龙洞水库扩建工程洪峰模数不协调原因分析

徐 洁，高运法，孟庆峰

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002）

雨洪法是贵州省常用的一种设计洪水计算方法，根据集水面积及流域形状系数的差异将1000 km2以下的小流域洪峰流量拟定5 个雨洪计算公式。根据设计流域上下游或邻近水文测站的实测洪水成果，采用雨洪法确定其汇流系数r1 的分区及取值。龙洞水库位于贵州省安顺市关岭县新场村，坝址处集水面积为2.75 km2，采用雨洪法进行洪水计算，计算得出，其P=1%洪峰模数为30.9 m3/ (s·km2)，而临近流域已审批的工程P=1%洪峰模数在20m3/(s·km2)～25 m3/(s·km2)左右，如临近青菜沟P=1%洪峰模数为21.7 m3/(s·km2)，已审批的关岭县坝陵河水库P=1%洪峰模数为21.5 m3/(s·km2)。龙洞水库洪峰模数较附近周边工程相差较大，本文对其偏大的原因进行综合分析，拟找出其洪峰模数偏大的原因。

1 概况

龙洞水库坝址位于关岭县顶云街道（原顶云乡新场村）坪寨河上游纳丙河段，坝址以上集水面积2.75 km2，其中明流区集水面积1.94 km2，伏流区集水面积0.81 km2，主河道长1.93 km，主河道坡降52‰。

龙洞水库为已成水库，水库始建于1958 年，现水库正常蓄水位1282 m，对应库容31.4 万m3，死水位1276 m，死库容4.52 万m3，兴利库容26.88 万m3，校核洪水位1283.7 m，总库容43.8 万m3。

龙洞水库拟通过引入临近青菜沟流域的洪水后进行扩建，扩建后其正常蓄水位为1291.00 m，对应库容为128 万m3，死水位1277.0 m，死库容7.32 万m3，兴利库容121 万m3，校核洪水位1292.69 m，总库容155 万m3。龙洞水库扩建工程任务是解决关岭县城及周边农村人畜供水，同时解决附近2300 亩灌面的灌溉用水。

2 龙洞水库坝址洪水计算

龙洞水库所在的纳丙河流域无水文测站和雨量站，设计流域距关岭气象站11 km，因此设计流域设计暴雨参数可根据关岭气象站暴雨资料统计成果以及《贵州省暴雨洪水计算实用手册》相关等值线图综合确定。

龙洞水库坝址以上集水面积2.75 km2，其中明流区集水面积1.94 km2，伏流区集水面积0.81 km2，伏流区集水面积占坝址以上集水面积的29.5%，占比较大，故采用两种方法计算及洪水。

2.1 集水面积按全流域计算

龙洞水库坝址以上全流域集水面积2.75 km2，主河道河长1.93km，主河道平均比降为52‰，流域形状系数f=F/L2=0.738，流域几何特征值θ=L/J1/3F1/4=4.02＜30。按《贵州省暴雨洪水计算实用手册》（修订本）- 小汇水流域部分，本工程坝址以上集水面积1≤F＜10 km2，按“年最大1 小时降水量成峰、年最大24 小时降水成量”控制，洪峰流量计算公式为：

式中：Qp为设计频率P 的洪峰流量，m3/s；r1为汇流系数，工程区为丘山主，中等或部分强岩溶，植被较差，取Ⅰ1区，龙洞水库坝址和青菜沟流域取均值0.335；f 为流域形状系数，f=F/L2；J 为主河道坡降，m/m；F 为流域集水面积，km2；C 为洪峰径流系数，0.883～0.844（0.2%～20%）；SP为设计频率P 的最大1 h 设计雨力。

根据上述公式，经计算，不同频率设计洪水成果见表1。

表1 龙洞水库坝址设计洪水成果表

2.2 明流区与伏流区叠加

2.2.1 明流区设计洪水

龙洞水库明流区集水面积1.94 km2，主河道长1.93 km，根据上述“雨洪法”计算公式及相关参数，明流区不同频率设计洪水计算成果见表2。

表2 明流区设计洪水成果表

2.2.2 伏流区设计洪水

根据水利电力出版社的《水利水电设计洪水计算手册》，伏流暗河扣除损失后的净雨汇集于河道，经滞洪调蓄后由暗河进入明流区，洪水过程将其概化为三角形，伏流区设计洪峰流量Q 根据下式计算：

式中：Q 为伏流区设计洪峰流量；C 为洪峰径流系数；H24h为设计最大24 h/降雨量；A闭为伏流区集水面积；T 为洪水历时。

经调查，伏流区洪水滞蓄时间与降雨有关，暴雨时间越长，洪水滞蓄时间越长，但降雨量小时，一般不会滞蓄，发生大暴雨时，洪水滞蓄时间在7 h 左右，完全消退在2 h 左右，本次按0.3 天计算，伏流区洪峰流量洪水总量成果见表3。

表3 伏流区设计洪水成果表

伏流区岩溶通道不到1 km，汇流时间短，洪水采用峰对峰叠加，叠加成果见表4。

表4 叠加法计算设计洪水成果表

2.2.3 设计洪水成果对比

对比上述两种方法，以全流域产峰，汇流系数取Ⅰ1区均值的设计洪水成果比明流区和伏流区叠加法计算成果略大，叠加法设计洪水成果比全流域产峰法小2.8%～6.18%，两种方法计算成果相差较小，从安全角度考虑，龙洞水库坝址洪水采用成果略大的全流域产峰法计算成果。

3 青菜沟引洪渠洪水计算

青菜沟为龙洞水库西边一条小河沟，河流发源于顶云乡半路坡，河源高程1710 m，河流于半路坡自西向东流经砖子岩，于营盘坡处转为自北向南流，于胡家寨处流入地下暗流。青菜沟胡家寨伏流洞以上流域集水面积3.42 km2，主河道河长4.20 km，主河道平均坡降32.6‰。由于青菜沟伏流洞进口处离龙洞水库库区较近（仅800 m 左右），其汛期来水量较大，而枯期又极度缺水，故考虑将青菜沟汛期洪水引入龙洞水库，用以解决龙洞水库周边缺水问题。

青菜沟引洪渠集水面积为3.42 km2，主河道河长4.20 km，主河道平均比降为32.61‰，流域形状系数f=F/L2=0.194，流域几何特征值θ=L/J1/3F1/4=9.67＜30。洪水计算方法与龙洞水库坝址相同，采用“雨洪法”计算，计算成果见表5。

表5 青菜沟引洪渠设计洪水成果表

4 洪峰模数不协调的原因分析

根据前述分析，龙洞水库坝址、青菜沟引洪渠两断面洪水计算时采用的暴雨参数、汇流参数相同，而龙洞水库坝址P=0.2%～20%洪峰模数在39.3 m3/ (s·km2)～15.1 m3/ (s·km2)之间，青菜沟引洪渠P=0.2%～20%洪峰模数在27.2 m3/ (s·km2)～10.7 m3/(s·km2)之间，两断面洪水模数相差较大。

按照贵州省常用的考虑流域参数影响因素，将龙洞水库坝址断面洪水考虑流域形状系数修正、比降修正，分析流域参数对洪水模数的影响。针对坝址以上集水面积1 km2≤F＜10 km2的情况，考虑流域形状系数修正、比降修正的公式如下：

式中：Q'龙为龙洞水库考虑流域参数影响因素后各频率洪水洪峰流量；f青为青菜沟断面流域形状系数，0.194；f龙为龙洞水库坝址断面流域形状系数，0.738；f青为青菜沟断面河道平均比降，32.61‰；f龙为龙洞水库坝址断面河道平均比降，52.0‰；Q龙p为龙洞水库坝址断面各频率洪峰流量。

通过上述公式计算可知，将龙洞水库坝址流域性状系数、比降等参数修正到青菜沟引洪渠坝址断面后，龙洞水库坝址各频率洪峰流量成果见表6。

表6 龙洞水库考虑水库坝址与青菜沟流域特征参数影响后的洪水成果表

按照上述考虑流域参数影响后的洪水成果，经分析，其P=0.2%～20%洪峰模数在27.2 m3/(s·km2)～10.5 m3/(s·km2)之间，洪峰模数成果与青菜沟引洪渠断面洪峰模数基本一致，也是符合区域洪峰模数分布规律的。

5 结论

影响洪峰模数大小的因素众多，有气象因素，包含水汽来源、暴雨分布、暴雨强度和暴雨历时等，还有下垫面因素，包含地理位置、地形地貌、植被、土壤、流域河长、比降、流域形状系数、河网密度及坡度、岩溶发育程度等。针对龙洞水库与附近周边工程洪峰模数差异较大的情况，本次考虑龙洞水库流域特征参数修正后，其洪峰模数与周边工程及区域洪峰模数是协调的。龙洞水库坝址洪水模数较周边区域偏大是由流域相关的特征参数相差较大造成，这也是与龙洞水库自身坝址以上有两大支流汇合而成的流域特点相吻合，认为龙洞水库计算的洪峰模数较周边工程偏大是合理的。

由此可知，在用“雨洪法”进行小流域洪水计算时，采用洪峰模数对洪水计算成果进行合理性检验时，应注意考虑影响洪峰模数的各类因素，而不能一味直接套用，发现洪峰模数与周边区域有所偏差就否定其成果，应结合流域河长、比降、流域形状系数等多方面进行综合分析。