旺隆水庫工程設計洪水分析計算

徐若愚

(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563002)

旺隆水庫位于赤水河右岸一級支流鴨嶺河上游河段，處于赤水市旺隆鎮勝豐村境內。地理位置E105°30′91″，N28°40′59″，壩址距旺隆集鎮8 km，距赤水市區36 km，距遵義市區233 km。工程任務是為集鎮及農村人畜飲水供水、農田灌溉。水庫校核(P=0.2%)洪水位445.69 m，設計(P=2%)洪水位444.59 m，正常蓄水位442.00 m；水庫總庫容441×104m3，興利庫容349×104m3，屬多年調節水庫。該水庫為小(Ⅰ)型水庫，工程等別為Ⅳ等。為了給工程規劃設計和投資提供詳細決策數據依據[1-2]，確保旺隆水庫防洪調度安全，采用赤水氣象站暴雨資料對該流域進行水文分析，獲得與旺隆水庫壩址處實際相切合的設計洪水計算成果，確保水庫工程高效優質的規劃建設。

1 流域概況

鴨嶺河屬于長江流域赤水河右岸的一級支流，發源于赤水市旺隆鎮勝豐村的坪子上，河源山頂高程1 145 m。河流由西南向東北，流經龍巖鄉、廻龍山、皮匠垇到旺隆鎮后，納東來之水興隆溪和柏楊溪后折向東南，經過獅坪上于貴州省赤水市葫市鎮鴨嶺寺匯入赤水河，匯口處高程228 m。鴨嶺河全流域面積70.5 km2，河長15.1 km，河道平均比降5.71‰，流域形狀系數0.309，呈樹枝狀。旺隆水庫壩址以上流域面積11.1 km2，主河道長4.37 km，主河道加權平均坡降為83.1‰，流域形狀系數0.581，流域幾何特征參數5.49，多年平均徑流量775×104m3。

2 設計洪水分析

2.1 暴雨特性

旺隆水庫壩址以上流域屬于一般暴雨區，流域暴雨的主要天氣系統是冷鋒低槽和兩高切變，其次是長江橫切變。受山區地形地貌影響，易發生強度及量級大而歷時短的災害性暴雨。一般5月份入汛，10月份結束，暴雨集中在6-9月份。根據設計流域附近的赤水氣象站1961-2016年共56年資料統計，實測最大日暴雨量180.2 mm(1989年7月)，年最大日暴雨多出現在6-8月份，占73.2%，其中6月份為最頻繁，占37.5%。赤水氣象站1961-2016年暴雨日發生機率統計見表1。

表1 赤水氣象站年最大日暴雨發生機率統計表

2.2 設計暴雨

旺隆水庫所在的鴨嶺河流域內無水文站，無實測洪峰流量資料[3-4]。設計流域附近有赤水氣象站，該測站資料系列連續完整，精度較高。赤水氣象站有1961-2016共56年實測年最大24 h暴雨量資料，對其進行頻率計算。赤水氣象站最大24 h暴雨頻率分析成果見表2。

表2 赤水氣象站最大24 h暴雨頻率分析成果

赤水氣象站1961-2016年最大24 h暴雨系列值適線后得H24=90.0 mm，Cv=0.38。旺隆水庫流域屬赤水河的右岸支流，根據《貴州省短歷時暴雨統計參數等值線圖集》查詢得到鴨嶺河流域年最大24 h點雨量均值H24=90.0 mm，年最大24 h點雨量Cv值Cv=0.45，見表3。

綜合考慮鴨嶺河流域降水規律，旺隆水庫設計洪水暴雨成果采用值H24=90.0 mm，Cv=0.45，Cs=3.5Cv。

表3 旺隆水庫流域設計暴雨分析成果

2.3 設計洪水計算

旺隆水庫壩址以上流域地理參數根據最新1∶10 000地形圖量算，旺隆水庫流域地理參數成果見表4。

表4 旺隆水庫流域地理參數成果

根據流域面積和流域幾何特征參數，洪峰流量使用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》中的修訂公式計算。經綜合分析，旺隆水庫產匯流分區定為Ⅱ2區，Ⅱ2區匯流系數r1取值范圍為0.36～0.40，此處取0.38；暴雨衰減指數n3取0.80，Δn3為Ⅲ區。

洪峰表達式為：

Qmp=0.254r10.922·f0.360·J0.240·F0.819·[CH24p]1.212(10

(1)

式中：Qmp為設計頻率洪峰流量，m3/s；r1為匯流系數，取0.38；f為流域形狀系數，取0.581；J為主河道加權平均坡降，83.1%；F為流域面積，11.1 km2；C為洪峰徑流系數，取0.67～0.87；H24P為設計頻率下最大24 h暴雨量。

洪量表達式為：

Wmp=0.1Fh24p

(2)

式中：F為流域面積，11.1 km2；h24P為設計頻率洪量徑流深。

根據式(1)、式(2)計算得旺隆水庫壩址處各頻率設計洪水洪峰流量及洪量成果，見表5。

表5 旺隆水庫壩址處設計洪水計算成果表

設計洪水過程線根據《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》中概化過程線推求，得到旺隆水庫洪水過程線，見圖1。

圖1 旺隆水庫壩址處不同頻率洪水過程線圖

2.4 設計洪水成果合理性分析

1) 方法。設計流域屬特小流域，流域面積11.1 km2，鄰近的赤水氣象站流域面積16 622 km2，是設計流域1 497倍。設計采用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》中的“雨洪法”修訂公式進行計算，該公式采用各中小流域水文站實測資料假定有關參數，并在實際工程中通過大量論證，符合貴州省的特定地理環境、水文地質條件和暴雨產匯流條件，被廣泛應用于貴州省中小流域的暴雨洪水計算[5-6]。旺隆水庫設計洪水采用“雨洪法”公式進行分析計算，符合設計流域實際情況，計算成果合理可行。

2) 與歷史洪水比較。經調查可知，1989年洪水洪峰流量約124 m3/s、1980年洪水洪峰流量145 m3/s；1989年洪水重現期確定為34年一遇，1980年洪水重現期確定為67年一遇。將調查到的洪水洪峰流量采用水文比擬法移用到旺隆水庫壩址處，得到1989年洪水洪峰流量為150 m3/s、1980年洪水洪峰流量為175 m3/s；而分析得到旺隆水庫壩址處34年一遇洪水洪峰流量為158 m3/s、67年一遇洪水洪峰流量為185 m3/s。設計洪水成果與歷史洪水成果較為接近，說明設計洪水計算分析成果合理。

3 結 論

在旺隆水庫工程規劃設計中，通過優化旺隆集鎮供水水源結構、合理分配利用鴨嶺河流域水資源，達到保障供水安全和促進當地社會經濟可持續發展的目的。通過對赤水氣象站和鴨嶺河流域的暴雨洪水特性規律進行水文分析，采用符合流域特征的“雨洪法”修訂公式計算獲得旺隆水庫壩址斷面的設計洪水成果，為工程規劃建設提供了符合鴨嶺河流域的數據支撐，保障了水庫防洪、興利調度和安全供水，同時對改善鴨嶺河流域生態環境起到積極作用。