某水庫工程設計洪水計算分析

簡從義

（畢節市勘測設計研究院，貴州 畢節 551700）

1 工程概況

三甲河位于織金縣境內，屬長江水系烏江一級支流六沖河上的一條小支流。三甲河主河道上游近河源段稱為小干河，小干河主要由干流罵隴小河及右支流戈仲武小河匯聚而成。織金水文站位于織金城區上游新橋處，于1975年設站至今，主要觀測項目有水位、流量、蒸發和降雨。水位主要采用自計水位計觀測，人工觀測值校核，從歷年的水位過程和峰型變化上看，不存在明顯的不合理現象；流量觀測基本上采用流速儀測流，測次在時間變幅和過程上分布均勻，基本上控制了流量變化過程。水位、流量資料均經貴州省水文水資源局整編刊布，精度滿足要求。織金水文站控制流域面積66.40 km2，僅為設計流域集雨面積42.30 km2的1.57倍，加之，兩流域僅一條分水嶺之隔，流域地貌及域內下墊面條件相近，因此，在進行大新橋水庫初步設計階段水文計算時，選用織金水文站作為主要參證站。與織金水文站配套的新街、杠上、蜂子巖雨量站均設于1977年，測站位置緊靠織金城區，資料系列在25年左右。鄰近地區的珠藏、三塘雨量站分別設于1960 年和1964 年，資料系列在30年左右。其中珠藏站距設計流域西南側分水嶺平面距離僅為4.50 km，而三塘站距離則相對較遠。

2 設計暴雨

2.1 暴雨特性

設計流域地處貴州省暴雨高值區之一的普定暴雨中心邊緣地帶，暴雨量相對較大。流域內水汽主要來自孟家拉灣，西南的暖濕氣流與北方的冷空氣常交綏于流域上空，形成多暴雨。暴雨多出現在5-9 月，日雨量大于150 mm 的暴雨在6-7月，大于100 mm 多在6 月；特大暴雨時，高值區多在鄰近流域的珠藏，但其它測站也交替出現過。如珠藏站實測最大暴雨首推1974 年6 月，暴雨量為251 mm，其它站均小于此值，織金氣象站實測值僅為125.30 mm；又如1980 月6 月的一場暴雨，蜂子巖、杠上等站實測暴雨量為223 mm，而珠藏站實測值卻只有108 mm。

2.2 設計暴雨計算分析

鄰近流域內織金氣象站自1958年以來，有連續47 a的暴雨觀測資料，最大值出現在1983年，暴雨量186.10 mm，次為1980年，暴雨量185.70 mm，歷年最大暴雨量值大于100 mm有18年，大于80 mm 有9 年，小于80 mm 有20 年，年均100 mm，屬一般雨區；珠藏站有38年不連續的暴雨資料，最大值出現在1974年，暴雨量為251 mm，次為1983 年，暴雨量245 mm，大于100 mm有22年，大于80 mm有7年，小于80 mm有9年，年均124 mm，屬多雨區。上述兩站及其它選用站的暴雨頻率計算成果見表1。

表1 選用站暴雨頻率計算成果表

由表1 知，暴雨高值區在珠藏附近，各站暴雨均值在96～124 mm 之間。考慮本流域地理位置及實際特性，綜合選取本流域暴雨均值H24=110 mm。

Cv矩法計算值0.29～0.39，適線值0.35～0.45。結合貴州省水文圖集，綜合選取Cv=0.45、Cs=3.5Cv為采用值。經計算，此流域不同頻率的設計暴雨成果見表2。

表2 小干河設計暴雨成果表單位：mm

3 設計洪水

3.1 洪水特性

小干河為山區雨源型河流，洪水主要由暴雨產生，暴漲暴落。大新橋水庫壩址以上集雨面積42.30 km2，由壩址至河源河長較短，為12 km，河道坡降大，為7.80‰，洪水匯集時間短，一般漲峰歷時2-7 h，洪峰滯留時間10-40 min，一次洪水總歷時為1-2 d。

3.2 歷史洪水分析

小干河的歷史洪水，從未有過史料記載。據2000年1月實地調查，被訪問者大多認為1977年6月18日的洪水最大，記憶較深，距壩址下游1.50 km 處伏流入口洼地及周邊部分農房被淹，可研中推薦壩址下游約150 m 河谷最窄處洪水位為1 441.50 m（可研階段實測值）。

從相鄰流域內織金縣城的歷史洪水情況來看，有文獻記載的有多次：清康熙九年（1670年）“大雨滂沱，溪水浸城，民舍盡行傾圮”；康熙二十年（1681年）“大水，田土多沖沒”；光緒十三年五月（1887年6月）“大水”；民國三十五年五月（1946年6月）“自上月以來，霪雨成災，汛雷暴雨，損失堪重”，解放后1959年6 月24-26 日“城區受水災，化垮河上西湖水庫大壩被沖垮”。以上這些描述，無法準確定量。1976年6月28日“城關地區連續降暴雨10 h，織金河暴漲，大府體育場水深0.70 m”，織金水文站實測最大洪峰流量為124 m3/s。1977 年6 月17、18 日“全縣普降暴雨，縣城沿河兩岸居民被淹，大府體育場水深1 m”，織金水文站推算洪峰流量為277 m3/s。根據上述調查資料分析，確認1977 年為大洪水年份，對織金河而言，其洪水重現期相當于40-50年一遇。

由于此流域無實測洪水資料，織金河與本流域僅一條分水嶺之隔，結合2000年1月實地調查情況，仍確認1977年為本流域大洪水年份，用調查壩址處洪水位實測斷面進行推算，其洪峰流量為190 m3/s，重現期為30年左右。

3.3 設計洪水計算

3.3.1 流量法洪水計算

此流域無實測暴雨和洪水資料，但相鄰流域的織金水文站有織金河1975-2002年共28年實測洪峰流量資料，把實測系列中“77年6月”洪水（洪峰流量277 m3/s）作為特大值處理，重現期采用40年，經頻率計算適線后，其統計參數為：均值Qm織=62 m3/s，Cv=0.98，Cs=4Cv。按面積比擬法將織金水文站實測洪峰流量移用至本流域，面積影響指數采用0.75，計算適線后，統計參數為：Qm大=44.20 m3/s，Cv=0.98，Cs=4Cv，各頻率設計洪水見表3。

表3 大新橋水庫設計洪水成果表

3.3.2 雨洪法洪水計算

按前述設計暴雨分析采用貴州省水利廳1983 年出版《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》和1988年相應的《修訂本》進行。

此流域集雨面積25＜F＜300 km2，幾何特征值θ=23.80＜30，按下列公式進行各頻率設計洪峰流量計算。

式中：QP-設計頻率為P 的洪峰流量（m3/s）；r1-匯流系數。織金為Ⅰ2區，變化范圍為0.22～0.26；f-流域形狀系數（f=F/L2，L為河長）。f=0.293；J-主河道平均坡降。J=7.80‰；F-流域面積。該工程流域面積42.30 km2；C-洪峰徑流系數。由設計暴雨查表求取；KP-設計頻率為P 的皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數。采用Cv=0.45，Cs=3.5Cv；H24-設計年最大24 h點雨量均值。H24=110 mm。

將有關數值代入公式中計算后，得出大新橋水庫各頻率設計洪水成果見表3。

從表3中可看出，由流量法和雨洪法計算的洪峰量值在P<0.50%時較接近，P>0.50%時偏差較大。考慮到織金水文站實測洪水系列年限只有28 年，計算和適線的統計參數Cv值為0.98偏大，為安全計，采用雨洪法計算成果，對小流域的洪水計算精度能夠保證。可研通過審查以來，2年中流域內未發生大暴雨及大洪水，經復核，此次初步設計中仍推薦采用可研階段的設計暴雨成果和設計洪水成果。

大新橋水庫為中型水庫，此階段采用重力拱壩和面板堆石壩兩種方案作比較，按規程規范及《防洪標準》，其設計洪水標準均采用50 年一遇，相應洪水流量為210 m3/s，重力拱壩和面板堆石壩的校核洪水標準分別采用500 年一遇和1 000 年一遇，相應洪水流量分別為335 m3/s和371 m3/s。

洪水過程線直接采用《手冊》中ρ=0.3的（一）類概化線進行計算，其結果列于后續洪水調節計算有關章節中。按可研審查意見，初步設計中對設計和校核洪水過程線上不同設計頻率洪峰流量出現位置按洪水特性進行了修正。

3.4 分期設計洪水

大新橋水庫工程施工洪水設計重現期分別選用5 年、10年、20 年一遇，施工分期選用11-3 月、11-4 月、12-3 月、12-4月，按織金氣象站1958-2002年實測相應時段月最大一日降雨量排頻，采用前述雨洪法進行分期設計洪水推求，根據工程實際，選取p=10%為推薦堆石壩方案施工導流洪水標準，見表4。

表4 大新橋水庫分期設計洪水成果表

4 結語

綜上所述，水庫工程設計洪水計算是水庫樞紐工程設計文件的重要技術環節。熟悉流域工程概況，完成設計暴雨計算，進而圍繞洪水特性、歷史洪水分析、設計洪水計算和分期設計洪水分析等多方面實施水庫工程設計洪水計算分析。