某小型水库工程设计洪水分析计算

罗姗姗，刘慧婷

(中国电建集团 贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳 550081)

1 水库概况

水库位于贵州省黔南州龙里县城西南部的老榜河上，属水场乡高沟村，距龙里县城约21 km，距贵龙城市经济带中心15.6 km。水库坝址建在老榜河上游。

水库坝址控制集雨面积24.3 km2，多年平均径流量1 422×104m3，多年平均流量0.45 m3/s。水库校核洪水位1 184.31 m，总库容515×104m3，工程等别为Ⅳ等，工程规模为小(Ⅰ)型工程。水库正常蓄水位1 181 m，对应库容428×104m3，兴利库容419.3×104m3，水库具有多年调节性能。

水库的主要任务是向龙里县的贵龙城市经济带、水场工业园区供水，同时满足下游灌溉、人饮。工程建成后将向3个水厂供水：①是输水到水厂，直接向贵龙城市经济带供水，P=95%的供水量574×104m3；②是输水到水场乡双龙新区水厂(规划水场工业园区水厂)，向水场工业园区供水，P=95%的供水量110×104m3；③是输水到现已建成的水场乡水厂，供原有用户人饮用水，P=95%的供水量29×104m3。P=95%年供水量713×104m3，并灌溉50 hm2(全为水田)耕地，P=80%灌溉用水量为40.3×104m3；下放环境水量142×104m3。

2 设计暴雨及洪水特性

水库所属流域位于贵州省黔东南暴雨区的边缘带上，一般5月份进入汛期，10月份结束。年最大一日暴雨主要发生在5-9月份，占87.3%，形成暴雨的天气系统主要是冷峰、低槽和两高切变。龙里县气象站实测最大日暴雨为161.5 mm(2001年6月26日)，多年平均暴雨日数为2.6天。暴雨历时一般为1～3天，以1天为多，多集中在12 h内。

流域洪水为雨源型洪水，汛期为5-10月份，年最大洪水多发生在6-7月份。流域内岩溶发育，当洪水发生时，水流受伏流、漏斗、麻窝等阻水影响，相当一部分水量渗入地下，当洪峰过后，缓缓注入河道。因此，本流域洪水峰型较胖，即峰低量大，洪峰流量模数较邻近地区小。

3 分析方法及暴雨参数统计分析

3.1 分析方法选择

由于水库流域内无实测降水、流量资料，本次设计洪水推求将采用暴雨洪水法、水文比拟法和推理公式法进行对比分析计算，综合比较后取值。

3.1.1 暴雨等产汇流参数统计分析

3.1.2 水文站统计参数分析

根据惠水水文站1930，1954年历史洪水加上1960-2016年共56的实测洪水系列，并将1999年提出作特大值处理，构成不连序洪水系列，进行频率计算，采用P—Ⅲ型曲线目估适线法。成果见表1。

表1 惠水水文站设计洪水成果表

3.2 历史洪水调查

3.2.1 水文站历史洪水

根据贵州省水电厅1983年6月刊布的《贵州省洪水调查》成果记载，惠水水文站有1930和1954年的调查历史洪水资料，其中1930年调查洪峰流量为1 690 m3/s，1954年调查洪峰流量为1 100 m3/s。至今考证1930年洪水为调查的最大洪水，重现期可定为83年。1999年实测洪峰1 160 m3/s，提出为特大洪水，1930年以来的第二大洪水，重现期为42年。1954年洪水为1930年以来的第三大洪水，重现期为28年。

3.2.2 坝址历史洪水

根据对高沟河流域洪水进行的前后两次调查， 2012年5月，据当地70多岁的老人刘志军反映，高沟河流域洪水不大，记忆中最大的是1975年，当时下坝址下游处水深约2.5 m左右，平时洪水水深1.2 m左右,其它年份可能也出现过大洪水，但未在河边留意。

为进一步复核坝址处设计洪水，2013年6月再次至高沟河流域对2012年历史洪水调查成果进行复核调查。据几位老人描述，在1963、1996两年也发生过大洪水，略大于1975年洪水，但洪痕均难以确切描述清楚位置，唯有刘志军老人记得1975年洪痕。

通过横断面实测，调查到1975年洪痕高程为1 126 m，实测分析该河段洪水比降为9.06‰,因河底主要为砾石、卵石，两岸为灌木和荒草，糙率n取为0.05，推算其洪峰流量为128 m3/s。结合周边气象站、雨量站最大一日暴雨资料及调查考证期等综合分析，认为1975年历史洪水重现期定为20年一遇较为合理。

3.3 设计洪水推求

3.3.1 暴雨洪水法

按《贵州省特小流域暴雨洪水计算手册》(修订本)规定，水库流域面积当10≤F<25 km2，其计算公式如下：

(1)

式中:Qp为设计频率P的洪峰流量，m3/s；r1为汇流系数，r1=0.335；f为流域形状系数，f=F/L2，L为主河道河长；J为分水岭至出口断面的河道平均比降，m/m；F为流域面积，km2；C为洪峰径流系数(0.52～0.799)；SP为设计雨力，mm。

洪水总量采用扣损法计算：

W总=0.1·F·(H24p-Hs-ΔHs)

(2)

式中：F为水库坝址以上流域面积，km2；H24p为设计频率最大24 h面雨量暴雨；Hs为稳定雨损；ΔHs为附加雨损。

将水库坝址参数代入以上计算公式，成果见表2。

表2 坝址设计洪水成果表

3.3.2 水文比拟法

根据惠水水文站洪峰流量均值，采用水文比拟法计算到水库坝址处，计算公式为：

(3)

3.3.3 推理公式法

推理公式法是推求小流域设计洪水常用方法之一，计算公式为：

(4)

(5)

m=γ1θ0.22

(6)

式中：Qm为洪峰流量，m3/s；ht为t时段的单一洪峰净雨深，mm；t为流域汇流时间，h；m为汇流参数；θ为流域的几何特征值；L为主河道河长；J为分水岭至出口断面的河道平均比降，m/m；F为流域面积，km2。

根据贵州省暴雨多年等值线图查得不同历时的点暴雨量,乘以不同保证率点面折减系数计算得出面暴雨量。再根据分区降水径流关系表查得不同径流深ht。将不同历时t计算的径流深代入式(4)计算Q,将确定的各参数值带入公式可求得坝址处设计洪水。成果见表2。

通过对以上成果比较分析，洪峰流量相差在25%以内，以雨洪法成果偏大。综合分析认为，设计流域集雨面积较小，贵州省雨洪公式综合考虑了流域形状、坡降、岩溶、植被、地形等的影响，在省内其他工程广泛应用并得到验证，具有较好的代表性。偏安全计，本次设计采用雨洪法成果作为水库坝址设计洪水成果。

3.4 设计洪水合理性

从表1可以看出，惠水水文站设计洪水频率计算成果是符合随重现期增长而增大这一规律的。洪峰流量和洪水洪量的统计参数均为Cv=0.53，洪峰流量和最大一日洪量的Cs/Cv分别为4和3.5，Cv，Cs参数比较稳定。从频率曲线上看，点据分布均匀合理，洪峰流量和洪水总量频率曲线上下两端保持较合理的差数，经验点据与“理论”线配合较好。同时，参照黔南州水利水电勘测设计研究院2006年所作的《罗甸县石门坎水电站初步设计说明书》，其洪峰流量均值为549 m3/s，Cv=0.52，Cs=4Cv，成果较为接近。说明本次惠水水文站洪水分析成果基本合理，可作为推求坝址洪水的依据。水库坝址以上流域岩溶较发育，伏流较多，用雨洪法计算时充分考虑流域岩溶的削峰作用，采用较小洪水径流系数，设计洪水采用雨洪法和水文比拟法推求，两种方法成果相互验证，成果相差在25%以内。本次调查1975年洪水洪峰流量约为128 m3/s，重现期20年一遇，与雨洪法推求成果基本接近。因此，本次采用的雨洪法成果作为坝址设计洪水成果基本合理可靠。

4 结 语

本文以实际工程设计中无资料地区小水库洪水计算为例，采用暴雨洪水法、水文比拟法、推理公式法推求水库坝址设计洪水，并结合贵州省地区等值线图和历史洪水调查成果综合分析取值，验证设计洪水成果合理性，为水库的建设以及后期的运行管理提供可靠的依据，可供贵州省无实测资料地区的小型水库设计洪水计算借鉴。