某水庫設計洪水參數分析計算

華晶晶

（昭通市水利水電勘測設計研究院，云南 昭通 657000）

1 流域概況

尹武水庫行政區劃屬昭通市巧家縣老店鎮尹武村，壩址位于牛欄江左支流老店河的源頭河流尹武溝上，屬金沙江水系。老店河全流域徑流面積276 km2，流域南部高，北部低，最高點2 811 m，最低點1 050 m（與牛欄江匯口）。尹武溝落水洞以上徑流面積69.80 km2，主河長11.20 km，形狀系數0.556，河道比降20.80‰，尹武水庫壩址定于河流上游陸家村，控制徑流面積為4.30 km2。

2 洪水特征及歷史洪水調查

2.1 暴雨洪水特性

尹武水庫位于昭通市南部，雖距“滇東北大暴雨區”較遠，但水庫流域的平均海拔為2 550 m，暴雨的量級較大，多年平均24 h 暴雨量為61.80 mm。由于流域面積不大，洪水過程一般24 h，主雨段集中6 h。根據小海子站的暴雨、洪水資料分析，流域每年從5月進入雨季，其中6-9月為暴雨洪水頻發季節，屬于主汛期。10 月以后隨著降水量減少，流域開始進入枯水季節。

2.2 調查洪水

尹武水庫所在尹武溝流域面積69.80 km2，流域無歷史洪水調查資料。2020年11月19日，對水庫壩址河段進行了水文調查，采用流速儀法測得壩址河段流量為0.057 m3/s。

經現場踏勘，水庫壩址斷面現狀水深0.20 m，常遇洪痕高于水面約0.95 m。根據壩址河段實測縱橫斷面，采用水力學公式推求實測橫斷面的水位流量關系。

式中：Q、R、S、A、n 分別為流量、水力半徑、比降、面積、糙率。

經計算，尹武水庫壩址常年洪水位為2 322.80 m，常遇洪水洪峰流量為13.50 m3/s。

3 設計洪水分析

3.1 設計暴雨分析計算

考慮到《云南省暴雨統計參數圖集》成果資料年限截止1998年，至今資料已收集20余年，有必要對暴雨等值線查圖值進行檢驗。根據項目區周邊站點資料情況，此次設計采用小海子站短歷時暴雨長短系列資料進行省等值圖資料的檢驗。

小海子站最大1 d暴雨資料為1961-2010年，最大1 h、6 h、24 h 暴雨資料為1965-2012 年，其中1983、1988、1990 年缺測。根據小海子站最大1 h、6 h、24 h暴雨與最大1 d暴雨的相關關系（見圖1）可插補延長小海子站最大1 h、6 h、24 h暴雨資料系列至1961-2012年。

圖1 小海子站短歷時暴雨相關圖

根據小海子站1961-2012年暴雨資料，用P-Ⅲ型頻率分布適線，其統計參數為H1=27.80 mm、Cv1=0.30、Cs=3.5Cv；H6=47.70 mm、Cv6=0.34、Cs=3.5Cv；H24=66.00 mm、Cv24=0.27、Cs=3.5Cv。

根據小海子站1961-1998年暴雨資料系列，其統計參數為H1=28.70 mm、Cv1=0.30、Cs=3.5Cv；H6=48.50 mm、Cv6=0.34、Cs=3.5Cv；H24=66.50 mm、Cv24=0.28、Cs=3.5Cv。

通過對小海子站短歷時暴雨資料進行長（1961-2012年）、短（1961-1998年）系列比較可知，短系列暴雨均值略大于長系列暴雨均值，相應的暴雨Cv（除最大24h 暴雨Cv外）則相等，設計暴雨也以短系列偏大于長系列，但差別不大。

根據《圖集》查得的尹武水庫最大1 h、6 h、24 h 暴雨分別為：H1=30.90 mm，Cv1=0.43；H6=44.80 mm，Cv6=0.40；H24=61.80 mm，Cv24=0.36，由此推求設計暴雨成果。

3.2 暴雨洪水法

據水庫流域特征值和主雨段平均雨強推求流域匯流參數m1、n、k，由n、k推求成果見表1。

表1 暴雨洪水法設計洪水成果表

3.3 地區綜合法

根據《昭通地區水文特性研究》推薦公式計算洪水：

式中：Q0m—多年平均洪峰流量，m3/s；P24，0—面暴雨均值；P24—點24時暴雨均值；η—點面折減系數；C—洪峰流量綜合系數，取5；A—面積，km2；n—指數。

壩址多年平均洪峰流量為9.16 m3/s。由經驗公式按尖瘦型W24，0=0.775×Qm1.16計算水庫壩址多年平均最大24 h 洪量10.10萬m3。地區綜合法水庫設計洪水成果見表2。

表2 地區綜合法設計洪水成果表

3.4 水文比擬法

3.4.1 小海子站洪水資料審查

小海子水文站于1960年建站，該站資料系列至2012年，精度滿足要求，水文資料是可靠的、資料系列是一致的。現對其洪水資料進行系列代表性分析。

從1963-2012 年連續50 a 的年最大洪峰流量均值模比系數過程線和差積曲線可知，實測洪水資料中包括了大、中、小各種量級的洪水，其中1963-1964、1966-1968、1969-1970、1973-1974、1977、1984-1985、1991年的洪峰流量明顯高于多年平均洪峰流量，屬于大水年份；而1975、1978、1980、1982、1986、1990、1996-1997、1999-2000、2002-2011年洪峰流量明顯低于多年平均洪峰流量，處于枯水段。

從洪峰流量逆時序累積均值和Cv值過程線可知：隨著資料年限的增加，不同時期的洪峰流量均值和Cv值的變幅在不斷減少，均值、Cv值逐漸趨于穩定。由此可見，實測洪峰流量資料具有代表性。加入調查洪水后，資料系列代表性進一步增加。

3.4.2 參證站洪水

在昭通地區水利局1981 年組織的全區歷史洪水調查中，在小海子河段調查到1924年與1933年兩次大洪水，洪峰流量分別為298、184 m3/s，在金沙江沿岸區，1924年發生了近100年一遇的歷史大洪水，而在昭通市中部的橫江流域，其100 年一遇洪水發生于1931年。

按經驗頻率公式：

式中：a—歷史洪水個數，2 個；N、M 歷史洪水排位期、序號；m、n 實測洪水序號、個數；L 實測系列中提出的大洪水，為0。

小海子站最大洪峰統計參數為：Qm，0=75.10 m3/s，Cvq=0.70，Csq=4Cvq。

歷史洪水調查中未調查到洪水過程，無洪量，經小海子站實測洪峰流量與相應洪量建立相關關系，相關關系為W24=1.682×Qm，從而推求得小海子站1924 年、1933 年調查洪水24小時洪量分別為501、309 萬m3。按洪峰流量的頻率計算方法和適線，小海子站最大24 小時洪量統計參數為：W24h，0=132.50萬m3，Cvw=0.60，Csw=3.5Cvw。

3.4.3 水庫設計洪水計算

將參證站洪峰流量按24 時暴雨（P24）、面積（A）、比降（J）、流域形狀系數（B）的比指數1.15、2/3、1/4、1/3 次修正為水庫的洪峰流量。經計算，水庫多年平均洪峰流量為12.30 m3/s。

將參證站最大24時洪量按面積（A）、24時暴雨（P24）的比指數0.95、1次修正為水庫的最大24 h洪量，成果為10.30萬m3。

參照昭通地區標準面積洪峰Cv等值線圖，結合小海子站及周邊水庫、站點洪峰Cv，尹武水庫洪峰Cvq采用0.75，Cvw采用0.70，按Csq=4Cvq、Csw=3.5Cvw計算水庫設計洪水成果見表3。

表3 水文比擬法設計洪水成果表

3.5 合理性檢查及洪水成果的采用

3.5.1 成果比較及采用

由上述三種方法計算得到三種洪水成果見圖2，①地區綜合法是依據昭通市調查、實測水文資料研究的地區性方法，但由于該區的水文站點較少，調查洪水資料少，加之其成果受Cv值影響很大，而Cv 按面積公式計算后調整采用，具有不確定性，故其成果可作比較。②水文比擬法是移用鄰近流域小海子站的水文資料和歷史洪水調查資料，設計流域與參證站面積存在一定差異性，雖經面積、24 h暴雨、比降和形狀系數等修正，但其成果偏小，僅作比較。③“暴雨洪水法”物理成因清楚，產、匯流計算方法成熟，暴雨分析采用較不利于工程的省等值線暴雨，并經過小海子站實測暴雨資料的檢驗。從工程安全考慮，推薦洪峰較大、洪量最大的暴雨洪水法成果。

圖2 尹武水庫壩址設計洪水過程線圖

尹武水庫壩址30年一遇設計洪水洪峰流量為41.60 m3/s，最大24 h 洪量為38.90 萬m3；300 年一遇校核洪水洪峰流量為61.20 m3/s，最大24 h洪量為54.80萬m3。

3.5.2 采用成果與面上綜合成果對照

用暴雨推求的設計洪水過程起漲快，符合流域洪水及水文特性。現采用尹武水庫壩址30年一遇洪峰模系數與鄰近流域水庫及昭通市小流域代表水文站點設計洪峰模系數比較，見表4。

表4 洪峰模數比較表

從表中可見，尹武水庫設計洪峰模系數小于北部新華站，與附近長海、騾馬河、小空山、銅廠水庫等接近，大于南部小海子站，符合昭通地區的分布規律，在面上是平衡協調的，故此次設計推薦的暴雨法洪水成果是合理的。

4 結論

結合尹武水庫流域實際，收集了流域多年水文數據。利用地區綜合法、水文比擬法、暴雨洪水法等多種方法計算水庫設計洪水參數。從安全方面考慮，尹武水庫采用暴雨洪水法計算成果作為設計洪水參數。通過合理性分析，采用成果復核昭通地區分布規律，設計洪水成果較為合理。