七星河流域梯級水庫設計洪水分析計算

馬小龍

（陜西省岐山縣水電工作隊，陜西 岐山 722400）

0 前言

陜西省寶雞市七星河為渭河水系的二級支流，發源于陜西省扶風縣西北部的楊家溝，流經岐山、扶風兩縣交界，最后在扶風縣城東南匯入韋水。流域總控制面積176 km2，干流全長24 km，河道平均比降2.2%。

從上世紀六七十年代以來，寶雞市的岐山、扶風兩縣及馮家山水庫管理局先后在該流域上建成祝京、祁家溝、劉家溝、王家溝、官務、丁童、白家窯等七座小（一）型水庫，形成五個梯級，其中左支溝上有劉家溝水庫，中支溝上有王家溝水庫，右支溝上有祝京、祁家溝兩座梯級水庫，干流上依次從上到下有管務、丁童、白家窯三座水庫，七星河流域水系圖見圖1。

圖1 七星河水系示意圖

七星河流域梯級水庫庫壩群的建成改善了當地灌溉條件，使農業穩步增產，農民收入逐步增長，但是，由于這些水庫庫壩群多系群眾運動所為，且建成時間早，運行時間長，加之原設計防洪標準低，滲漏嚴重，溢洪道設施不全，使水庫防洪安全隱患多，直接威脅下游的扶風縣城、寶雞峽總干韋水倒虹工程和西寶北線數十萬人民群眾的生命及財產安全。七星河流域已成為寶雞市防洪的重點工程，該流域各個梯級水庫的除險加固水文計算特別是洪水分析要納入統一的流域計算，形成《七星河流域水文分析報告》，供各個梯級水庫除險加固設計使用。

1 計算方法

因為在同一場暴雨即相同的下墊面條件下所產生的同一場洪水，梯級水庫存在著上游各庫運行條件下的洪水分庫組合問題，也就是存在著錯峰削洪問題。入庫洪水計算的正確直接決定各個梯級水庫除險加固的規模。因此，七星河流域洪水復核應以整個流域為研究模型，統一復核。

1.1 梯級水庫洪水計算

梯級水庫洪水計算要分為兩部分：上一級庫與本級庫的區間洪水，上一級水庫的下泄過程，本級庫的入庫洪水應為上一級庫與本級庫的區間洪水和上級水庫的下泄過程疊加而成。

1.1.1 統一洪水標準

小流域梯級水庫區間洪水的計算，要采用統一洪水標準。為了協調七星河流域各水庫特別是同一支流上、下兩庫之間的防洪關系，根據本區水庫的工程規模以及對下游的危害程度確定水庫的洪水設計標準，各庫均采用，即50年一遇設計（洪水頻率P=2%），500年一遇校核（洪水頻率P=0.2%）的統一防洪標準。

1.1.2 統一洪水分析計算方法

小流域一般沒有實測水文資料，多采用由暴雨資料推理公式推求設計洪水及地區經驗公式兩種方法進行分析論證。經綜合比較一般采用推理公式，因為推理公式在推求過程中進行了嚴格的推理計算。

1.2 區間洪水計算應注意的問題

在推理公式中，影響洪峰的核心因素是暴雨強度和河流特征。小流域中，因其面積小，一般采用同一暴雨強度。在流域面積確定的前提下，河長和比降起關鍵因素，河長和比降對峰值漲水歷時影響大，對同一頻率洪水的洪量影響不大。河長長、比降緩，峰值減小并推遲，否則，峰值增大并提前，在梯級水庫中河長和比降的確定應是從分水嶺到水庫壩址的長及加權平均比降。星河流域各水庫控制面積特征值見表1。

表1 七星河流域各水庫特征值表

1.3 上一級水庫下泄過程的確定

上一級水庫下泄過程確定是通過調洪演算確定的。調洪演算的原則是從最上游水庫開始調洪。

1.4 入庫設計洪水推求

本級庫的入庫洪水應為上一級庫與本級庫的區間洪水和上級水庫的下泄過程疊加而成。在疊加時，由于區間主溝道很短，只有3 km～5 km，為了使下游水庫偏安全，因而在洪峰疊加時，只考慮水庫的調洪滯后時間，不考慮洪峰沿河槽推進時傳播時間。

2 典型庫洪水計算

現以七星河流域支流上的祁家溝水庫為典型庫推求設計洪水。

祁家溝水庫位于祝京水庫下游，兩壩址相距僅2.4 km，為馮家山罐區北干渠渠庫結合工程，壩址以上流域面積35.1 km2，實際控制區域面積5 km2，主溝道長度2.4 km，平均比降16.7‰，區間內河道至分水嶺最大長度9.4 km，平均比降28.21‰。原水庫設計時無溢洪道，汛期洪水主要靠滯洪庫容和放水洞泄流來排泄，放水洞最大泄量7.04 m3/s。

2.1 區間洪水推求

根據《寶雞市水文實用手冊》以及祁家溝水庫壩址以上的流域及河道特征計算流域不同歷時設計面雨量，面降雨過程，產流過程和凈雨過程，然后按推理公式進行匯流計算。

產流計算按照滲產流模型，取前期影響雨量Pa=50 mm，根據入滲率和土壤含水量關系式推求；凈雨過程計算，將產流過程各時段的產流量累加起來，即為產流總量，乘以“潛流百分數”可得潛流總量，潛流總量除以潛流歷時即得時段平均潛流量；由產流過程中扣除時段平均潛流量，即得凈雨過程；渭河以北，推理公式的潛流百分數采用15%。

匯流計算，根據下式計算匯流參數的值：

按 τ=0.278 L/mJ1/3Q1/3計算 Q～τ 關系，按 Qm=0.278（∑ht/t）計算Q～t關系，將Q～t、Q～τ關系曲線點繪在一張圖上，其交點即為洪峰流量Qm和流域匯流時間τ，見表2。

表2 推理公式計算成果表（區間洪水）

區間設計洪水過程線采用五點概化過程線再加上區間潛流，五點概化過程線形狀系數Ka=0.1、Kb=0.185、Kw=0.245、Kc=0.210，設計洪水過程線計算結果見表3和圖3、圖4。

表3 祝京水庫～祁家溝水庫區間設計洪水過程線

2.2 上一級水庫祝京水庫的下泄過程線的推求

2.2.1 工程概況

祝京水庫位于寶雞市岐山縣城東北20 km祝家莊，京當兩鄉鎮交界處，即七星河流域的的右支溝，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養殖等作用的小（一）型水庫。壩址以上控制流域面積30.1 km2，壩址至分水嶺最大長度9.5 km，平均比降56‰。原設計總庫容380萬m3，調洪庫容114萬m3，興利庫容226萬m3，死庫容40.0萬m3。

祝京水庫除險加固工程已實施。設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為500年一遇，故祝京水庫的設計洪水直接采用其設計成果。

2.2.2 設計洪水祝京水庫入庫洪水計算成果及洪水過程線見表4和圖2。

表4 祝京水庫入庫洪水計算成果表

圖3 祁家溝水庫入庫洪水過程線（P=0.2%）

圖2 祝京水庫洪水過程線

（2）調洪演算

利用祝京水庫設計洪水過程線、水庫庫容曲線及溢洪道泄流曲線，以汛限水位685.8 m(溢洪道進口進口高程686.3 m)為起調水位，用列表法進行調洪演算獲得祝京水庫下泄過程，見表5和圖 3、圖4。

表5 祝京水庫入庫泄流計算成果表

2.3 祁家溝水庫入庫設計洪水的推求

將祁家溝水庫區間洪水與祝京水庫泄流過程線疊加，就得到祁家溝水庫的入庫設計洪水過程線，見圖3、圖4。

祁家溝水庫的調洪演算及以下的梯級水庫入庫設計洪水推求不再贅述。

圖4 祁家溝水庫入庫洪水過程線（P=2%）

3 結論

1）七星河流域作為小流域梯級水庫庫壩群具有一定的代表意義，其中每座梯級水庫的除險加固需要復核設計洪水，復核要統一洪水標準，統一洪水復核方法，入庫洪水推求由上一級庫與本級庫的區間洪水和上級水庫的下泄過程疊加而成，疊加時不考慮上一級水庫出庫洪水到下一級水庫之間的傳播時間。

2）同時要特別注意河流特征的確定，尤其是河長及平均比降的確定，應是從分水嶺到水庫壩址的長及加權平均比降，而不是主溝道的長及比降。

3）以七星河流域支流上的祁家溝水庫為典型庫推求設計洪水，祁家溝水庫位于流域上的右支溝，是第二梯級，其上游為祝京水庫。由圖3和圖4可知在50年一遇（p=2%）設計洪水和500年一遇校核洪水下，區間洪水p=2%時，洪峰 Qm=25 m3/s，漲水歷時 τ=2.3 h，p=0.2%時，洪峰 Qm=31 m3/s，漲水歷時τ=3.2 h；上游祝京水庫下泄過程線p=2%時，洪峰 Qm=31.4 m3/s，漲水歷時 τ=3.9 h，p=0.2%時，洪峰Qm=72.5 m3/s，漲水歷時τ=3.9 h；兩者疊加后得到祁家溝水庫入庫洪水p=2%時，洪峰Qm=39.2 m3/s，漲水歷時τ=3.9 h，p=0.2%時，洪峰Qm=97.0 m3/s，漲水歷時τ=3.9 h；在疊加時沒有考慮河道傳播時間，僅僅考慮錯峰削紅。其它梯級水庫類推，最終形成《七星河流域水文分析報告》，供各個梯級水庫除險加固設計使用。