)成果

根據(jù)流域面積和流域幾何特征參數(shù)，洪峰流量使用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》中的修訂公式計算。經(jīng)綜合分析，旺隆水庫產(chǎn)匯流分區(qū)定為Ⅱ2區(qū)，Ⅱ2區(qū)匯流系數(shù)r1取值范圍為0.36～0.40，此處取0.38；暴雨衰減指數(shù)n3取0.80，Δn3為Ⅲ區(qū)。

洪峰表達式為：

Qmp=0.254r10.922·f0.360·J0.240·F0.819·[CH24p]1.212(10

(1)

式中：Qmp為設(shè)計頻率洪峰流量，m3/s；r1為匯流系數(shù)，取0.38；f為流域形狀系數(shù)，取0.581；J為主河道加權(quán)平均坡降，83.1%；F為流域面積，11.1 km2；C為洪峰徑流系數(shù)，取0.67～0.87；H24P為設(shè)計頻率下最大24 h暴雨量。

洪量表達式為：

Wmp=0.1Fh24p

(2)

式中：F為流域面積，11.1 km2；h24P為設(shè)計頻率洪量徑流深。

根據(jù)式(1)、式(2)計算得旺隆水庫壩址處各頻率設(shè)計洪水洪峰流量及洪量成果，見表5。

表5 旺隆水庫壩址處設(shè)計洪水計算成果表

設(shè)計洪水過程線根據(jù)《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》中概化過程線推求，得到旺隆水庫洪水過程線，見圖1。

圖1 旺隆水庫壩址處不同頻率洪水過程線圖

2.4 設(shè)計洪水成果合理性分析

1) 方法。設(shè)計流域?qū)偬匦×饔颍饔蛎娣e11.1 km2，鄰近的赤水氣象站流域面積16 622 km2，是設(shè)計流域1 497倍。設(shè)計采用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》中的“雨洪法”修訂公式進行計算，該公式采用各中小流域水文站實測資料假定有關(guān)參數(shù)，并在實際工程中通過大量論證，符合貴州省的特定地理環(huán)境、水文地質(zhì)條件和暴雨產(chǎn)匯流條件，被廣泛應(yīng)用于貴州省中小流域的暴雨洪水計算[5-6]。旺隆水庫設(shè)計洪水采用“雨洪法”公式進行分析計算，符合設(shè)計流域?qū)嶋H情況，計算成果合理可行。

2) 與歷史洪水比較。經(jīng)調(diào)查可知，1989年洪水洪峰流量約124 m3/s、1980年洪水洪峰流量145 m3/s；1989年洪水重現(xiàn)期確定為34年一遇，1980年洪水重現(xiàn)期確定為67年一遇。將調(diào)查到的洪水洪峰流量采用水文比擬法移用到旺隆水庫壩址處，得到1989年洪水洪峰流量為150 m3/s、1980年洪水洪峰流量為175 m3/s；而分析得到旺隆水庫壩址處34年一遇洪水洪峰流量為158 m3/s、67年一遇洪水洪峰流量為185 m3/s。設(shè)計洪水成果與歷史洪水成果較為接近，說明設(shè)計洪水計算分析成果合理。

3 結(jié) 論

在旺隆水庫工程規(guī)劃設(shè)計中，通過優(yōu)化旺隆集鎮(zhèn)供水水源結(jié)構(gòu)、合理分配利用鴨嶺河流域水資源，達到保障供水安全和促進當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的目的。通過對赤水氣象站和鴨嶺河流域的暴雨洪水特性規(guī)律進行水文分析，采用符合流域特征的“雨洪法”修訂公式計算獲得旺隆水庫壩址斷面的設(shè)計洪水成果，為工程規(guī)劃建設(shè)提供了符合鴨嶺河流域的數(shù)據(jù)支撐，保障了水庫防洪、興利調(diào)度和安全供水，同時對改善鴨嶺河流域生態(tài)環(huán)境起到積極作用。