實例分析中小型水庫設計洪水及計算

張喬娟

湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南長沙 410000

在水利工程設計中，對設計洪水的計算、分析與研究是十分重要的內容。如果不能對設計洪水進行準確的分析計算，就會影響水利工程自身運行及流域安全。因此，對設計洪水及其計算方法進行詳細探究十分重要。

1 流域概況

東河是耒水的一級支流，發源于郴州市獅子口西麓，流經郴州市東波、白鷺塘、坪田、小水坪，于大面洲匯入耒水。東河控制流域面積118km2，全長33.3km，干流坡降11.9‰。

東波水庫位于東河上游，地處郴州市蘇仙區白露塘鎮東波村境內東河峽谷河段，距郴州市城區20km。東波壩址控制流域面積24.7km2，河長6.97km，干流坡降66.5‰。

2 洪水特性及成因

東河流域洪水，具有明顯的山區河流洪水特性：洪水歷時短、峰型單瘦、暴漲暴落。洪水由暴雨形成，洪水變化特點與暴雨相應。根據東波站1992～2016年實測雨量資料分析，年最大24h暴雨發生在3～9月，量級大的暴雨主要發生在5、6、8、9月，8月尤為頻繁，出現年最大24h暴雨機率為37.5%。

3 壩址設計洪水

本次采用兩種方法進行東波壩址天然設計洪水的計算。方法一：根據鄰近郴水流域郴州站設計洪水采用水文比擬法計算。方法二：由暴雨資料參照《湖南省暴雨洪水查算手冊》2015年版（以下簡稱“手冊”）推求壩址設計洪水。

3.1 由郴州站流量資料推求壩址天然洪水

郴州站洪水系列由歷史洪水和1959～2016年實測系列組成。郴州水文站自1959年建站以來，先后實測到1964、1972、1985、1999及2006年大洪水，同時調查到歷史上洪水有1902、1942年（《湖南省歷史洪水調查資料》刊印本。實測系列中以1999年8月13日洪水最大，洪峰流量1200m3/s，2006年洪水為第二大洪水，洪峰流量927m3/s。本次擬定1999年和2006年洪水分別排在1902年以來的第一、二位（N=115年），1902年和1942年洪水較小（與實測系列中多年實測值接近），且可靠程度一般，故不參與排位。采用P-Ⅲ曲線適線推得郴州水文站設計流量成果。郴州站設計洪水成果見表1。郴州站控制流域面積354km2，東波壩址控制流域面積24.7km2。壩址流域和郴州站流域同屬耒水流域一級支流，地理位置臨近，采用水文比擬法計算壩址設計洪水，面積比指數n取0.67。東波壩址設計洪水成果見表2。

表1 郴州站設計洪水成果

3.2 由設計暴雨推求壩址天然洪水

3.2.1 設計暴雨

統計東波水文站1992～2016年實測24h降雨量資料及鄰近流域何家雨量站1963～2016年實測24h降雨量資料。利用東波站與何家站1992～2016年實測年最大24h降雨資料建立相關關系，相關系數R=0.86，根據相關方程求得東波站1963～1991年、1999年年最大24h降雨。對東坡站實測和插補組成的1963～2016年年最大24h降雨量系列進行頻率計算，其經驗頻率采用Pm=m/(n+1)計算，矩法公式計算參數初值，用P-Ⅲ型頻率曲線目估適線，得到東波站年最大24h暴雨均值、Cv、Cs/Cv。

同時根據壩址所在地理位置查 2015年版“手冊”，得東波壩址以上流域年最大24h點雨量均值、Cv、Cs/Cv。

兩種方法計算設計暴雨相差不大，東波站設計成果比“手冊”成果偏小約3.1%～7.8%，本次推薦采用根據“手冊”計算的各頻率設計值。成果見表3。

3.2.2 壩址天然設計洪水

按2015年版“手冊”中的推理公式計算。計算公式如下：

東波壩址位于暴雨一致區為2區，產流為Ⅱ區，I0＝32mm，地表徑流系數ψ取值0.65～0.85。根據時段凈雨強度 歷時曲線，求出各頻率設計洪峰流量。成果見表2。

3.3 壩址設計洪水成果比較

兩種方法計算的壩址天然設計洪水成果有較大差別，推理公式法比水文比擬法計算的壩址設計洪水成果大約50.4%～54.6%。根據2015年版“手冊”可查得東波壩址處于暴雨中心位置，壩址以上為高山區，河道坡降陡、匯流快。壩址下游東波站實測年最大24h暴雨均值157.2mm（1992～2016年），而郴州站實測年最大24h暴雨均值114.6mm（1992～2016年），東波站較郴州站設計暴雨大得多，因此采用壩址處設計暴雨推求壩址設計洪水更為合理。本次推薦采用推理公式法計算的壩址設計洪水成果。成果對比見表2。

4 結語

綜上所述，在水庫建設中，設計洪水計算常用的為兩大方法：一是根據流量資料計算；二是根據暴雨資料計算，本文對這兩種方法在東波壩址設計洪水計算中的應用進行了詳細探究，壩址處設計暴雨推求壩址設計洪水更為合理。此外，根據相關實踐經驗可知，部分中小水庫處于無實測流量資料地區，根據暴雨資料計算設計洪水更具有可行性，值得推廣應用。