某水庫(kù)工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算分析

簡(jiǎn)從義

（畢節(jié)市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 畢節(jié) 551700）

1 工程概況

三甲河位于織金縣境內(nèi)，屬長(zhǎng)江水系烏江一級(jí)支流六沖河上的一條小支流。三甲河主河道上游近河源段稱為小干河，小干河主要由干流罵隴小河及右支流戈仲武小河匯聚而成。織金水文站位于織金城區(qū)上游新橋處，于1975年設(shè)站至今，主要觀測(cè)項(xiàng)目有水位、流量、蒸發(fā)和降雨。水位主要采用自計(jì)水位計(jì)觀測(cè)，人工觀測(cè)值校核，從歷年的水位過(guò)程和峰型變化上看，不存在明顯的不合理現(xiàn)象；流量觀測(cè)基本上采用流速儀測(cè)流，測(cè)次在時(shí)間變幅和過(guò)程上分布均勻，基本上控制了流量變化過(guò)程。水位、流量資料均經(jīng)貴州省水文水資源局整編刊布，精度滿足要求。織金水文站控制流域面積66.40 km2，僅為設(shè)計(jì)流域集雨面積42.30 km2的1.57倍，加之，兩流域僅一條分水嶺之隔，流域地貌及域內(nèi)下墊面條件相近，因此，在進(jìn)行大新橋水庫(kù)初步設(shè)計(jì)階段水文計(jì)算時(shí)，選用織金水文站作為主要參證站。與織金水文站配套的新街、杠上、蜂子巖雨量站均設(shè)于1977年，測(cè)站位置緊靠織金城區(qū)，資料系列在25年左右。鄰近地區(qū)的珠藏、三塘雨量站分別設(shè)于1960 年和1964 年，資料系列在30年左右。其中珠藏站距設(shè)計(jì)流域西南側(cè)分水嶺平面距離僅為4.50 km，而三塘站距離則相對(duì)較遠(yuǎn)。

2 設(shè)計(jì)暴雨

2.1 暴雨特性

設(shè)計(jì)流域地處貴州省暴雨高值區(qū)之一的普定暴雨中心邊緣地帶，暴雨量相對(duì)較大。流域內(nèi)水汽主要來(lái)自孟家拉灣，西南的暖濕氣流與北方的冷空氣常交綏于流域上空，形成多暴雨。暴雨多出現(xiàn)在5-9 月，日雨量大于150 mm 的暴雨在6-7月，大于100 mm 多在6 月；特大暴雨時(shí)，高值區(qū)多在鄰近流域的珠藏，但其它測(cè)站也交替出現(xiàn)過(guò)。如珠藏站實(shí)測(cè)最大暴雨首推1974 年6 月，暴雨量為251 mm，其它站均小于此值，織金氣象站實(shí)測(cè)值僅為125.30 mm；又如1980 月6 月的一場(chǎng)暴雨，蜂子巖、杠上等站實(shí)測(cè)暴雨量為223 mm，而珠藏站實(shí)測(cè)值卻只有108 mm。

2.2 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算分析

鄰近流域內(nèi)織金氣象站自1958年以來(lái)，有連續(xù)47 a的暴雨觀測(cè)資料，最大值出現(xiàn)在1983年，暴雨量186.10 mm，次為1980年，暴雨量185.70 mm，歷年最大暴雨量值大于100 mm有18年，大于80 mm 有9 年，小于80 mm 有20 年，年均100 mm，屬一般雨區(qū)；珠藏站有38年不連續(xù)的暴雨資料，最大值出現(xiàn)在1974年，暴雨量為251 mm，次為1983 年，暴雨量245 mm，大于100 mm有22年，大于80 mm有7年，小于80 mm有9年，年均124 mm，屬多雨區(qū)。上述兩站及其它選用站的暴雨頻率計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 選用站暴雨頻率計(jì)算成果表

由表1 知，暴雨高值區(qū)在珠藏附近，各站暴雨均值在96～124 mm 之間。考慮本流域地理位置及實(shí)際特性，綜合選取本流域暴雨均值H24=110 mm。

Cv矩法計(jì)算值0.29～0.39，適線值0.35～0.45。結(jié)合貴州省水文圖集，綜合選取Cv=0.45、Cs=3.5Cv為采用值。經(jīng)計(jì)算，此流域不同頻率的設(shè)計(jì)暴雨成果見(jiàn)表2。

表2 小干河設(shè)計(jì)暴雨成果表單位：mm

3 設(shè)計(jì)洪水

3.1 洪水特性

小干河為山區(qū)雨源型河流，洪水主要由暴雨產(chǎn)生，暴漲暴落。大新橋水庫(kù)壩址以上集雨面積42.30 km2，由壩址至河源河長(zhǎng)較短，為12 km，河道坡降大，為7.80‰，洪水匯集時(shí)間短，一般漲峰歷時(shí)2-7 h，洪峰滯留時(shí)間10-40 min，一次洪水總歷時(shí)為1-2 d。

3.2 歷史洪水分析

小干河的歷史洪水，從未有過(guò)史料記載。據(jù)2000年1月實(shí)地調(diào)查，被訪問(wèn)者大多認(rèn)為1977年6月18日的洪水最大，記憶較深，距壩址下游1.50 km 處伏流入口洼地及周邊部分農(nóng)房被淹，可研中推薦壩址下游約150 m 河谷最窄處洪水位為1 441.50 m（可研階段實(shí)測(cè)值）。

從相鄰流域內(nèi)織金縣城的歷史洪水情況來(lái)看，有文獻(xiàn)記載的有多次：清康熙九年（1670年）“大雨滂沱，溪水浸城，民舍盡行傾圮”；康熙二十年（1681年）“大水，田土多沖沒(méi)”；光緒十三年五月（1887年6月）“大水”；民國(guó)三十五年五月（1946年6月）“自上月以來(lái)，霪雨成災(zāi)，汛雷暴雨，損失堪重”，解放后1959年6 月24-26 日“城區(qū)受水災(zāi)，化垮河上西湖水庫(kù)大壩被沖垮”。以上這些描述，無(wú)法準(zhǔn)確定量。1976年6月28日“城關(guān)地區(qū)連續(xù)降暴雨10 h，織金河暴漲，大府體育場(chǎng)水深0.70 m”，織金水文站實(shí)測(cè)最大洪峰流量為124 m3/s。1977 年6 月17、18 日“全縣普降暴雨，縣城沿河兩岸居民被淹，大府體育場(chǎng)水深1 m”，織金水文站推算洪峰流量為277 m3/s。根據(jù)上述調(diào)查資料分析，確認(rèn)1977 年為大洪水年份，對(duì)織金河而言，其洪水重現(xiàn)期相當(dāng)于40-50年一遇。

由于此流域無(wú)實(shí)測(cè)洪水資料，織金河與本流域僅一條分水嶺之隔，結(jié)合2000年1月實(shí)地調(diào)查情況，仍確認(rèn)1977年為本流域大洪水年份，用調(diào)查壩址處洪水位實(shí)測(cè)斷面進(jìn)行推算，其洪峰流量為190 m3/s，重現(xiàn)期為30年左右。

3.3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

3.3.1 流量法洪水計(jì)算

此流域無(wú)實(shí)測(cè)暴雨和洪水資料，但相鄰流域的織金水文站有織金河1975-2002年共28年實(shí)測(cè)洪峰流量資料，把實(shí)測(cè)系列中“77年6月”洪水（洪峰流量277 m3/s）作為特大值處理，重現(xiàn)期采用40年，經(jīng)頻率計(jì)算適線后，其統(tǒng)計(jì)參數(shù)為：均值Qm織=62 m3/s，Cv=0.98，Cs=4Cv。按面積比擬法將織金水文站實(shí)測(cè)洪峰流量移用至本流域，面積影響指數(shù)采用0.75，計(jì)算適線后，統(tǒng)計(jì)參數(shù)為：Qm大=44.20 m3/s，Cv=0.98，Cs=4Cv，各頻率設(shè)計(jì)洪水見(jiàn)表3。

表3 大新橋水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果表

3.3.2 雨洪法洪水計(jì)算

按前述設(shè)計(jì)暴雨分析采用貴州省水利廳1983 年出版《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》和1988年相應(yīng)的《修訂本》進(jìn)行。

此流域集雨面積25＜F＜300 km2，幾何特征值θ=23.80＜30，按下列公式進(jìn)行各頻率設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算。

式中：QP-設(shè)計(jì)頻率為P 的洪峰流量（m3/s）；r1-匯流系數(shù)。織金為Ⅰ2區(qū)，變化范圍為0.22～0.26；f-流域形狀系數(shù)（f=F/L2，L為河長(zhǎng)）。f=0.293；J-主河道平均坡降。J=7.80‰；F-流域面積。該工程流域面積42.30 km2；C-洪峰徑流系數(shù)。由設(shè)計(jì)暴雨查表求取；KP-設(shè)計(jì)頻率為P 的皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數(shù)。采用Cv=0.45，Cs=3.5Cv；H24-設(shè)計(jì)年最大24 h點(diǎn)雨量均值。H24=110 mm。

將有關(guān)數(shù)值代入公式中計(jì)算后，得出大新橋水庫(kù)各頻率設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表3。

從表3中可看出，由流量法和雨洪法計(jì)算的洪峰量值在P<0.50%時(shí)較接近，P>0.50%時(shí)偏差較大。考慮到織金水文站實(shí)測(cè)洪水系列年限只有28 年，計(jì)算和適線的統(tǒng)計(jì)參數(shù)Cv值為0.98偏大，為安全計(jì)，采用雨洪法計(jì)算成果，對(duì)小流域的洪水計(jì)算精度能夠保證。可研通過(guò)審查以來(lái)，2年中流域內(nèi)未發(fā)生大暴雨及大洪水，經(jīng)復(fù)核，此次初步設(shè)計(jì)中仍推薦采用可研階段的設(shè)計(jì)暴雨成果和設(shè)計(jì)洪水成果。

大新橋水庫(kù)為中型水庫(kù)，此階段采用重力拱壩和面板堆石壩兩種方案作比較，按規(guī)程規(guī)范及《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，其設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)均采用50 年一遇，相應(yīng)洪水流量為210 m3/s，重力拱壩和面板堆石壩的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別采用500 年一遇和1 000 年一遇，相應(yīng)洪水流量分別為335 m3/s和371 m3/s。

洪水過(guò)程線直接采用《手冊(cè)》中ρ=0.3的（一）類概化線進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果列于后續(xù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算有關(guān)章節(jié)中。按可研審查意見(jiàn)，初步設(shè)計(jì)中對(duì)設(shè)計(jì)和校核洪水過(guò)程線上不同設(shè)計(jì)頻率洪峰流量出現(xiàn)位置按洪水特性進(jìn)行了修正。

3.4 分期設(shè)計(jì)洪水

大新橋水庫(kù)工程施工洪水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期分別選用5 年、10年、20 年一遇，施工分期選用11-3 月、11-4 月、12-3 月、12-4月，按織金氣象站1958-2002年實(shí)測(cè)相應(yīng)時(shí)段月最大一日降雨量排頻，采用前述雨洪法進(jìn)行分期設(shè)計(jì)洪水推求，根據(jù)工程實(shí)際，選取p=10%為推薦堆石壩方案施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表4。

表4 大新橋水庫(kù)分期設(shè)計(jì)洪水成果表

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水庫(kù)工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算是水庫(kù)樞紐工程設(shè)計(jì)文件的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。熟悉流域工程概況，完成設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算，進(jìn)而圍繞洪水特性、歷史洪水分析、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算和分期設(shè)計(jì)洪水分析等多方面實(shí)施水庫(kù)工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算分析。