受上游水库影响的洪水系列还原分析——以浑江下游沙尖子站为例

刘力（辽宁省丹东市水利勘测设计研究院，118000，丹东）

受上游水库影响的洪水系列还原分析
——以浑江下游沙尖子站为例

刘力
（辽宁省丹东市水利勘测设计研究院，118000，丹东）

洪水系列还原计算是设计洪水分析计算中的一项重要工作，特别在国内主要河流水利工程众多的背景下，洪水系列还原计算工作直接影响到洪水成果的准确性和工程防洪的安全性。以浑江下游沙尖子站为例，通过对上游桓仁水库等工程的分布及洪水调节特性分析，提出受上游水库影响后的洪水系列还原计算思路及方法，对受上游水库影响的洪水设计工作具有借鉴意义。

设计洪水；还原计算；洪水演进；浑江

洪水系列还原分析是设计洪水分析计算的重要工作之一，根据现行的设计洪水计算规范，洪水系列受上游已建的大、中型蓄水、引水、提水工程影响时，应予以还原。目前，国内主要河流均建有众多的梯级水库工程，对河道洪水情势产生了一定影响，特别是修建具有防洪任务的大型水库后，通过水库的蓄泄调控，极大地改变了下游河道的天然洪水特性。

为满足水利工程设计洪水计算的需要，保持洪水系列的一致性，需将建库后的实测洪水还原到天然状况。本次以浑江下游控制站沙尖子水文站为例，分析说明受上游水库调蓄影响情况下的洪水系列还原计算方法，并通过对比分析说明洪水还原分析在工程设计中的重要性。

一、流域工程概况

浑江干流现建有桓仁、回龙山、太平哨、双岭、金哨5座大中型梯级水电站工程，各工程主要任务为发电，除桓仁水电站承担下游防洪任务外，其他均无防洪任务。

1.桓仁水电站

桓仁水电站位于梯级水电站的最上游，坝址集水面积为10 364 km2，占浑江流域总面积的67.2%。桓仁水电站于1958年施工，1967年7月开始蓄水，1972年7月竣工，电站以发电为主，同时兼具下游桓仁县的防洪以及灌溉、养殖等综合利用功能。

桓仁水库为年调节水库，死水位290.0 m，相应死库容13.8亿m3；正常蓄水位300.0 m，相应库容22.0亿m3，水库调节库容8.2亿m3。桓仁水库汛限水位等于正常蓄水位，总库容34.6亿m3，调洪库容12.6亿m3。

桓仁水库承担下游桓仁县的防洪任务，当入库洪水小于或等于50年一遇时，控制桓仁镇流量不大于9 000 m3/s，使下游桓仁镇的防洪标准达到50年一遇。同时，桓仁水库还承担下游回龙山水库的防洪任务，使回龙山的设计、校核洪水标准由原来的50年一遇、200年一遇分别提高到100年一遇和500年一遇。

2.回龙山水电站

回龙山坝址位于桓仁坝址以下约44 km处，集水面积12 433 km2，于1977年竣工。

回龙山水库为日调节水库，水库大坝按50年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核，但通过与桓仁水库联合调度，设计洪水标准可达到100年一遇，校核洪水标准可达到500年一遇。回龙山水库正常蓄水位221 m，死水位219 m，设计洪水位221.7 m，校核洪水位223.8 m，总库容1.23亿m3，其中发电库容0.18亿m3，死库容0.71亿m3。

3.太平哨、双岭、金哨水电站

回龙山水电站建成后，浑江下游又陆续兴建了太平哨、双岭、金哨等梯级水电站，均以发电为主，水库调节性能为日调节，洪水期滞、蓄洪作用较小。

二、沙尖子水文站概况

沙尖子水文站位于浑江下游桓仁县的沙尖子乡境内，水文站集水面积14 813 km2，控制浑江流域96.1%的面积。沙尖子站于1941年设立为水位站，1950年之前观测资料较少，1951年之后有连续的水位观测资料，1953年设立为水文站之后有连续的流量观测资料。1967年7月桓仁水库建成蓄水后，对沙尖子站的洪水产生较大影响。沙尖子站基本资料情况见表1。

三、流域洪水特性

浑江流域洪水多由暴雨造成，洪水与暴雨相应，发生在6—9月，全年最大洪水多发生在7—8月，尤以8月最多。

浑江属山区性河流，集水面积15 414 km2，为中等流域，土壤被覆薄，地形起伏大，河道坡降陡，河槽调蓄作用小，故急骤强烈的暴雨易形成陡涨陡落的洪水。由于一次天气过程造成的暴雨历时较短，而且主要集中在1天时间内，致使较大洪水多呈单峰型。一次洪水历时7天左右，涨洪历时较短，从起涨到峰顶一般1天左右，洪峰滞时约为6小时，退水历时较长，一般6天左右。一次洪水总量多数集中于3天时间内。

表1 沙尖子水文站基本情况

表2 沙尖子站历史洪水成果

四、历史洪水及重现期的确定

浑江流域历史上发生的大水年份主要有1888年、1923年、1935年、1960年等，在既往开展的浑江流域洪水调查工作中，对沙尖子站历史洪水进行了分析定量，沙尖子站历史洪水成果见表2。

历次洪水重现期参考历史洪水考证情况，将1888年洪水作为1755年以来第一位，将1960、1935、1923年洪水作为1888年以来的第二、三、四位。

五、还原计算方法及成果

1.需要考虑的主要工程

浑江干流沙尖子站实测洪水受上游已建水库工程的调蓄影响，沙尖子站以上现建有桓仁、回龙山、太平哨、双岭、金哨等水库，其中以桓仁水库库容最大，由于其承担下游防洪任务，大水期需根据下游防洪需要进行削峰、错峰等控泄措施，对天然洪水影响较大，因此在还原分析时需重点考虑。

桓仁以下的回龙山、太平哨、双岭、金哨等水库，均为日调节水库，调节库容及调洪库容均较小，基本不具备蓄滞洪水的能力，根据水库调度规则及历年实测资料分析，洪水期出、入库流量差异不大，说明其对天然洪水的调蓄影响很小，本次仅选取了建库时间较早且运行资料较完整的回龙山水库进行还原计算。

2.还原计算方法

（1）各分区洪水过程还原计算

包括桓仁坝址、桓仁坝址—回龙山坝址区间和回龙山坝址—沙尖子站区间共计3个分区。

桓仁坝址洪水：桓仁水库建库后，仅有水库实测出库、入库流量资料，由于桓仁水库库区较长，库容较大，其坝址洪水和入库洪水存在较大差异，因此需进行还原计算。采用洪水演进计算方法，将桓仁水库实测入库洪水过程演进到桓仁坝址，即得到桓仁坝址天然洪水过程。

桓仁坝址—回龙山坝址区间洪水：将桓仁水库实测出库洪水过程演进至回龙山坝址，与回龙山水库实测入库洪水过程相减，即得到桓仁坝址—回龙山坝址区间天然洪水过程。

回龙山坝址—沙尖子站区间洪水：将回龙山水库出库洪水过程演进到沙尖子站，与沙尖子站实测洪水过程相减，即得到回龙山坝址—沙尖子站区间洪水过程。

（2）沙尖子站洪水过程还原计算

将桓仁坝址、桓仁坝址—回龙山坝址区间洪水过程分别演进到沙尖子水文站，并与回龙山坝址—沙尖子站区间洪水过程相加，即得到沙尖子站天然洪水过程。

（3）洪水演进计算方法

沙尖子站的洪水还原涉及多个河段的洪水演进计算，本次借鉴以往工程设计情况，采用马斯京根法进行洪水演进计算。马斯京根法是一种基于槽蓄方程和水量平衡方程的河道流量演算法，在洪水分析计算工作应用非常广泛，其演算公式如下：

Q2=C0I2+C1I1+C2Q1（1）式中，I1、I2分别为上游断面时段初和时段末进入河段的流量过程，Q1、Q分别为下游断面时段初和时段末流出河段的流量过程，C0、C1、C2为演算公式的系数。

3.还原计算成果

按前述方法，对桓仁等水库建库后的洪水系列进行了还原计算，得到沙尖子站1967—2012年天然洪水系列。将沙尖子站还原后的逐年洪峰流量成果与实测洪峰流量成果进行比较，见图1。

可见，桓仁等水库建库后，对沙尖子站的天然洪水产生了明显的影响。对比沙尖子站实测和还原后的洪峰流量成果可知：沙尖子站实测多年平均洪峰流量较天然情况减少19.8%，上游水库多年平均削减峰值857 m3/s；3 000 m3/s以下量级洪水的峰值削减比例最为明显，达30.0%，主要原因为常遇洪水的水量多被拦蓄到水库之中用于发电；3 000～6 000 m3/s量级洪水的峰值削减比例也较大，为25.4%；6 000 m3/s以上量级洪水的峰值削减比例较小，约为11.8%主要为发生大洪水时，水库考虑自身防洪安全，加大了泄洪流量。

同时，上游水库对沙尖子站洪水的影响程度也存在较大的不确定性以1977年和1995年为例，沙尖子站还原后的洪峰流量均为13 000 m3/s而实测洪峰流量分别为12 000 m3/s和10 800 m3/s，洪峰削减值分别为1 00 m3/s和2 200 m3/s，两者存在较大差异，主要原因为洪水前期水库的实际运行水位差异较大，以及桓仁水库各年的上、下游来水情况也都不相同。

六、设计洪水成果对比分析

采用还原与实测两套洪水系列，计算沙尖子站设计洪水成果进行对比分析，洪峰流量采用1936—2012年计77年系列，计入1888年、1960年、1935年和1923年历史洪水组成不连续系列计算，其中1888年作为1755年以来的第一位处理；1960年、1935年和1923年分别作为1888年以来的第二、三、四位处理，参数用矩法初估并进行均值、Cv优选，Cs/Cv按地区规律取2.5，最后根据适线确定采用的Cv值。成果比较见表3。

由表3可见，采用实测系列所计算的沙尖子站设计洪峰成果明显偏小，其洪峰均值偏小11.0%，100年一遇设计值偏小4.9%，50年一遇设计值偏小5.1%，20年一遇设计值偏小6.7%，10年一遇设计值偏小8.4%。说明上游水库的调蓄作用对沙尖子站的洪水影响明显，为保证洪水系列的一致性以及设计洪水成果安全、合理，应采用还原后洪水系列计算成果。

表3 沙尖子站设计洪水成果比较

七、结 语

桓仁等水库的兴建及调度运行，极大地改变了浑江下游洪水的天然特性，如直接采用实测资料进行洪水计算，将致使沙尖子站设计洪水成果明显偏小，可能导致工程实际防洪能力不达标，造成设计质量事故，危及工程的防洪安全，因此，洪水系列还原分析计算工作是非常重要和必要的。

在具体工作中，由于国内主要河流修建水库众多，且资料情况复杂多样，难以逐一进行还原计算，因此应注重基础资料的收集，结合各类工程的特点及调度情况多做分析，抓住重点，制定必要和切实可行的洪水还原计算方案，为工程设计提供合理可靠的依据。

[1]李桃英，熊炳煊.浅析三门峡水库的修建与运行对渭河下游洪水的影响[C]//西北五省（区）水电学会联系网第20次会议论文集.2005.

[2]彭习渊，孟晓亮.建库后水库设计洪水复核方法探讨[C]//中国水利学会2003学术年会论文集.2003.

[3]水利水电工程水文计算规范（SL 278—2002）[S].北京：中国水利水电出版社，2002.

[4]水利水电工程设计洪水计算规范（SL 44—2006）[S].北京：中国水利水电出版社，2006.

责任编辑 田灵燕

Regression analysis of flood series under impact of upstream reservoir——case study of Shajianzi Station in downstream of Hunjiang River

//Liu Li

Regression analysis of flood series is crucial for design and calculation.It directly relates to the accuracy of flood forecasting and safety in flood control,since China builds a great number of water structures on major rivers. Shajianzi Station in downstream of Hunjiang River was selected for analyzing features of flood regulation with existence of reservoir in the upstream.Approaches and methods are proposed for regression analysis of flood series under the impact of upstream reservoir.

design flood;regression calculation;flood routing;Hunjiang River

TV87

B

1000-1123（2016）17-0034-03

2016-08-18

刘力，工程师。