馬河水庫水文分析與計算探析

張 靜 （安徽省肥東縣眾興電灌工程管理處，安徽 合肥 231636）

0 引言

在社會經濟發展下，水庫除險加固工程不斷增加，該工程的水文分析與水庫防洪標準、投資額度、改造規模息息相關，建設者應結合工程實際情況，綜合分析當地水文氣候特點，采用科學的洪水計算方法為工程建設提供參考。同時，還應積極響應國家政策，加強水庫周圍水生態環境的保護與修復，從而減少水土流失，取得理想的社會與經濟效益。

1 水庫水文特點分析

以馬河水庫為例，該水庫位于滕州市東郭鎮馬河村，北沙河上游流域，總庫容為1.38億，流域面積為240km，具有灌溉、發電、養殖等多項功能，屬于大規模水庫。水庫下游有12個鄉鎮，40.2萬村民。根據實測資料可知，該水庫降水量均值為739.5mm，來水量均值為4552萬m，尤其是每年7～8月份降水頻率較多，降雨量較大，每年供水調度工作在汛期6～9月份開展。在氣象特征方面，當地位于溫帶大陸性季風氣候區，年均氣溫在8.6℃左右，無霜期為184天，凍土深度最大值為153cm，降雨季節容易形成洪水。在洪水特性方面，當地暴雨集中在7～8月份，通常分為雷暴雨和鋒面雨兩種，鋒面雨時間較長，覆蓋面積較大；雷暴雨強度和覆蓋面較大，但時間較短。該流域洪水主要由暴雨形成，暴雨特性對洪水特征具有決定作用。當地洪水最早發生在4月，峰量較小，年最大洪水出現在7～9月份之間，10月份受淋雨影響也容易發生洪水災害。在下墊面條件干擾，該流域洪水匯流速度較快，漲落起伏較大，峰型略瘦。因流域范圍中等，河槽調蓄能力較弱，一次暴雨會形成一個洪峰，在多雨季節出現漲落明顯的連續洪峰。通常情況下，一次洪水過程不超過24小時。

2 水庫設計洪水計算方法

因北沙河流域洪水觀測資料不全面，本次研究根據以往經驗，采用推理公式法對馬河水庫設計洪水進行計算。

2.1 設計暴雨量

根據水文手冊與該流域特征對不同時段設計面雨量、降雨、凈雨過程進行計算，再根據推理公式對匯流進行計算，由此得出洪峰流量。在暴雨量計算中，因該流域面積為240km，根據水文手冊將暴雨歷時設定為6h，根據不同歷時點暴雨量均值等值線圖與流域重心點可知，在20分鐘、1小時、3小時和6小時為年最大點雨量均值，再將Cs與Cv比值取3.5，在皮爾遜曲線引導下計算多個頻率點暴雨量，利用點面折算關系將點雨量轉變為面雨量。對于不同歷時來說，設計面雨量的計算方式應為點雨量與面系數乘積，點面系數計算公式如下：

式中，a與b均為參數；F代表的是流域面積，單位為km。在馬河水庫壩址上游區域，不同歷時面雨量計算結果如下表所示。

不同歷時設計面雨量計算結果

2.2 設計面降雨過程

式中，Q代表的是改正量；r代表的是形狀改正系數。根據不同歷時面雨量可知，將改正量從中剔除后，便可獲得該流域范圍內形狀改正后的設計面降雨過程。

2.3 產流計算

因該水庫位于干旱與半干旱相交之地，利用超滲產流計算方式可得出產流過程。對于丘陵溝壑的小范圍流域不扣除潛流，產流過程與凈雨過程相同；再根據大小順序將凈雨量疊加起來，計算出累計值。入滲率與土壤含水量息息相關，該項指標計算公式為：當土壤含水量不超過80mm時，入滲率為14.83×Smm/m；當土壤含水量超過 80mm時，入滲率為0.13mm/m。

2.4 匯流計算

根據當地暴雨徑流查算表，采用以下公式對匯流參數進行計算。

式中，hR代表的是凈雨量；當凈雨量數值超過90mm時，θ的數值為7.39，將流域面積帶入其中，壩址以上主溝道長為4.02km，比降為16.8‰。根據計算結果可知，當p的數值為0.5%時，m的數值為1.09，m代表的是匯流參數；當p的數值為5%時，m數值為1.44。在此基礎上繪制Qm—τ關系曲線，假設Qm并將m、L與J代入下列公式中：

式中，m代表的是匯流參數；J代表的是歷時；Qm代表的是流量。根據關系曲線可知，當P值為0.5%時，洪峰流量為每秒320m，匯流歷時為0.59h；當p值為5%時，洪峰流量為每秒195mm，匯流歷時為0.53h。

3 水庫水文保護與生態修復措施

3.1 樹立汛限水位動態控制理念

結合當地汛期特點，降水頻繁期在7～8月之間，水庫管理部門應樹立汛限水位動態管控理念，結合水情、雨情信息與洪水預報成果，在符合水庫防洪標準的基礎上，將特定時間段內水位控制在合理范圍內，使水庫與周圍區域防洪安全得到切實保障。在主汛期來臨之前，結合水庫歷年基本情況與承載力，適當防水騰庫，準備暴雨時期儲存雨水；對于有閘控制的水庫，可在每年8月中旬過后，由水庫管理部門綜合分析不同頻率降水概率，把好超蓄水位的關卡，尤其是在發生2～3次大暴雨后，更要重視超蓄水問題，保障水分儲備充足，轉變以往旱澇的被動地位。

3.2 加大日常管護力度

一是創建常態化巡查機制。水庫監察人員采用日夜聯合巡查方式，針對船只、過往車輛進行巡查，對違法行為提早發現并制止；二是與當地水政監察部門、水庫派出所建立聯系，針對庫區范圍內非法采砂、造地等行為依法查處，維護庫區管理制度與設施安全；三是針對不同類型污染源加強排查與治理，針對水庫周圍違法養殖場所，應與當地政府聯手將其取締，定期組織人員清理水庫內部與岸邊漂浮的垃圾；四是大力開展植樹造林活動，在北部灣碼頭、東側庫岸等位置開展綠化造林活動，通過加大日常管護力度，使水庫環境得到美化，水源得到涵養。在生態修復方面，馬河水庫制定湖長制，積極響應國家頒布的“清河行動”號召，通過設立湖長制公示牌等方式，使各級湖長職責得以明確，確立維護河湖生態環境的總目標，在滕州“清河行動”背景下，針對庫區與周圍實施拉網式排查，及時將行動開展結果上報上級部門，幫助村鎮進行環境整改，使庫區周圍環境得到凈化和改進。

3.3 促進水庫資源利用

在水庫調節與管理中，可將水文預報與氣象預報結合起來，這也是當前洪水預報的主要發展態勢。當前，洪水預報時效性較弱，對洪水資源利用與管理帶來一定阻礙。對此，水庫管理部門應通過延長氣象預報的方式，使洪水預報時效性得以提升，充分利用氣象部門的全部有價值信息，如降水預報、衛星云圖等等，為庫區防洪調度提供科學有力的依據，在確保大壩安全穩定的基礎上，實現水庫各項效益最大化的目標。為了提高生態與經濟效益，當地還實施增殖放流政策，將鰱魚、鳙魚等魚類投放到水庫中，對水質環境進行凈化，同時帶動漁業經濟良性發展。據調查，經過2年發展后馬河水庫水質已經滿足Ⅱ類地表水水質標準，實現生態與經濟效益最大化目標。

4 結論

綜上所述，在經濟飛速發展之下，水利工程數量不斷增加，應對將洪水安全與效益應同等看待。對此，水庫管理者應結合庫區水文氣候特點，通過推理公式法對設計暴雨量、設計面降雨過程、產流與匯流進行準確計算，并加強對水庫生態環境保護與修復的重視程度，通過樹立汛限水位動態控制理念、加大日常管護力度、促進水庫資源利用等方式，使水庫各類效益達到最大化目標。