楼庄子水库设计洪水计算探讨

董秀斌

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

楼庄子水库位于头屯河硫磺沟镇以南25km处，距下游昌吉市硫磺沟镇楼庄子村8km，库区下游有国防公路通过，坝址位于制材厂水文站以下8.5km处，是一座以灌溉、防洪和城市及工业供水为主要任务的水库工程。水库总库容为7374万m3，正常蓄水位1394.50m，最大坝高82.6m。

按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)和《防洪标准》(GB50201-2014)，确定楼庄子水库为Ⅲ等工程，工程规模为中型。水库工程由黏土心墙坝、导流兼泄洪冲沙洞、溢洪洞、引水洞等组成。相应的水工建筑物设计标准为：主要建筑物导流兼泄洪冲沙洞、溢洪洞按3级建筑物设计，由于楼庄子水库库坝区地震基本烈度为Ⅷ度，坝高大于70m，且区域构造稳定条件复杂，水库下游分布有交通、通讯线路等国民经济重要基础设施，故大坝提高一级按照2级建筑物设计，大坝为2级建筑物，溢洪洞、导流兼泄洪冲沙洞和引水洞为3级建筑物，次要建筑物及临时建筑物为4级。

2 洪水设计标准

楼庄子水库工程大坝为土石坝，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定：土石坝正常运用洪水重现期50-100a，非常运用洪水重现期1000-2000a。由于大坝为2级建筑物，水库下游分布有交通、通讯线路等国民经济重要基础设施，所以洪水标准取3级建筑物设计标准的上限。

大坝设计洪水标准为100a一遇，洪峰流量Q=405m3/s；校核洪水标准为2000a一遇，洪峰流量Q=750m3/s。消能防冲建筑物的设计洪水标准为30a一遇，最大入库洪峰流量Q=277m3/s。围堰施工期施工导流洪水标准为20a一遇，洪峰流量Q=236.45m3/s。坝体施工期挡洪度汛洪水标准为50a一遇，洪峰流量Q=330m3/s。

3 设计洪水计算

3.1 区域综合模比系数法

由于计算河流无实测洪峰流量系列资料，所以可以通过选定工程场址处历史洪水调查，获取某一历史洪峰流量的调查值和该次洪峰流量的调查考证期，则可计算设计洪峰流量[1]，计算公式为：

(1)

Kp=ΦPCV+1

(2)

(3)

Kn=ΦnCV+1

(4)

则有：

(5)

3.1.1 变差系数的确定

通常按经验间接的方法取决，或者借用周边河流参数[2]。本次拟采用两套计算参数，一套参数直接借用相邻的呼图壁河石门站长系列统计参数进行计算，统计参数见表1；另外一套根据由希尧编著的《新疆短缺资料中小河流设计洪水计算应用办法》中的新疆各地CV参考表查得，统计参数见表2。

表1 呼图壁河石门站洪峰流量统计参数表

表2 新疆各地CV参考表

3.1.2 洪峰模比系数K的确定

当选定变差系数CV或偏差系数CS后，可根据历年洪水调查考证期n和所需计算的设计洪水保证率p，从《水文水利计算》附表的皮尔逊Ⅲ型曲线离均系数Φ值表查出Φ值，再计算调查历史洪水的模比系数Kn和设计洪水的模比系数Kp。

按照新疆各地CV参考表查得变差系数平均值、倍比，得到偏差系数值，石门站长系列统计参数，根据式(2)和(4)计算得到Kp和Kn值见下表。

表3 Kp、Kn计算值表

将上表中计算参数代入公式(6)中后即得到不同频率设计洪峰流量，见表4。

3.2 经验公式法

经验公式法是以设计因素与其主要影响因素之间的定量关系为基础，据设计流域具体条件估算所求项目的一种方法。本次分别采用新疆通用经验公式和区域经验公式计算设计流域洪水。

表4 区域综合模比系数法设计洪峰流量计算成果表

3.2.1 新疆通用公式

(6)

3.2.2 区域经验公式

(7)

计算得到各参数及洪峰流量设计平均值见表5，借用石门站长系列统计参数，可得不同频率设计洪峰流量见表6。

4 设计洪水成果推荐

4.1 区域综合模比系数

此方法的难点在于选择设计流域的洪峰流量计算的数值和确定历史洪水的重现期及量级，计算过程中选用的统计参数一套为邻近参证站实测系列推求，另一套为工具书中给出的参考值，历史洪水重现期及量级较为可靠，因此此法从统计参数的选取、历史洪水考证情况看均较可靠，比较符合区域洪水特征，因此此法计算成果可作为参考成果[3]。

4.2 经验公式法

此法适用于确因条件特殊而无法满足其它方法计算时采用，有一定约束性。从计算公式来看，通用经验公式中只有集水面积一项为主要因素，其它两项均为经验系数，不确定性较大，从计算结果可以看出设计值明显偏小；区域经验公式中虽考虑因素较多，但仅从计算得到的设计洪峰流量均值就可以看出明显偏大不符合实际，因此不推荐此种方法计算结果。

综上，头屯河楼庄子水库推荐设计洪峰流量成果采用区域综合模比系数法设计洪峰流量计算成果(表4)。

表5 区域经验公式计算参数表

表6 经验公式法计算成果表

5 结 论

分析表明，水库洪峰模数是按全流域集水面积计算的，较大流量所计算的洪峰模数往往偏小，洪峰模数在地区上也具有一定的分布规律性，流域面积与设计洪峰流量关系图表明楼庄子水库流域集水面积与设计洪峰流量相关程度较高，设计洪峰流量随着流域集水面积的增加而增加。因此，本次楼庄子水库洪水计算成果基本合理，可以用于水库治理规划设计。