小仕陽(yáng)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

王 慧，劉永華，韓玉冬

（臨沂水文水資源勘測(cè)局，山東 臨沂 276000）

小仕陽(yáng)水庫(kù)位于莒縣東北28 km處，沭河支流袁公河上，始建于1958年10月，1959年6月主體工程竣工，控制流域面積281 km2。水庫(kù)樞紐工程由主壩、溢洪閘、副壩、副溢洪道、放水洞、水電站6部分組成，水庫(kù)總庫(kù)容1.25億m3，興利庫(kù)容6 863萬(wàn)m3。是一座以防洪和農(nóng)業(yè)灌溉為主，結(jié)合發(fā)電和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（2）型水庫(kù)。壩址以上流域內(nèi)，有石畝子中型水庫(kù)1座，石畝子水庫(kù)控制流域面積16.3 km2，總庫(kù)容 1 232 萬(wàn) m3，興利庫(kù)容 790 萬(wàn) m3。 為確保水庫(kù)的防洪安全，提高水庫(kù)的防洪、發(fā)電效益，對(duì)小仕陽(yáng)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了復(fù)核。

1 資料審查

水文資料是水文分析計(jì)算的依據(jù)，直接影響著此次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的精度、可靠性，是設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的基礎(chǔ)。

1.1 可靠性分析

小仕陽(yáng)水庫(kù)流域內(nèi)現(xiàn)有雨量觀測(cè)站3處，各站資料均能滿(mǎn)足實(shí)測(cè)降水資料，實(shí)測(cè)資料均進(jìn)行過(guò)資料整編，達(dá)到了規(guī)范規(guī)定的要求，系列資料具有可靠性。建庫(kù)后，小仕陽(yáng)水庫(kù)水文站對(duì)水庫(kù)水位、溢洪、輸水洞放水等均有系統(tǒng)完整的觀測(cè)記錄，因此用水量平衡方程式推求的洪水過(guò)程是可靠的。

根據(jù)1977年9月小仕陽(yáng)水庫(kù)站歷史洪水調(diào)查成果表記載，小仕陽(yáng)水庫(kù)有3次調(diào)查洪水資料，分別為1914年、1928年和1947年，其洪水洪峰流量依次為2 610 m3/s、1 870 m3/s和2 160 m3/s。 經(jīng)點(diǎn)繪實(shí)測(cè)資料系列峰量關(guān)系，將1914年洪水與實(shí)測(cè)資料系列的峰量對(duì)比分析，綜合考慮流域下墊面條件的變化因素，以及資料處理存在的允許誤差，認(rèn)為1914年洪水定為70年一遇為宜。經(jīng)對(duì)1928年洪水進(jìn)行綜合分析，比1974年洪水要小，因此，本次歷史洪水處理不考慮1928年洪水。

1.2 一致性分析

用降水資料推求設(shè)計(jì)洪水時(shí)，考慮到小仕陽(yáng)水庫(kù)流域內(nèi)雨量站設(shè)站時(shí)間有早有晚，為解決流域內(nèi)雨量站設(shè)立時(shí)間不同的問(wèn)題，本次計(jì)算分別采用了算術(shù)平均法和加權(quán)平均法2種方法計(jì)算流域平均降雨系列，以滿(mǎn)足不同年代流域平均降雨資料的一致性，經(jīng)分析最終確定采用加權(quán)平均法計(jì)算的流域平均降雨系列。用實(shí)測(cè)流量法推求設(shè)計(jì)洪水時(shí)，小仕陽(yáng)水庫(kù)壩址以上各小型水庫(kù)中，均缺少觀測(cè)資料，且這些小型水庫(kù)的庫(kù)容較小，溢洪道也都為開(kāi)敞式，對(duì)小仕陽(yáng)水庫(kù)入庫(kù)洪水的影響主要為中小洪水，其影響程度較小。因此在應(yīng)用小仕陽(yáng)水庫(kù)實(shí)測(cè)入庫(kù)洪水資料分析計(jì)算小仕陽(yáng)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水時(shí)，著重考慮石畝子水庫(kù)的影響，對(duì)小型水庫(kù)的影響可以根據(jù)規(guī)范規(guī)定對(duì)校核洪水做安全修正值處理解決。因此認(rèn)為本次還原計(jì)算的洪水系列具有一致性。

1.3 代表性分析

在1960—2004年45年降水資料系列中包括了5個(gè)連續(xù)豐水年組和4個(gè)連續(xù)枯水年組，豐枯交替出現(xiàn)，系列代表性較好，為進(jìn)一步分析資料系列代表性，本次采用鄰近雨量站長(zhǎng)系列降雨資料進(jìn)行分析。在小仕陽(yáng)水庫(kù)東偏北方向130 km處青島雨量站有1898—2004年107年的降雨系列資料，從同期年降水量的年際變化規(guī)律來(lái)看，兩站變化規(guī)律基本一致，多年平均年降水量和變差系數(shù)Cv值相近，故以青島站降水量長(zhǎng)短系列資料，分析其樣本對(duì)于總體的代表性。經(jīng)計(jì)算對(duì)比分析（見(jiàn)表1），青島雨量站年降水量和最大一日降水量長(zhǎng)短系列豐枯變化規(guī)律基本一致，其均值、Cv值相近，長(zhǎng)短系列相對(duì)誤差在3%以?xún)?nèi)；設(shè)計(jì)1%、0.1%、0.05%、0.02%的年降水量相對(duì)誤差在6%以?xún)?nèi)，最大一日降水量相對(duì)誤差均在4%以?xún)?nèi)。由青島雨量站長(zhǎng)短系列雨量資料分析成果看，1960—2004年短系列降雨資料不存在偏枯或偏豐現(xiàn)象，短系列（樣本）對(duì)于長(zhǎng)系列（總體）有較好的代表性。小仕陽(yáng)水庫(kù)有1964—2004年41年入庫(kù)洪水實(shí)測(cè)系列，資料系列滿(mǎn)足規(guī)范要求，本次計(jì)算系列中不僅包括豐水年份，也包括連續(xù)枯水年的資料，豐枯代表性好，此外由于加入了調(diào)查歷史大洪水，也在一定程度上提高了系列的安全代表性。同時(shí)，經(jīng)對(duì)洪水系列與降雨系列對(duì)比分析，兩系列豐枯變化規(guī)律基本一致，降雨系列的代表性也證明了本次采用的洪水系列具有較好的代表性。

以上表明，小仕陽(yáng)水庫(kù)暴雨系列和實(shí)測(cè)洪水系列均具有良好的可靠性、一致性和代表性。根據(jù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算要求，本次確定采用由實(shí)測(cè)洪水資料推求設(shè)計(jì)洪水的方法推求設(shè)計(jì)洪水。

表1 青島雨量站降水量系列代表性分析表

2 設(shè)計(jì)洪峰洪量計(jì)算

2.1 洪水頻率分析

小仕陽(yáng)水庫(kù)為二級(jí)工程，按規(guī)范確定大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，即p=1%；校核標(biāo)準(zhǔn)為5 000年一遇，p=0.02%。

2.2 洪水洪峰和時(shí)段洪量推求

由于小仕陽(yáng)水庫(kù)上游的石畝子水庫(kù)無(wú)實(shí)測(cè)水文資料，本次先由小仕陽(yáng)水庫(kù)實(shí)測(cè)水文資料及調(diào)查歷史洪水資料計(jì)算小仕陽(yáng)～石畝子區(qū)間的入庫(kù)洪水過(guò)程與時(shí)段洪量，然后用面積比放大求得小仕陽(yáng)水庫(kù)入庫(kù)洪水的時(shí)段洪量和洪峰。

3 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線推求

本次計(jì)算從小仕陽(yáng)水庫(kù)區(qū)間入庫(kù)洪水資料中選取了6場(chǎng)較大洪水，根據(jù)選典型洪水過(guò)程的原則，經(jīng)對(duì)比分析，選取1970年7月29日洪水作為設(shè)計(jì)典型洪水過(guò)程。

采用典型洪水同倍比放大法，用放大系數(shù)，依據(jù)此典型洪水過(guò)程，分別推求出小仕陽(yáng)水庫(kù)全流域和小仕陽(yáng)～石畝子區(qū)間不同頻率的洪水過(guò)程。小仕陽(yáng)水庫(kù)全流域和小仕陽(yáng)～石畝子區(qū)間不同頻率的洪水過(guò)程同時(shí)段相減得出的過(guò)程反演算到石畝子水庫(kù)壩址處，即為石畝子水庫(kù)各相應(yīng)頻率設(shè)計(jì)入庫(kù)洪水過(guò)程。對(duì)石畝子水庫(kù)各相應(yīng)頻率的設(shè)計(jì)入庫(kù)洪水進(jìn)行調(diào)洪演算，將石畝子水庫(kù)調(diào)洪演算后的出庫(kù)流量過(guò)程演算到小仕陽(yáng)水庫(kù)并與小仕陽(yáng)～石畝子區(qū)間設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線疊加，得到小仕陽(yáng)水庫(kù)受上游石畝子水庫(kù)調(diào)蓄影響的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。

小仕陽(yáng)水庫(kù)不受石畝子水庫(kù)調(diào)蓄影響的設(shè)計(jì)洪峰、洪量及洪水過(guò)程線同上，采用典型年同倍比放大法推求。

4 水庫(kù)調(diào)洪演算及安全復(fù)核

4.1 調(diào)洪原則

小仕陽(yáng)水庫(kù)壩址以下有農(nóng)田、村莊和鄉(xiāng)鎮(zhèn)等保護(hù)對(duì)象，根據(jù)《小仕陽(yáng)水庫(kù)汛期控制運(yùn)用方案》以及河道下游的安全泄量，取安全泄量800 m3/s，對(duì)本次計(jì)算的2%的實(shí)測(cè)流量法推求的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行調(diào)洪驗(yàn)算，調(diào)算所得的最高水位作為本次調(diào)算的防洪高水位（155.10 m），確定小仕陽(yáng)水庫(kù)調(diào)洪演算按以下水位控制：

當(dāng)水庫(kù)水位低于155.10 m時(shí)，控制下泄流量不超過(guò)800 m3/s，當(dāng)入流小于800 m3/s時(shí)按入流下泄；當(dāng)水庫(kù)水位超過(guò)155.10 m時(shí)，水庫(kù)閘門(mén)全開(kāi)，按自由出流敞泄。當(dāng)副溢洪道水位大于154.08 m時(shí)，按自由出流下泄。

4.2 調(diào)洪演算

將各種方法推求的設(shè)計(jì)洪水分別按照調(diào)洪原則進(jìn)行調(diào)洪演算，其中由實(shí)測(cè)流量法考慮石畝子水庫(kù)調(diào)蓄影響的調(diào)算結(jié)果為推薦洪水調(diào)算成果見(jiàn)表2（由暴雨資料推求設(shè)計(jì)洪水的調(diào)算成果略）。

4.3 防洪核算

通過(guò)計(jì)算得壩頂超高：正常運(yùn)用為2.97 m；非常運(yùn)用為1.50 m。

由此得出小仕陽(yáng)水庫(kù)大壩現(xiàn)狀防洪安全復(fù)核成果見(jiàn)表3、表4。

表2 小仕陽(yáng)水庫(kù)各計(jì)算方案洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

表3 小仕陽(yáng)水庫(kù)主、副溢洪道共同泄洪時(shí)的防洪核算成果表 m

表4 小仕陽(yáng)水庫(kù)副溢洪道不參與泄洪時(shí)的防洪核算成果表 m

5 結(jié)語(yǔ)

本次計(jì)算在主、副溢洪道共同泄洪的條件下，現(xiàn)狀主、副壩頂高程，心墻頂高程均達(dá)到100年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和5 000年一遇校核標(biāo)準(zhǔn)；因現(xiàn)狀開(kāi)敞式副溢洪道控制段以下均為耕地和村莊，不具備泄洪條件。若副溢洪道不參與泄洪，則水庫(kù)防洪能力也能達(dá)到100年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和5 000年一遇校核標(biāo)準(zhǔn)，符合規(guī)范要求。