秀水水庫擬建壩址河道徑流及洪水計算分析

劉星星

(邵陽市水利水電勘測設計院，湖南 邵陽 422000)

1 工程概況

秀水水庫位于湖南省邵陽市綏寧縣武陽鎮秀水村，位于邵陽市西部，屬亞熱帶季風氣候。綏寧縣縣總面積2927km2，轄8鎮9鄉，總人口38.48萬。大壩距綏寧縣城51.8km，距武陽鎮6.8km，距邵陽市163km，交通較便利。本水利工程由大壩工程、輸水工程、交通工程及灌區配套工程等組成，以灌溉為主，兼有供水、防洪功能。工程等級為Ⅲ等，主要建筑物及擋水建筑物為3級建筑物，次要建筑物為4級建筑物，臨時性建筑物為5級建筑物。水庫校核洪水位563.45m、設計洪水位562.75m、正常蓄水位560.50m，相應庫容分別為1330萬、1281萬、1118萬m3。

秀水水庫壩址位于資江水系蓼水支流秀水河下游，蓼水發源于發源于綏寧縣七坡山，流經綏寧縣白里山等15個鄉鎮，于高沙鎮雙豐村雙江口匯入資水，全長97km，流域面積1141km2，河道平均坡降2.32‰。秀水屬蓼水一級支流，于資水上游匯入，發源于綏寧縣寶頂，流經綏寧縣魚洞江、雙河橋、馬家灣、杉木沖、陶家在綏寧縣許江口匯入蓼水，流域面積41.3km2，河流長度21km，河流落差389m，河流坡降18.5‰。水庫壩址控制集雨面積36.8km2，壩址以上河道長15.0km，河道坡降20‰。流域上游無其他大中型水利工程，僅有一處裝機容量為400KW電站，電站無任何調蓄功能，上游的水利水電工程對秀水水庫的水文特性基本無影響。

2 徑流計算

2.1 徑流特征

工程收集到臨近威溪水文站1958—1994年37年的實測徑流資料和威溪水庫1995—2015年的實測蓄水量、來水量、出庫水量資料，利用威溪水庫相關歷史資料推求的威溪水文站的年徑流量成果。

威溪(一)站控制集雨面積110km2，威溪(二)站控制集雨面積89.8km2，威溪水庫控制集雨面積105km2，因收集到水文資料集雨面積相差不大，本次直接將威溪(一)站及威溪水庫徑流采用面積比相關到威溪(二)站，計算所得的威溪(二)水文站歷年徑流計算成果見表1。

表1 威溪水文站歷年徑流量成果表

2.2 徑流成果合理性分析

經分析，威溪水文站年均徑流系列具有代表性和合理性，其中代表系列中豐水年19年，平水年17年，枯水年22年；本次計算時，收集威溪水文站(含一站和二站)資料時長為37年，其成果精度可靠；收集威溪水庫入庫流量觀測資料21年，有專門的觀測和檢驗人員，其入庫流量觀測成果較為可靠，收集的水文資料可靠程度較高；威溪水文(一)站、(二)站與威溪水庫均位于赧水一級支流玉溪河下游，控制集雨面積相差不大，上游除建有兩處徑流式電站外，無其他大型的水利工程和取用水戶，河道的產匯流條件基本一致，收集的水文資料具有良好的一致性。

由于威溪水文(一)站、(二)站與威溪水庫集水面積相差不大，流域各水文特性基本一致，因此可以利用威溪水庫1995—2015年的徑流資料，采用水文比擬法推求威溪水文站同時段徑流系列。點繪威溪水文站年徑流過程線如圖1所示，逆時序平均過程線如圖2所示。從逆時序平均過程線圖可以看出，當逆時序系列長度大于30年時，系列均值趨于穩定，基本在平均徑流量0.96億m3上下波動。

圖1 威溪水文站年徑流過程線

圖2 威溪水文站年徑流逆時序平均過程線

2.3 參證站徑流計算

通過對威溪水文站水庫實測徑流資料進行分析計算，采用P-Ⅲ型曲線進行適線，計算威溪水文站各頻率年平均徑流設計值，結果見表2，徑流年內分配情況見表3。

表2 威溪水文站年平均徑流設計值 單位：億m3

表3 威溪水文站多年平均年徑流月分配成果表

2.4 壩址徑流計算

壩址徑流計算根據威溪水文站的徑流計算成果，采用面積雨量比擬相關到秀水水庫壩址，計算公式如下：

式中，W壩、W威—秀水水庫壩址、威溪水文站徑徑流量，萬m3；F壩、F威—秀水水庫壩址、威溪水文站控制流域面積，km2；P壩、P威—秀水水庫壩址、武陽雨量站年平均降雨量、威溪水文站控制流域面積以上面雨量,mm。

秀水水庫壩址上游無水文觀測設施，利用附近的武陽雨量站資料作為流域上游的面雨量，經統計計算武陽雨量站多年平均降雨量為1359.7mm，威溪水文站以上及流域周邊主要有汪家田、吳家坪、江口等雨量站及威溪水文站，其中吳家坪、江口及威溪站相繼在1995年停測，汪家田站一直觀測至今，有連續的觀測資料。經計算，威溪水庫以上流域多年平均年降水量為1625.6mm。計算得出秀水水庫壩址徑流成果見表4，壩址年平均徑流分配成果見表5，90%代表年徑流分配成果見表6。

表4 秀水水庫壩址年平均徑流設計值

表5 秀水水庫壩址年平均徑流月分配表

表6 秀水水庫壩址P=90%代表年徑流月分配表

2.5 壩址徑流合理性分析

秀水水庫位于雪峰山脈南端與八十里大南山西北部的交接地帶，多年平均降雨量為1359.7mm，水庫壩址以上為山區，植被覆蓋率在85%以上，植被產流條件好，經計算壩址上游多年平均產水量為3297萬m3，多年平均徑流深896mm。其臨近流域有洛口山水庫，該水庫控制集雨面積為31.4km2，根據洛口山水庫管理所提供的運行資料分析，水庫多年平均來水量有2800萬m3，其多年平均徑流深892mm；水庫所在流域下游蓼水干流有紅巖水文站(控制集雨面積694km2)，本次收集到了該水文站2004—2017年徑流成果，其平均徑流深為854.3mm。經對比分析，秀水水庫壩址徑流計算結果基本合理。

3 洪水計算

3.1 洪水特性

秀水洪水均由降雨所造成，洪水特性和暴雨特性一致，每年3月起進入梅雨季節，水量明顯增大，4—7月為汛期，8月后水量漸小，為平枯水期。本流域暴雨成因，大多數為峰面雨，少數為臺風雨。天氣系統高空為低槽、低渦、切變線或低渦沿切變線活動，地面為靜止峰。年最大降雨量多發生在4—8月，尤以4—6月出現次數最多。

工程所在流域屬山區性河流，洪水暴漲，變輻較大，一次大洪水過程1—2天，由于暴雨時空不同，洪水峰形有時呈單峰形，有時為復峰形，洪水從起漲到峰現通常在一天內，有時僅幾小時。

3.2 秀水水庫壩址設計洪水

秀水水庫位于蓼水流域秀水支流上，缺乏完整的實測降雨、徑流資料，故本次水庫設計洪水計算采用洪水查算《湖南省暴雨洪水查算手冊》，利用臨近的武陽雨量站資料進行暴雨成果復核計算。

3.2.1設計暴雨

根據秀水水庫所處位置，查《湖南省暴雨查算手冊》得：流域中心最大24h點雨量均值98mm，Cv=0.4，Cs=3.5Cv。

根據對水庫臨近的武陽雨量站實測最大一日暴雨系列進行分析計算，計算成果見表7。

表7 武陽雨量站最大一日暴雨計算成果表

經過計算，采用實測資料的計算成果較手冊查算成果在P=3.3%、P=2%及P=0.2%三種頻率的情況下，分別偏小1.11%、偏大0.88%、偏大0.86%。偏大設計暴雨值均偏大在5%以內，說明手冊查算暴雨值較為合理，為安全起見，本次復核設計暴雨采用手冊計算的成果。

3.2.2設計洪水

壩址控制集雨面積36.8km2，壩址以上河長15.0km，河道坡降20.0‰，設計洪水利用《湖南省暴雨洪水查算手冊》，分別采用推理公式法及經驗單位線法兩種方法計算，計算成果見表8。

表8 秀水水庫壩址設計洪水成果表 單位：m3/s

從表8中可知，兩種方法計算的洪峰差別較大，主要是采用經驗單位線法計算洪水歷時較長，造成洪峰模數偏小，因此本次設計洪水計算考慮較為不利因素，選用推理公式法計算的成果作為本次的設計成果。壩址設計洪水過程線如圖3所示。

圖3 秀水水庫壩址設計洪水過程線

3.3 設計洪水成果合理性分析

通過對秀水水庫壩址設計洪水進行計算，30年一遇洪水洪峰模數為6.11m3/s/km2，50年一遇洪水洪峰模數為6.66m3/s/km2，500年一遇洪水洪峰模數為9.15m3/s/km2。臨近流域洛口山水庫控制集雨面積為31.4km2，干流長度16km，平均坡降27.3‰，計算其洪峰流量30年一遇、50年一遇、500年一遇分別為176、191、282m3/s，其洪峰模數分別為5.61、6.08、8.98m3/s/km2，經比較，數值基本一致，計算成果基本合理，具體比較見表9。

表9 設計洪水成果比較表

4 結語

我國不少中小河流上測站稀少，缺乏實測資料。在工程區無水文觀測設施時，推求徑流量和設計洪水計算可選取臨近流域的水文站作為徑流計算的參證站。合適的參證流域應具有長期的實測資料，并與設計流域的氣候條件、流域的下墊面情況極為近似。為提高可靠性，可通過各年水位流量關系的對比，上下游、干支流洪水過程對比，與鄰近河流的對比，暴雨與洪水徑流的對比來進行審查。為提高推算精度，最好進行徑流的直接觀測，即使是短期觀測也大有益處?？傮w說來，本文計算所得秀水水庫擬定壩址徑流量和設計洪水計算成果符合地區分布規律，年徑流成果基本合理，對徑流和設計洪水的計算研究有一定的參考意義。