由暴雨資料推求石人溝水庫設計洪水方法剖析

房有國，宋 艷

(齊齊哈爾水文局，黑龍江齊齊哈爾161005)

1 流域概況

拉林河是松花江右岸一級支流，流域面積19 215 km2，是黑龍江省和吉林省界河，其中黑龍江省內流域面積為11 290 km2。拉林河發源于長白山張廣才嶺，由東南向西北流經尚志、五常、雙城、舒蘭、榆樹和扶余等6個市縣，在哈爾濱以上150 km處匯入松花江，河道長488 km，向陽山以上為山區，以下至牤牛河口地勢漸緩，屬丘陵區，牤牛河口以下逐漸過渡為平原區。石人溝水庫位于拉林河流域下游雙城市萬隆鄉和杏山鎮交界處，距雙城市60 km，地處拉林河和松花江三角地帶，水庫集水面積540 km2。

2 氣象

本區屬中溫帶大陸性季風氣候區，根據雙城市氣象站統計，多年平均氣溫3.5℃，日平均最高氣溫為33.7℃，日平均最低氣溫為－33.8℃;20 cm蒸發器觀測的多年平均蒸發量為1 552 mm，多年平均陸面蒸發量為445 mm，多年平均降水量為470 mm，歷年平均風速為4.0 m/s，歷年最大風速為24 m/s，最大凍土深度為2.10 m。

3 水文基本資料

石人溝水庫所在的區域沒有水文站，只有1處雨量站(水泉站)，具有1958—2006年降水觀測資料。拉林河干流上有沈家營、五常及蔡家溝共3處水文站，3個水文站歷年水文資料，測驗精度較高，基本資料可靠。由于石人溝水庫無徑流觀測資料，并且水庫在拉林河引拉渠首引水，根據本地區測站情況，選擇拉林河干流五常水文站作為本次設計的參證站。

4 洪水

4.1 暴雨洪水特性

拉林河流域洪水一般分春汛和夏汛。春汛洪水由融冰、融雪形成，大小主要取決于冬季降雪量和春季氣溫回升的速度，主要發生在4月中下旬—5月上旬，一般情況洪水量級不大，過程較短。夏汛洪水主要是由暴雨形成，流域內暴雨多出現在7月和8月，6月和9月也有少數暴雨出現，且量級不大。石人溝水庫洪水來源主要是友誼灌區一排干坡水，暴雨多發生在每年7月和8月，一般歷時較長，但雨量集中，最大1 d降雨占最大3 d降雨50%以上。

4.2 設計洪水

流域年內洪水可劃分為春汛洪水、秋汛洪水和大汛洪水，由于秋汛洪水較小，本次只對大汛洪水和春汛洪水進行分析。大汛洪水采用全年選樣統計，春汛洪水采用4—6月獨立選樣。

4.2.1 大汛設計洪水

本次設計采用參證站洪水參數修正方法、1996年《黑龍江省水文圖集》中由流量資料推求設計洪水和由暴雨資料推求設計洪水方法，分別計算水庫的設計洪水。

4.2.1.1 參證站洪水參數修正法

根據省院編制的《磨盤山水庫供水工程初步設計報告》五常水文站洪水系列計算到2000年，由于2000年以后沒有發生大洪水，從安全考慮，本次直接采用該成果，見表1。

表1 五常站設計洪水成果表

根據1996年版《黑龍江省水文圖集》中洪水參數等值線圖，利用五常站和石人溝水庫在等值線圖上的梯度把五常站設計洪水參數修正到石人溝水庫壩址，根據修正后的參數，推求工程地點設計洪水，參數修正見表2，石人溝水庫設計洪水成果見表3。

表2 洪水修正參數表

表3 石人溝水庫設計洪水成果表(參證站參數修正)

4.2.1.2 查圖集等值線圖法推求設計洪水

根據1996年版《黑龍江省水文圖集》中的洪水參數等值線圖查得水庫集水面積重心處的洪水參數Cp、B1、B3及相應的Cv值，用查得的洪水參數推求設計洪水，成果見表4。

表4 等值線圖推求設計洪水成果表

4.2.1.3 暴雨資料推求設計洪水

根據1996年版《黑龍江省水文圖集》中暴雨參數等值線圖查得石人溝水庫集水面積重心處的暴雨參數，通過暴雨途徑推求水庫不同頻率的設計洪水，成果見表5。

表5 石人溝水庫設計洪水成果表(暴雨途徑)

4.2.1.4 采用成果

對上述各方法推求設計洪水成果進行對比，成果見表6。

表6 石人溝水庫設計洪水成果比較表

從表中可以看出，參證站參數修正法設計洪水成果與查圖集等值線法成果接近，兩者相差在5%之內。暴雨途徑計算的設計洪水成果大于查圖集等值線法推求的設計洪水成果，偏大36.2%～77.5%，由于石人溝水庫位于拉林河下游，地勢相對平坦，接近平原區特點;本次查用的暴雨等值線主要依據上游山區雨量站繪制，直接查用成果偏大，而且我省暴雨推求洪水方法主要依據山區產匯流條件演化，運用到本區將使短歷時洪量偏大較多;考慮到按圖集等值線法計算成果基礎資料更可靠，且地區綜合性強，故推薦圖集法推求的水庫設計洪水成果。

4.2.2 春汛設計洪水

由于石人溝水庫沒有水文觀測資料，本次采用拉林河中上游五常站作為參證站。分別計算五常站1953—2000年、1953—1992年(圖集系列年份)春汛4—6月最大1 d、3 d洪量設計洪水。利用五常站大汛設計洪水與春汛設計洪水成果的比例關系修正石人溝水庫大汛設計洪水成果，得到石人溝水庫春汛設計洪水成果。設計洪峰利用大汛洪峰流量與1 d洪量的洪水參數比例關系計算，成果分別見表7、表8。

表7 五常站春汛設計洪水成果表

表8 石人溝水庫春汛設計洪水成果表

從表8可以看出，1953—1992年系列春汛洪水成果大于1953—2000年系列春汛洪水成果，從安全角度考慮，并與大汛成果采用系列一致，本次春汛設計洪水成果采用1953～1992年系列成果。

4.2.3 設計洪水過程線

石人溝水庫集水面積為540 km2，因受水庫實測資料條件限制，根據本次分析的設計洪水成果，采用1996年版《黑龍江省水文圖集》中的概化過程線法推求水庫大汛和春汛設計洪水過程線，最大24 h洪量與最大1 d洪量的比值K，采用1996年版《黑龍江省水文圖集》中的分析成果，因集水面積＞400 km2，取K=1.10。計算時段△t=2 h，可以得到石人溝水庫大汛設計洪水過程線及春汛設計洪水過程線。

5 結語

在缺少水文資料但流域內具有較長系列代表站的區域，可由暴雨資料推求設計洪水方法，通過產流和匯流計算，推求設計洪峰、洪量和洪水過程線，或利用代表站和設計地點在等值線圖上的梯度把代表站設計洪水參數修正到設計壩址，根據修正后的參數，推求工程地點設計洪水，或通過其他方法求得，最后通過對比分析確定最終合理設計洪水。

［1］ 黑龍江省水利水電勘測設計研究院.哈爾濱磨盤山水庫供水工程初步設計報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2002.