楊莊水庫設(shè)計洪水復(fù)核分析

陳 敏，李澤軍

（1.天津市水利勘測設(shè)計院，天津 300204；2.天津市水文水資源勘測管理中心，天津 300061）

楊莊水庫位于天津市薊州區(qū)北部山區(qū)，屬泃河流域。泃河發(fā)源于河北省興隆縣大青山南側(cè)，由黃崖關(guān)入薊州境內(nèi)，向南流經(jīng)中營、下營至楊莊。楊莊水庫于2002年2月正式開工建設(shè)，2003年6月開始蓄水，壩址以上流域面積296 km2，總庫容2 700萬m3。

楊莊水庫壩址處無水文站，下游1.8 km有羅莊子水文站，屬國家基本站。該站1974年6月由下游6 km處的泥河水文站上遷，建立羅莊子水文站。泥河水文站于1956年6月設(shè)立，觀測年限為1956年6月至1974年6月，羅莊子水文站從1974年7月開始設(shè)站觀測至今。

楊莊水庫上游設(shè)有雨量站4處，分別為茅山、水廠、黃崖關(guān)及下營，下營雨量站位于天津市薊州境內(nèi)，設(shè)立年份為1953年。

由于楊莊水庫壩址處無水文站，無法用水量平衡法反推入庫洪水。水庫上游的下營雨量站，為國家基本雨量站，且觀測年份較長，因此考慮采用降雨資料，建立建庫前下營站降雨與壩址洪水的相關(guān)關(guān)系，推求歷年洪水，并依據(jù)水庫較近的雨量站降雨資料插補入庫洪水，對楊莊水庫設(shè)計洪水進行復(fù)核。

1 洪水系列復(fù)核

本工程原設(shè)計洪水系列采用泥河、羅莊子水文站實測1956—2000年系列，并采用水文比擬法推求設(shè)計壩址年最大洪峰流量系列。

根據(jù)《1841—1970年海河流域水文特征資料》刊印的歷史洪水調(diào)查表，查得泥河水文站5項特大洪水，其中屬于調(diào)查考證的歷史洪水有3次，即1890、1894、1919年，其洪峰流量分別為 2 510、3 280、2 140 m3/s；實測期內(nèi)（1956—2000年）特大洪水有2次，即1958、1962年，其洪峰流量分別為1 820、1 750 m3/s。

根據(jù)《天津市水利志》卷一《薊縣水利志》刊載的水災(zāi)災(zāi)情表對1855—1974年水災(zāi)災(zāi)情描述，經(jīng)調(diào)查考證的3次歷史洪水確實是百余年來最大的3次洪水。根據(jù)歷年《海河流域水文資料》的洪水要素摘錄表，調(diào)查得到泥河水文站1985、1962年的洪峰流量分別為1 820、1 750 m3/s。

羅莊子、泥河水文站為國家基本水文站，資料詳實可靠，經(jīng)復(fù)核調(diào)查記錄成果較可靠。

2 洪水系列延長

原壩址洪水依據(jù)羅莊子水文站洪水成果推算，洪水發(fā)生時間按羅莊子水文站統(tǒng)計，羅莊子水文站位于下營雨量站下游，因此洪水發(fā)生時間較降雨發(fā)生時間滯后。

下營雨量站最大24 h雨量P24h與年最大3 d雨量P3d發(fā)生時間基本一致，大多數(shù)年份發(fā)生在7月下旬至8月上旬，與羅莊子水文站年最大洪水的發(fā)生時間基本一致，尤其是大洪水年份一致性更好。1960—2000年下營雨量站年最大24 h雨量P24h與羅莊子最大洪水發(fā)生時間一致的年份共有25 a，占61%；年最大3 d雨量P3d與最大洪水發(fā)生時間一致的年份共有23 a，占56%。因此，采用年最大P24h雨量與洪峰流量Qm和最大P3d雨量與W3d洪量建立相關(guān)關(guān)系，推算回歸方程，如圖1—2所示。

從圖1—2可以看出，點距均勻分布在回歸線的兩側(cè)，降雨與洪水的相關(guān)性較好。這是由于楊莊水庫流域面積較小，且下營雨量站距離楊莊水庫較近，降雨與水庫壩址洪峰同頻率。根據(jù)回歸方程，可以延長楊莊水庫2000—2017年洪水系列。

圖1 年最大P24h雨量與洪峰流量Qm相關(guān)分析

圖2 年最大P3d雨量與W3d洪量相關(guān)分析

3 系列代表性分析

經(jīng)過本次延長，楊莊水庫共計有1956—2017年的62 a系列，同時還有1890、1894、1919年3 a歷史洪水，其長度已能滿足現(xiàn)行規(guī)范對洪水計算的要求。統(tǒng)計計算不同系列的洪峰、洪量的算術(shù)平均值，結(jié)果詳見表1。

表1 不同系列洪峰、洪量算術(shù)平均值對比

從表1可以看出，延長后的1890—2017年系列與建庫前的1890—2000年系列的均值較為接近，Qm、W3d相對差分別下降7.4%、10.5%；延長的2001—2017年系列較建庫前的1890—2000年系列相對差減少很多，Qm、W3d相對差分別下降58.2%、61.7%。延長后系列均值降低是由于延長的2001—2017年系列均值降低較大的緣故。

由于建庫前系列已經(jīng)包含20世紀50—60年代的豐水系列、70—80年代的平水系列以及90年代的枯水系列，由此可見建庫前系列具有較好的代表性。

4 洪水分析計算

根據(jù)延長后的1890—2017年系列，采用P—Ⅲ型頻率曲線進行分析計算，結(jié)果詳見表2。本次成果較初步設(shè)計成果有所降低，其中洪峰流量降低較少，均值降低，Cv值增加，稀遇洪水基本不變化，降低幅度由高標準向低標準增高；最大3 d洪量變化規(guī)律與洪峰流量的變化規(guī)律一致。

表2 楊莊水庫壩址設(shè)計洪水計算成果

5 成果的合理性分析

將本次設(shè)計洪水的變化規(guī)律與《永定河系防洪規(guī)劃》（2008年）中的官廳山峽站的設(shè)計洪水的變化規(guī)律進行比較發(fā)現(xiàn)，官廳水庫山峽站設(shè)計洪水2008年成果系列為1925—1937、1939、1941—1944、1949—1997年共67 a，加入歷史洪水1801、1893年后組成69 a，設(shè)計洪水成果較1984年成果洪峰、洪量均值均減少，但CV值增加，洪水設(shè)計值有所降低，稀遇洪水相差不大，常遇洪水減少較多。其原因是由于系列1980年延長至1997年造成的，該段大多數(shù)年份屬于枯水年。官廳山峽站2008年成果與1984年成果比較，詳見表3。

表3 官廳水庫山峽站2008年成果與1984年成果比較%

本次楊莊水庫設(shè)計洪水成果與原成果相差幅度和官廳水庫系列延長后的成果基本一致，符合地區(qū)洪水變化的一般規(guī)律，因此本次洪水復(fù)核成果是合理的。