烏云河新村攔河壩工程水文計算分析

摘 要：設計洪水是水利工程立項規劃前期的重要水文分析計算工作，是為工程防洪安全所提供的重要參考依據。文章采用間接法根據工程實際地理位置水文氣象特性，針對工程主要社會經濟作用和價值，以流域徑流和洪水為主要分析方面對工程位置區域的水文特性進行了分析計算和論述。為工程壩址區位置選擇和壩體設計提供了可行性參考建議。

關鍵詞：設計洪水；面積倍比；壩體設計；防洪標準；徑流分析

1 流域概況

烏云河新村攔河壩工程位于黑龍江省伊春市嘉蔭縣境內烏云河河口附近，行政區域隸屬于嘉蔭農場，烏云河為黑龍江右岸一級支流，流域范圍在東經129°02′～130°00′，北緯48°35′～49°09′之間，流域面積2949km2，流域形狀是上寬下窄略呈三角形，流域呈西南東北走向，屬典型山溪性河流。流域平均坡降5.31‰。流域主要支流左岸有福民河匯入，河長42km，集水面積489km2。右岸有樟子氣河匯入，河長40km，集水面積302km2。烏云河流域地貌屬小興安嶺北麓山地，流域內山嶺連綿，溝谷縱橫，森林茂密，植被良好，廣布闊葉林，有少部分針葉林。上游多為高山峽谷構成的山地特征地貌，海拔最高點606m，河流沿岸山勢地形起伏較大，平均起伏量在30～86 m，平均坡度為40度。下游主要以低丘陵和漫崗山地為主，坡地角度在30度以下。山谷中除少量沼澤濕地外，還廣泛分布著經流水切割而成的熔巖臺地，臺地表層土壤含豐富有機質，部分已被開墾為耕地。

2 流域水文及工程概況

2.1 流域代表站

流域代表站東風水文站位于黑龍江省嘉蔭農場良種場，屬烏云河出口控制站，屬國家二類精度站，地理坐標為東經129°58′，北緯48°59′，集水面積為2272km2，斷面以上河長126km，至河口距離為8.5km。東風站水文測驗項目有水位、流量、冰清、水溫、岸溫、降雨、蒸發等，觀測資料年限為53年。

2.2 水文特性

本區域屬寒溫帶大陸性季風氣候區，屬大陸性季風氣候，春天較晚多大風，夏季較短而濕熱，秋季霜來早，冬季嚴寒漫長。流域年平均氣溫為零下0.5℃。最低氣溫出現在1月份，；最高氣溫出現在7月。流域水文要素在年際和年內的變化差異較大，年徑流深在60～350mm之間，多年平均徑流深161.0mm，歷年平均徑流量為4.20×108m3，徑流的年內分配和年際變化都存在較大差異。洪水包括春季凌汛和夏汛，春季凌汛發生在4～5月間，主要由融雪徑流和冰凌卡塞所形成。凌汛水位有時高于夏汛水位，成為本年最高洪水位。夏汛洪水發生在6～9月份，以7～8月份出現次數為最多，約占總數73%左右，多因局部暴雨或全流域降雨所產生。大氣降水為烏云河主要補給水源，屬多雨地區，局部暴雨多發區。多年平均降水量561.7mm，降水量年內分配極不均勻，年內降水集中在6～9月份，降水量418.1mm，汛期降水量占年降水量74.4%。這期間的降雨是形成本區雨洪、內澇的主要原因。

2.3 流域內工程現狀

烏云河流域水利資源較為豐富，多年平均來水量為5.65×108m3。目前在流域中游僅有一小型水電站，控制面積2200km2，防洪標準為10年一遇。水庫規模二等，電站規模四等，總裝機容量1200千瓦，有單機容量200千瓦水輪發電機組6臺，流域內現有村屯及農場連隊5個，人口約12600人。流域干流現狀綜合防洪標準約為五年一遇，主要由河道控制泄量。

2.4 擬建攔河壩工程簡介

壩址處地理坐標為東經128°59′02″～129°00′15″，北緯48°59′13″～49°00′02″，位于烏云河河口附近，庫區主要功能為旅游觀光和水產養殖，兼顧一定的防洪作用。設計壩高9.0m，長度100m，壩頂寬度6.0m。設計防洪標準為10年一遇洪水。壩體上游設兩處20m寬導流泄洪渠道，如遇超標準洪水時壩體自然溢流。

3 徑流分析

3.1 徑流成因

烏云河流域徑流成因以降雨徑流為主，其次是融雪徑流，枯水期還有少量的地下水和泉水補給。徑流的年內分配主要集中在5～9月，可占年徑流總量的85%，冬季徑流很少，11月至次年的3月徑流量僅占年徑流總量的8%。

3.2 年徑流系列豐枯水分析

分析計算東風站年徑流系列差積曲線和歷年徑流變化，東風站年徑流具有明顯的豐平枯周期。豐枯變化大周期約為20年。實測最大年徑流為11.1×108m3（1991年），實測最小年徑流為的0.949×108m3（2008年），最大年徑流為最小年徑流的11.7倍。

3.3 年徑流頻率分析

利用東風站1959～2011年53年連續徑流系列進行頻率計算，按P-Ⅲ型理論頻率曲線，分析統計參數，適線確定變差系數Cv值、取Cs=2.0Cv。統計參數及設計值如表1所示。

表1 東風站年徑流頻率計算成果表

3.4 壩址徑流

3.4.1 壩址設計年徑流

東風站集水面積2272km2，多年平均徑流深161.0mm，多年平均徑流量為4.2×108m3。工程壩址以上集水面積2949km2，二者比值為1.30，利用面積倍比法計算壩址多年平均徑流量為5.46×108m3，折算多年平均徑流深為185.0mm，壩址設計年徑流成果如表2所示。

表2 烏云河攔河壩工程壩址設計年徑流成果表

3.4.2 年月徑流系列

烏云河水庫工程壩址以上集水面積2949km2，是東風站的1.3倍，故壩址年徑流系列可采用多年平均來水系列法推求。用東風站的年徑流系列進行倍比即可求得壩址1959～2011年共53年徑流系列。壩址月徑流系列可借用按東風站歷年平均各月徑流年內分配比計算，壩址年月徑流系列計算成果表略。

4 洪水

4.1 暴雨洪水特性

洪水來源為上游暴雨徑流和干流烏云河，支流福民河、樟子氣河來水為主。洪水多發生在8月份，以干流烏云河，支流福民河、樟子氣河洪水疊加形成。根據實測資料，最大洪水年份為1961年、1999年、2005年、1974年、1968年。歷年最大洪峰流量為3250m3/s（1961.8.7，調查值）；重現期相當于百年一遇。歷年最小洪峰流量為13.8m3/s（1978.8.6）；烏云河系山溪性河流，洪水暴漲暴落，洪峰滯留時間一般為1～2小時，洪峰形式為單峰型。漲洪歷時2～3天，落洪歷時15～18天。

4.2 單站設計洪水

4.2.1 代表站設計洪水

利用烏云河東風站1959～2011年53年洪峰及1、3、7天洪量連續系列，統計分析其經驗頻率，按P-Ⅲ理論頻率曲線適線確定均值和Cv值。洪水參數及設計洪水如表3所示。

4.2.2 壩址設計洪水

壩址設計洪水成果。烏云河水庫工程壩址設計洪水按我省綜合的面積指數公式計算。設計洪峰流量計算公式為：Qmp=Qm站（F壩/F站）0.67

式中：Qmp、Qm站-分別為壩址和代表站不同頻率的設計洪水，m3/s；F壩、F站-分別為壩址和代表站集水面積，km2。

設計洪量計算公式為：Wip=Wi站（F壩/F站）n

式中：Wip、Wi站-分別為壩址和代表站不同時段的設計洪量，104m3；i-洪量時段，i=1、3、7d；P-設計頻率；n-面積比指數，按我省綜合成果，1、3、7天洪量n=0.83、0.85和0.87。

按上述公式推求壩址洪水均值，Cv值采用東風站適線成果，Cs值為2.5倍的Cv值。壩址設計洪水成果如表4所示。

5 結束語

經分析，烏云河新村攔河壩工程設計標準基本符合流域徑流、洪水等水文特性，壩址選擇合理，壩高達到設計洪水泄量要求。工程設計在水文計算方面技術上可行，適宜立項興建，以便流域資源盡快發揮效益。

參考文獻

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作者簡介：栗彥博（1972，1-），男，內蒙古豐鎮人，工程師。