錦繡川水庫流域設計面雨量推求方法

李 雙，王芙蓉

（濟南市錦繡川水庫管理處，山東 濟南 250112）

錦繡川水庫總庫容4100萬m3，是濟南市重要的中型水庫。水庫有效灌溉面積566.67hm2，年城市供水2000萬m3。水庫下游有2個鄉鎮，擔負著仲宮街道辦事處、濟泰高速、歷城一中、濟南釀酒廠等重要的企事業單位及臥虎山水庫的防洪安全。錦繡川水庫汛中限制水位248.5m，限制庫容3115萬m3，汛中允許超蓄水位250m，超蓄庫容3460萬m3，汛末蓄水位250m，水庫超蓄水位和限制水位之間僅有1.5m，可調節庫容也僅有幾百萬立方米，防汛壓力較大。

因錦繡川水庫流域雨量站較少，僅有西營、棗林2處雨量站，周邊流域有柳埠、邱家莊2處水文站，同時流域內長系列水文資料缺乏，因此為保障大壩和人民群眾生命財產安全選擇合適的面雨量計算方法，推求設計洪水，為水庫防汛調度提供可靠數據，十分重要。

1 設計雨期

錦繡川水庫流域受氣候、地形地勢影響較大，常出現短時強降雨，因此暴雨是造成本流域洪水的主要原因。

錦繡川水庫流域內有西營、棗林2處雨量站，同屬于玉符河水系位于水庫周邊的還有柳埠、邱家莊2處雨量站。這4處雨量站中，西營站設立時間為1952年，位于流域上游，水文資料系列較長，代表性較高。

通過對典型雨量站西營站較大暴雨資料進行分析，降雨持續時間一般在30h左右，個別場次降雨持續時間較長。經過進一步分析，在這些場次的暴雨中，短歷時和強降雨（最大24h降雨量）占最大72h降雨量的90%以上。由此可看出，對錦繡川水庫洪水大小起主要作用的是最大24h降雨量。但是在超過最大24h以外時間的降雨仍然會對洪水總量有一定的影響，考慮到錦繡川水庫所處地理位置的重要性，確保錦繡川水庫大壩安全，本次面雨量推求設計雨期定為72h。

2 設計雨量

分別運用直接面雨量法、山東省暴雨洪水查算圖表法和地區暴雨綜合頻率曲線法三種不同方法進行推求錦繡川水庫設計面雨量。

2.1 直接面雨量法

采用錦繡川水庫流域內南山區棗林、西營雨量站實測資料，以流域內較多單站年最大值發生日期為線索，按同一起迄時間統計計算同一場暴雨的年最大24h、72h面雨量。面雨量的計算采用算術平均法。

以數理統計法來對錦繡川水庫設計面雨量進行不同頻率的分析計算；針對不同歷時暴雨量的統計參數以矩法進行初估，取偏態系數Cs=3.5Cv，運用P-Ⅲ型頻率曲線進行適線，以理論頻率曲線與經驗點據擬合較好為原則。通過上述計算和類比推求，結果見表1。

表1錦繡川水庫設計雨量分析計算成果表（直接面雨量法）

2.2 地區暴雨綜合頻率曲線法

由地區暴雨綜合頻率曲線法分析計算水庫設計雨量時，除采用水庫流域內的棗林、西營兩站外，還采用了在流域周邊，同在玉符河流域暴雨洪水一致區的柳埠、邱家莊2處雨量站實測資料。流域北側、東側雖還有王家莊、官營、垛莊等雨量站，但這三站均屬于小清河水系，因此本次未采用。采用地區暴雨綜合頻率曲線法，不僅雨量系列的代表性會大大提高，而且又增加了大的暴雨點據來控制頻率曲線的外延，對水庫防洪安全有利。

根據棗林、西營、柳埠、邱家莊各雨量站歷年實測暴雨資料，按年最大值選樣方法取得各站歷年最大24h、最大72h雨量連序系列。采用P－Ⅲ型頻率曲線，取偏態系數Cs=3.5Cv進行適線，以理論頻率曲線與經驗點據擬合較好為原則，確定統計參數計算成果。根據規范要求及出于安全考慮，地區綜合頻率曲線年最大24h、最大72h點雨量均值采用四站平均值，分別為99.1mm、118.4mm。適線Cv分別采用0.57、0.55。經點面折減換算后，可求得水庫不同頻率設計面雨量。經點雨量和面雨量折減換算后，計算結果見表2。

表2錦繡川水庫設計雨量分析計算成果表（地區綜合頻率曲線法）

2.3 暴雨等值線圖法

通過查找山東省暴雨等值線圖，錦繡川水庫流域中心處多年平均最大24h點暴雨量為103mm，相應Cv為0.57。最大72h點暴雨量為126mm，相應Cv為0.54，采用點面折減推求設計面雨量。由山東省暴雨等值線圖法分析所得數據見表3。

3 方法比選

通過以上三種方法，比選后的結果見表4。

由表4可看出：直接面雨量法與等值線圖法計算的最大24h面雨量基本相當，比地區暴雨綜合頻率曲線法計算值略大，差別在5%以內。直接面雨量法與地區暴雨綜合頻率曲線法計算的最大72h面雨量基本相當，比等值線圖法計算值略小，差別在4%以內。

表3錦繡川水庫設計雨量分析計算成果表（暴雨等值線圖法）

暴雨等值線編繪時所采用的雨量資料均取自于1975年以前，資料系列短，代表性不強，因此采用等值線圖查算得面雨量成果有偏大的可能性。由于采用的系列較短，系列的代表性不高，為防洪安全考慮，用此方法計算存在一定風險；以地區暴雨綜合頻率曲線法對錦繡川水庫流域進行設計面雨量推求時，首先采用了本流域的兩雨量站的實測數據，還將同在玉符河流域暴雨洪水一致區的流域周邊的南山區柳埠、邱家莊2處雨量站的實測數據納入其中。這兩個雨量站位于水庫下游和流域外側，由于上述原因，計算結果同直接面雨量法相比較要小很多；直接面雨量法采用了流域內西營、棗林兩處雨量站實測雨量資料，資料系列滿足規范要求，因錦繡川水庫流域面積較小，兩處雨量站應能代表流域暴雨的分布情況。同時，同地區暴雨綜合頻率曲線法相比，本方法計算的設計面雨量更大一些，偏于安全。

表4錦繡川水庫不同方法設計面雨量成果表 mm

綜上所述，通過分析比較，由直接面雨量法對流域進行計算，比其他兩種方法更合理，同時偏重于安全，所采用的雨量站數據代表性也較好，在后續的設計洪水等水文計算中應以直接面雨量法計算結果為依據，推算洪水演進過程。

本次對流域設計面雨量的計算和比選，得到符合水庫流域實際情況的模型參數，通過對入庫流量進行產匯流計算，預測洪水行進過程，對水文模型符合計算，從而提高預報精度，并根據預報結果提出優化的調度方案，為水庫防洪調度提供可靠的技術支撐。