同頻法在呼圖壁梯級水庫洪水計算中的應用

魏召才

（新疆昌吉方匯水電設計有限公司，新疆 昌吉 831100）

梯級水庫中的上游水庫對洪水進行調節(jié), 改變天然洪水的狀況，直接影響下游水庫的設計洪水[1]。設計洪水地區(qū)計算常用方法有組成典型年法、同頻率地區(qū)組成法和相關法。同頻率地區(qū)組成法是根據防洪要求，選定某一分區(qū)出現與下游設計斷面同頻率的洪量，其余分區(qū)的相應洪量總數按照水量平衡原則推求[2]。本文以呼圖壁河流域為例，圍繞同頻率地區(qū)組成法在該流域梯級水庫洪水計算的應用展開分析。

1 研究區(qū)概況

呼圖壁河流域位于東天山北麓中段，準噶爾盆地南緣。石門水文站為呼圖壁河水量控制站，測站以上集水面積1840 km2，多年平均徑流量為4.76 億m3。

選取呼圖壁河石門水文站至出山口河段，在建石門水庫位于石門水文站下游7.5 km，壩址以上集水面積1958 km2，設計庫容7975 萬m3，工程等級為大（Ⅱ）型水庫。在建齊古水庫位于石門水庫下游約10.5 km，總庫容2080.9 萬m3，工程等級中型水庫。石門水庫下游接石門水電站，廠房位于齊古水庫回水線位置。圍繞石門水庫建成后對齊古水庫和石門水電站廠房的設計洪水的影響展開分析。

2 水文條件分析

2.1 水文資料收集與處理

自1956 年以來，呼圖壁河自出山口以上設立了石門、卡勒格牙基本水文站，在下游平原區(qū)設立過青年渠首專用水文站。計算收集到了呼圖壁河上石門水文站1978 年～2010 年洪水實測資料、卡勒格牙水文站1956 年～1967 年、1969 年～1970年實測洪水資料、青年渠首站1963 年～2010 年實測洪水資料。從資料總體看，呼圖壁河上有1956 年～2010 年實測洪水資料。因此，擬根據石門水文站、卡勒格牙水文站以及青年渠首站實測洪水系列，分析三站之間的相關關系，將三站洪水系列延長到1956 年～2010 年。

2.2 水文站設計洪水計算

采用石門水文站、卡拉格牙水文站延長插補后1956 年～2010 年54 年洪峰系列，頻率曲線采用P－Ⅲ型曲線擬合，均值按式（1）計算，CV、CS初始值計算按式（2）、式（3）計算[3]。

按照理論頻率曲線與經驗點據擬合較好為原則進行目估適線，計算結果見表1。

3 洪水計算

3.1 壩址同頻法

（1）根據石門水文站和卡勒格牙水文站設計洪水成果，分別采用面積的一次方將石門水文站和卡勒格牙水文站設計成果放大至石門水電站壩址處和齊古水庫壩址，作為石門水電站壩址處設計洪水和齊古水庫壩址天然狀態(tài)設計洪水成果[4]。

表1 石門水文站、卡勒格牙水文站不同設計頻率洪峰流量成果表

（2）用齊古水庫天然設計洪水減去石門水電站壩址處設計洪水，得到石門水電站壩址處至齊古水庫壩址區(qū)間設計洪水。

（3）根據石門水電站調洪原則，對石門水電站壩址處設計洪水進行調洪演算。

（4）最后將石門水電站調洪后的下泄洪水與區(qū)間設計洪水進行疊加，得到經石門水電站調蓄后的齊古水庫設計設計洪水成果，見表2。

表2 兩種方法計算成果對比表

3.2 區(qū)間同頻法

（1）根據卡勒格牙水文站設計洪水成果，采用面積的一次方將卡勒格牙水文站設計成果放大至齊古水庫壩址，作為齊古水庫天然狀態(tài)設計洪水成果。

（2）根據《新疆維吾爾自治區(qū)可能最大暴雨圖集》相關成果，采用調蓄單位經驗線法計算石門水電站至齊古水庫壩址處區(qū)間設計洪水。

（3）將齊古天然設計洪水減去區(qū)間設計洪水，從而推求石門水電站壩址處設計洪水。根據石門水電站調洪原則，對入庫洪水進行調洪演算。

（4） 將石門水電站下泄洪水與區(qū)間設計洪水進行疊加，得到經石門水電站調蓄后的齊古水庫設計洪水成果，見表2。

3.3 成果對比分析

本文通過兩種方法對石門水庫建成后齊古水庫入庫洪水進行分析計算，計算成果見表2。

從表中可以看出，兩種方法中，方法一計算成果洪峰流量要略小于方法二，而時段洪量要略大于方法二，兩種方法計算成果總體相差不大。根據下游不同防洪對象應按照對工程最不利影響進行選擇。對石門水電站廠房，洪峰流量的危害要大于時段洪量，因此推薦方法二計算成果；而對齊古水庫而言，時段洪量對水庫的規(guī)模影響較大，因此推薦方法一計算成果。

4 結語

對于流域梯級開發(fā)，設計洪水成果對工程規(guī)模的確定具有較大的影響，合理擬定設計洪水地區(qū)組成直接關系到設計洪水成果的可靠性和合理性。本文根據同頻率地區(qū)組成法的基本原理，采用壩址同頻法和區(qū)間同頻法對齊古水庫及石門電站斷面設計洪水進行計算對比分析。實際應用中，應結合對下游防護對象的不利影響，合理選用成果，為后續(xù)工程設計提供依據。

石門水文站與卡拉格牙水文站沒有平行的同期觀測資料，無法采用典型年法進行分析，而區(qū)間洪水采用暴雨圖集法進行計算，計算方法簡單，對最終成果精度起到保障作用。