某水库工程设计洪水计算分析

简从义

（毕节市勘测设计研究院，贵州 毕节 551700）

1 工程概况

三甲河位于织金县境内，属长江水系乌江一级支流六冲河上的一条小支流。三甲河主河道上游近河源段称为小干河，小干河主要由干流骂陇小河及右支流戈仲武小河汇聚而成。织金水文站位于织金城区上游新桥处，于1975年设站至今，主要观测项目有水位、流量、蒸发和降雨。水位主要采用自计水位计观测，人工观测值校核，从历年的水位过程和峰型变化上看，不存在明显的不合理现象；流量观测基本上采用流速仪测流，测次在时间变幅和过程上分布均匀，基本上控制了流量变化过程。水位、流量资料均经贵州省水文水资源局整编刊布，精度满足要求。织金水文站控制流域面积66.40 km2，仅为设计流域集雨面积42.30 km2的1.57倍，加之，两流域仅一条分水岭之隔，流域地貌及域内下垫面条件相近，因此，在进行大新桥水库初步设计阶段水文计算时，选用织金水文站作为主要参证站。与织金水文站配套的新街、杠上、蜂子岩雨量站均设于1977年，测站位置紧靠织金城区，资料系列在25年左右。邻近地区的珠藏、三塘雨量站分别设于1960 年和1964 年，资料系列在30年左右。其中珠藏站距设计流域西南侧分水岭平面距离仅为4.50 km，而三塘站距离则相对较远。

2 设计暴雨

2.1 暴雨特性

设计流域地处贵州省暴雨高值区之一的普定暴雨中心边缘地带，暴雨量相对较大。流域内水汽主要来自孟家拉湾，西南的暖湿气流与北方的冷空气常交绥于流域上空，形成多暴雨。暴雨多出现在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；特大暴雨时，高值区多在邻近流域的珠藏，但其它测站也交替出现过。如珠藏站实测最大暴雨首推1974 年6 月，暴雨量为251 mm，其它站均小于此值，织金气象站实测值仅为125.30 mm；又如1980 月6 月的一场暴雨，蜂子岩、杠上等站实测暴雨量为223 mm，而珠藏站实测值却只有108 mm。

2.2 设计暴雨计算分析

邻近流域内织金气象站自1958年以来，有连续47 a的暴雨观测资料，最大值出现在1983年，暴雨量186.10 mm，次为1980年，暴雨量185.70 mm，历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，属一般雨区；珠藏站有38年不连续的暴雨资料，最大值出现在1974年，暴雨量为251 mm，次为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，属多雨区。上述两站及其它选用站的暴雨频率计算成果见表1。

表1 选用站暴雨频率计算成果表

由表1 知，暴雨高值区在珠藏附近，各站暴雨均值在96～124 mm 之间。考虑本流域地理位置及实际特性，综合选取本流域暴雨均值H24=110 mm。

Cv矩法计算值0.29～0.39，适线值0.35～0.45。结合贵州省水文图集，综合选取Cv=0.45、Cs=3.5Cv为采用值。经计算，此流域不同频率的设计暴雨成果见表2。

表2 小干河设计暴雨成果表单位：mm

3 设计洪水

3.1 洪水特性

小干河为山区雨源型河流，洪水主要由暴雨产生，暴涨暴落。大新桥水库坝址以上集雨面积42.30 km2，由坝址至河源河长较短，为12 km，河道坡降大，为7.80‰，洪水汇集时间短，一般涨峰历时2-7 h，洪峰滞留时间10-40 min，一次洪水总历时为1-2 d。

3.2 历史洪水分析

小干河的历史洪水，从未有过史料记载。据2000年1月实地调查，被访问者大多认为1977年6月18日的洪水最大，记忆较深，距坝址下游1.50 km 处伏流入口洼地及周边部分农房被淹，可研中推荐坝址下游约150 m 河谷最窄处洪水位为1 441.50 m（可研阶段实测值）。

从相邻流域内织金县城的历史洪水情况来看，有文献记载的有多次：清康熙九年（1670年）“大雨滂沱，溪水浸城，民舍尽行倾圮”；康熙二十年（1681年）“大水，田土多冲没”；光绪十三年五月（1887年6月）“大水”；民国三十五年五月（1946年6月）“自上月以来，霪雨成灾，汛雷暴雨，损失堪重”，解放后1959年6 月24-26 日“城区受水灾，化垮河上西湖水库大坝被冲垮”。以上这些描述，无法准确定量。1976年6月28日“城关地区连续降暴雨10 h，织金河暴涨，大府体育场水深0.70 m”，织金水文站实测最大洪峰流量为124 m3/s。1977 年6 月17、18 日“全县普降暴雨，县城沿河两岸居民被淹，大府体育场水深1 m”，织金水文站推算洪峰流量为277 m3/s。根据上述调查资料分析，确认1977 年为大洪水年份，对织金河而言，其洪水重现期相当于40-50年一遇。

由于此流域无实测洪水资料，织金河与本流域仅一条分水岭之隔，结合2000年1月实地调查情况，仍确认1977年为本流域大洪水年份，用调查坝址处洪水位实测断面进行推算，其洪峰流量为190 m3/s，重现期为30年左右。

3.3 设计洪水计算

3.3.1 流量法洪水计算

此流域无实测暴雨和洪水资料，但相邻流域的织金水文站有织金河1975-2002年共28年实测洪峰流量资料，把实测系列中“77年6月”洪水（洪峰流量277 m3/s）作为特大值处理，重现期采用40年，经频率计算适线后，其统计参数为：均值Qm织=62 m3/s，Cv=0.98，Cs=4Cv。按面积比拟法将织金水文站实测洪峰流量移用至本流域，面积影响指数采用0.75，计算适线后，统计参数为：Qm大=44.20 m3/s，Cv=0.98，Cs=4Cv，各频率设计洪水见表3。

表3 大新桥水库设计洪水成果表

3.3.2 雨洪法洪水计算

按前述设计暴雨分析采用贵州省水利厅1983 年出版《贵州省暴雨洪水计算实用手册》和1988年相应的《修订本》进行。

此流域集雨面积25＜F＜300 km2，几何特征值θ=23.80＜30，按下列公式进行各频率设计洪峰流量计算。

式中：QP-设计频率为P 的洪峰流量（m3/s）；r1-汇流系数。织金为Ⅰ2区，变化范围为0.22～0.26；f-流域形状系数（f=F/L2，L为河长）。f=0.293；J-主河道平均坡降。J=7.80‰；F-流域面积。该工程流域面积42.30 km2；C-洪峰径流系数。由设计暴雨查表求取；KP-设计频率为P 的皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数。采用Cv=0.45，Cs=3.5Cv；H24-设计年最大24 h点雨量均值。H24=110 mm。

将有关数值代入公式中计算后，得出大新桥水库各频率设计洪水成果见表3。

从表3中可看出，由流量法和雨洪法计算的洪峰量值在P<0.50%时较接近，P>0.50%时偏差较大。考虑到织金水文站实测洪水系列年限只有28 年，计算和适线的统计参数Cv值为0.98偏大，为安全计，采用雨洪法计算成果，对小流域的洪水计算精度能够保证。可研通过审查以来，2年中流域内未发生大暴雨及大洪水，经复核，此次初步设计中仍推荐采用可研阶段的设计暴雨成果和设计洪水成果。

大新桥水库为中型水库，此阶段采用重力拱坝和面板堆石坝两种方案作比较，按规程规范及《防洪标准》，其设计洪水标准均采用50 年一遇，相应洪水流量为210 m3/s，重力拱坝和面板堆石坝的校核洪水标准分别采用500 年一遇和1 000 年一遇，相应洪水流量分别为335 m3/s和371 m3/s。

洪水过程线直接采用《手册》中ρ=0.3的（一）类概化线进行计算，其结果列于后续洪水调节计算有关章节中。按可研审查意见，初步设计中对设计和校核洪水过程线上不同设计频率洪峰流量出现位置按洪水特性进行了修正。

3.4 分期设计洪水

大新桥水库工程施工洪水设计重现期分别选用5 年、10年、20 年一遇，施工分期选用11-3 月、11-4 月、12-3 月、12-4月，按织金气象站1958-2002年实测相应时段月最大一日降雨量排频，采用前述雨洪法进行分期设计洪水推求，根据工程实际，选取p=10%为推荐堆石坝方案施工导流洪水标准，见表4。

表4 大新桥水库分期设计洪水成果表

4 结语

综上所述，水库工程设计洪水计算是水库枢纽工程设计文件的重要技术环节。熟悉流域工程概况，完成设计暴雨计算，进而围绕洪水特性、历史洪水分析、设计洪水计算和分期设计洪水分析等多方面实施水库工程设计洪水计算分析。