河南省淇縣陰山水庫設計洪水推求(基于“84圖集”)

■史朝陽 ■河南省中陸工程技術有限公司，河南 鄭州 450000

1 工程概況

陰山水庫位鶴壁市淇縣廟口鎮土門村西南約1km處。屬海河流域衛河水系，壩址位于朱小河上，是一座以灌溉、防洪為主，結合水產養殖等綜合利用的小(2)型水庫。壩址以上平均干流長3.96km，壩址以上控制流域面積2.8km2，干流平均比降J=0.0116。

水庫樞紐工程主要由大壩、輸水洞等組成。

2 洪水標準及基本資料

根據《防洪標準》(GB50201－94)，陰山水庫總庫容13.90萬m3，興利庫容11.35萬m3，設計洪水采用20年一遇，校核洪水采用100年一遇。

本流域內及鄰近地區沒有實測的洪水流量資料，水庫控制流域小于200km2。根據《水利水電工程設計洪水計算規范》SL44－93有關規定，對于小流域，可采用小流域推理公式法計算洪水。設計洪水采用《河南省中小流域設計暴雨洪水圖集》(以下簡稱“84圖集”)推求設計洪水。

3 設計暴雨

3.1 設計暴雨

根據“84圖集”附圖，在流域重心處讀得各時段點暴雨均值和相應的變差系數，以Cs=3.5Cv查P—Ⅲ型曲線模比系數，計算設計頻率點暴雨量，再根據流域面積查附圖求得點面折減系數，計算面暴雨量。由于陰山水庫流域面積F=2.8km2，小于50km2，以點雨量作為面雨量，即點面折減系數α=1。陰山水庫設計暴雨量計算成果如表1。

表1 設計暴雨量計算成果表(84圖集)

3.2 暴雨遞減指數

考慮不同時段雨量變差系數Cv及點面關系影響，根據各時段點雨量和點面折減系數，按“84圖集”說明中公式:

n1p=1 －1.285 ㏒10αH1p/αH10p

n2p=1 －1.285 ㏒10αH6p/αH1p

n3p=1 －1.661 ㏒10αH24p/αH6p

式中:H10p、H1p、H6p、H24p為各設計頻率的 1min 和 1h、6h、24h 點雨量;α=1為相應的點面折減系數。

計算三種時段設計暴雨遞減指數n1p、n2p、n3p如下所示:

20 年一遇:n1p=0.417，n2p=0.628，n3p=0.708;100 年一遇:n1p=0.392，n2p=0.595，n3p=0.708。

4 設計洪水

4.1 設計洪水總量

設計洪量采用降雨徑流關系，按24小時設計凈雨量計算。

24小時設計洪量用下式計算:W24=0.1RF

式中:F—流域面積(km2)，該水庫控制流域面積為2.8 km2;R—24小時凈雨深(mm);W24—24小時洪量(萬m3)。

由《河南省中小流域設計暴雨洪水圖集》降雨徑流關系P+Pa～R曲線中VI－1線求得。最大初損值Imax=60mm。P為24小時設計雨量，Pa為設計前期影響雨量，50年一遇以上暴雨Pa=Imax，低于50年一遇暴雨Pa=2/3Imax，則各設計頻率凈雨量計算成果如表2。

表2 設計凈雨量及設計洪量計算成果表(84圖集)

4.2 24小時凈雨時程分配采用

省圖集說明中表(3)分配比例分配，如表3。

表3 設計頻率凈雨時程分配成果表(84圖集)

4.3 設計洪峰流量

根據流域面積，采用推理公式計算。基本公式為:

式中:Qm——設計洪峰流量(m3/s)

ψ——洪峰徑流系數;

τ——洪峰匯流歷時(h);

F——流域面積(km2)，F=2.8km2;

L——干流長度(km)，L=3.96km;

J——干流平均坡降，J=0.0116;

S——設計最大1小時雨量平均強度，即設計頻率1h的面雨量(mm/h);

n——設計暴雨遞減指數，τ＜1小時取n1;τ=1～6小時取n2;τ=6～24小時取n3;

μ——平均入滲率，以mm/h計;

m——匯流參數。

將各數值代入公式經試算，得設計洪峰流量計算成果，如表2－4。

表2 －4 不同頻率洪峰流量計算成果表

4.4 設計洪水計算成果

由上述可知:20年一遇:設計洪量為51.24×104m3，設計洪峰流量為60.82 m3/s;100年一遇:設計洪量為90.16×104m3，設計洪峰流量為 94.91 m3/s。

4.5 設計洪水過程線

采用概化等腰三角形方法計算設計洪水過程線。

(1)由降雨徑流關系查算出24小時設計凈雨量R24，并計算24小時設計洪量W24。計算成果見表2－5。

(2)以設計暴雨遞減指數n2，n3為參數查《84圖集》表(3)24小時凈雨概化時程分配表，計算逐時凈雨。計算成果見表2－7。

(3)將設計洪峰(主峰)Qm和τ，對應τ時段的最大平均凈雨強度，繪出概化等腰三角形，其頂高為Qm，底寬為2τ。

(4)列表計算出主峰τ前后各個τ時段的凈雨量Rτ，因τ不夠整時段，按小時平均分配取值。以各個時段的凈雨平均強度計算各次峰的洪峰流量Qi=0.278(Rτ/τ)F(m3/s)，按等腰三角形對應于凈雨過程繪于圖上，疊加繪出24小時洪水過程線。過程線量算的洪量應與凈雨計算的W24相等。陰山水庫1800s洪水過程線見表2－5。

表2 －5 洪水過程成果表(m3/s)

備注:時段流量合計數乘以時段1800秒，與各頻率24小時洪量一致。

由表2－6可見24小時設計洪量:

P=5﹪時，W24=51.24萬 m3

P=1%時，W24=90.16 萬 m3;

結果與凈雨計算相等，認為設計洪水過程線成果合理。