太平水库工程暴雨洪水特性及设计洪水计算分析

谭绪丰，白 斌

（1. 遵义市水利水电勘测设计研究院有限责任公司，贵州 遵义563002；2. 四川大学水电学院，四川 成都610207）

1 概 述

太平水库位于贵州省余庆县构皮滩镇境内，地理位置为东经107°33′13″、北纬27°18′37″，坝址距构皮滩集镇6.0 km，距遵义市中心城区165 km。工程任务为村镇供水和农田灌溉，设计供水量473 万m3。水库坝址以上流域面积20.7 km2，多年平均径流量768 万m3，水库正常蓄水位843.00 m，相应库容379 万m3；死水位822.00 m，死库容42.0 万m3；总库容478 万m3，兴利库容337 万m3，库容系数43.8%，属年调节水库。为了向防洪、水资源利用、规划设计和运行调度提供详实的水文数据［1-2］，采用余庆气象站暴雨资料对永兴河流域进行水文分析计算，获得更加符合流域洪水特性的洪水分析成果，确保太平水库工程具有较好的建设规模、防洪规划和投资效益。

太平水库地处乌江支流水车河左岸一级支流永兴河下游大湾河段，永兴河发源于余庆县构皮滩镇齐坡村的水田茶，河源山顶高程1 321 m。河流自西南向东北流经野猫沟、高寨水库、白水坡、永兴村、大湾等地，至楠木湾处进入进水溶洞K3（进口高程760 m）成为伏流，于溶洞进口以下约0.8 km处的出水溶洞K4（出口高程700 mm）处出露于地表水并折往东流，至下寨汇入水车河，汇口处高程606 m。永兴河全流域面积31.0 km2，河长15.9 km，河道平均比降23.3‰，流域形状系数0.123，呈树枝状。太平水库坝址以上流域面积20.7 km2，主河道长10.1 km，主河道加权平均坡降29.2‰，流域形状系数0.203，多年平均径流量768 万m3。

2 暴雨洪水特性

2.1 暴雨特性

太平水库坝址以上流域属于一般暴雨区，一般5 月份入汛，10 月结束，大暴雨集中在5 ～8 月，历时1 d左右。根据余庆气象站1951—2016 年共66 a资料统计，实测最大日暴雨量174.9 mm（1963年7 月10 日），年最大日暴雨多出现在5 ～8 月，占81.8%，其中6 月份为最频繁，占24.2%。流域暴雨的主要天气系统是冷锋低槽和两高切变，其次是长江横切变。余庆气象站1951—2016 年暴雨日发生机率统计如下所示（见表1）。

表1余庆气象站年最大日暴雨发生机率

2.2 设计暴雨

余庆气象站有1951—2016 年共66 a 实测年最大一日暴雨量资料，对其进行频率计算，采用P-Ⅲ型曲线进行适线。余庆气象站最大一日暴雨频率分析成果如下所示（见表2）。

表2余庆气象站最大一日暴雨频率分析成果

余庆气象站1951—2016 年最大一日暴雨系列值适线后得H日=87.7 mm（H24=98.2 mm），Cv=0.36。根据《贵州省短历时暴雨统计参数等值线图集》（以下简称《数等值线图集》）之“年最大24小时点雨量均值等值线图”和“年最大24 小时点雨量Cv值等值线图”［3］，太平水库流域的查值成果为H24=80.0 mm，Cv=0.45。最大1 h 暴雨根据《数等值线图集》查算为S = 40.0 mm，Cv=0.40，Cs=3.5 Cv。

流域设计暴雨成果如下所示（见表3）。

表3太平水库流域设计暴雨分析成果

从表3 可知，为了水库防洪度汛安全，设计流域洪水计算暴雨成果采用值H24=98.2 mm，Cv=0.45，Cs=3.5 Cv。

3 设计洪水计算

3.1 各断面洪水

太平水库坝址以上流域地理参数根据最新1∶10 000地形图量算，太平水库流域主要区间的地理参数成果如下所示（见表4）。

表4太平水库流域地理参数成果

根据表1 流域地理特征参数成果，洪峰流量采用《贵州省暴雨洪水计算实用手册》（以下简称《实用手册》）指导公式进行计算［4-5］。

3.1.1 高寨水库坝址以上洪水

高寨水库坝址以上流域面积为6.80 km2，小于10 km2，洪峰流量计算式为：

式中，Qmp为设计频率洪峰流量（m3/s）；Wmp为设计频率洪水总量（万m3）；t1为汇流系数，取0.36；f 为流域形状系数，取0.497；J 为主河道加权平均坡降，48.0‰；F 为流域面积，6.80 km2；C1为洪峰径流系数，取0.67 ～0.87；Sp为设计频率最大1 h 暴雨量；h1p为设计频率洪量径流深。

3.1.2 太平水库与高寨水库区间洪水

太平水库与高寨水库区间流域面积为13.90 km2，小于25 km2，洪峰流量计算式为［6］：

Qmp= 0.234t0.8481· f0.331· J0.221· F0.834·［C3H24p］1.212（10≤F ＜25 km2、θ≤30） （2）

Wmp=0.1F·h24p

式中：C3为洪峰径流系数，取0.67 ～0.87；H24p为设计频率下最大24 h 暴雨量；h24p为设计频率洪量径流深。其余参数含义同式（1），相应系数取值为：t1= 0.36；f = 0.29；J = 30.3‰；F =13.9 km2。

3.1.3 太平水库坝址以上洪水

太平水库坝址以上流域面积为20.7 km2，小于25 km2，洪峰流量公式同区间洪水计算式（2），相应系数取值为：t1=0.36；f =0.203；J =29.2‰；

F=20.7 km2。

根据式（1）、（2）计算得太平水库坝址处相关流域洪水成果如下所示（见表5）。

表5太平水库坝址处相关流域洪水成果

3.2 组合洪水

太平水库设计洪水组合采用以下两种方案计算并与太平水库天然洪水进行分析比较后偏安全取值。组合1：高寨水库与太平水库洪水同频率、区间流域相应；组合2：区间流域与太平水库洪水同频率、上游高寨水库相应。不考虑上游高寨水库影响的太平水库坝址处天然洪水和考虑上游高寨水库影响后的两种组合洪水，共3 种不同计算工况下的洪水计算成果进行比较如下所示（见表6）。

表6太平水库坝址处三种工况下洪水成果对比

由表6 可知，因上游高寨水库流域面积较小，削峰调洪作用不明显，就P = 0.5%的洪水来说，太平水库上坝址处两种组合方式计算的洪水较天然洪水分别小8.5%和7.7%；从偏安全考虑，采用太平水库坝址处天然洪水成果，即：200 a 一遇洪峰流量为246 m3/s，洪量为452 万m3；30 a 一遇洪峰流量为158 m3/s，洪量为303 万m3。

根据《实用手册》中的概化过程线推求得太平水库设计洪水过程线（见图1）。

3.3 设计洪水成果合理性分析

（1）方法。设计流域属山区小流域，流域面积20.7 km2，水库周边无面积相近的小流域水文站实测资料。设计采用《实用手册》中的“雨洪法”计算各断面洪水并进行了“组合洪水”计算。《实用手册》中的计算公式有关参数是根据贵州省具有代表性的若干中小流域水文站实测资料拟定的，且经过大量的实际工程验证，公式选用与工程实际匹配，计算成果合理可行。

（2）成果采用。就P = 0.33%的洪水来说，太平水库上坝址处两种组合方式计算的洪水较坝址天然洪水分别小8.5%和7.7%，即坝址上游高寨水库的削峰能力不大。因此，采用太平水库坝址处天然洪水成果是合理且偏安全的。

（3）与历史洪水比较。调查得1963 年洪水洪峰流量约192 m3/s、1998 年洪水洪峰流量158 m3/s，1963 年洪水重现期确定为65 a 一遇，1998 年洪水重现期确定为30 a 一遇。而计算得到的太平水库上坝址处65 a 一遇洪水洪峰流量为193 m3/s、30 a一遇洪水洪峰流量为158 m3/s。由此可看出，设计洪水成果与历史洪水成果基本一致，说明设计洪水成果合理。

4 结 论

太平水库所处永兴河属山区小流域，周边无面积相近的小流域水文站实测资料，难以采用常规方法推求设计洪水。通过参证站余庆气象站实测数据分析，掌握永兴河流域的暴雨洪水特性和量测流域地理特征参数，并结合《实用手册》中的“雨洪法”公式，计算得太平水库坝址断面的设计洪水成果，为工程防洪规划、建设规模确定、设计优化和调度运行提供了符合项目区流域的详实水文数据，可确保水库防洪调度和供水效益的稳定发挥。