基于小塔山水库入库洪水计算的研究

聂大鹏

(辽宁省营口水文局，辽宁 营口115003)

1 流域的概况

小塔山水库位于赣榆县西北部丘陵区青口河的上游，库区面积约26.5 km2，集水面积386 km2。青口河发源于山东省南县、流经洙边、黑林、小塔山水库、青口、于下口处向东如海，全长64 km(赣榆县境内45 km)，主要支流有旦头河、康邑河，均汇入小塔山水库。由于干支流均发源于山岭地区，坡陡谷深，源短流急，并呈扇状向青口河汇合。因此，回流速度快、来势猛，洪水4 h左右即可到达青口河。水库下游青口河两岸为一开阔平原，土地肥沃，人口稠密，村镇集中，河道狭窄弯曲。青口河流域具有较长雨量资料系列的雨量站有青口、小塔山、黑林、洙边4个雨量站，其中小塔山、黑林、洙边3 个雨量站处于小塔山水库坝址以上集水面积范围内。

2 入库设计洪水的分析计算

2.1 防洪设计标准

小塔山水库总库容达2.70 亿m3，依据《防洪标准》(GB50201—94)，小塔山水库属于大(2)型水库，为二等工程，主要建筑物应按2 级水工建筑物设计。根据《防洪标准》和《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》及补充规定，并且汇入小塔山水库的干支流均发源于山岭地区，坡陡谷深，源短流急并呈扇形向青口河汇合，汇流速度快，来势猛，而水库下游青口河两岸为开阔平原，人口稠密，村镇集中，小塔山水库一旦失事，危害极大。最终确定小塔山水库的设计标准为100 a一遇，核准标准为2000 a一遇。同时也进行了20 a一遇、50 a一遇、200 a一遇、300 a一遇、1 000 a一遇、5 000 a一遇的计算。

2.2 入库设计洪水的分析计算

小塔山水库未设置控制性入库水文站，缺乏实测入库洪水资料，所以无法直接由洪峰流量和洪量资料推求设计洪水;根据库水位与下泄流量反求入库洪水过程，由于影响因素众多，存在一些具体技术问题，精度不高，并且小塔山水库只具有1962—1975年的库水位和出库流量资料，为此只能采用暴雨资料间接推求设计洪水［1］。

2.2.1 暴雨资料的收集与整理

1)设计暴雨历时的确定。确定以3 d为设计暴雨历时;以24 h作为控制时段;以1 d、3 d为统计时段。因为通过计算分析:本流域一次大暴雨过程大约在3 d左右，造成洪水的暴雨历时比较短，属于短历时，所以上述设计暴雨历时的确定是合理的。

2)实测雨量资料。青口河流域具有较长雨量资料系列的雨量站有青口、小塔山、黑林、洙边4 个雨量站。其中小塔山、黑林、洙边3 个雨量站处于小塔山水库坝址以上积水面积范围内，具有连续36 a资料(1965—1977 年)，所以选择了小塔山、黑林、洙边3个站。用泰森多边形法求得它们的权重系数分别为0.09337、0.40602、0.5006，进而求得面平均雨量。

3)调查暴雨资料。经计算36 a的最大3 d面雨量的平均值为136.1 mm。其中1974 年3 d面暴雨量为325.6 mm，是最大值，其模比系数为2.4;最大1 d面雨量的均值为97.7 mm。其中1997 年最大1 d面雨量为229.5 mm，是最大值，其模比系数为2.3。

4)资料的处理与审查。资料的审查主要是审查资料的代表性、正确性。资料代表性的好坏主要看资料内容是否比较全面，能否较好的代表总体。而暴雨资料代表性主要看资料中的暴雨是否有各种大小的暴雨，且偏重于大暴雨。通过计算分析，暴雨资料中，最大3 d降水量和最大1 d降水量都有若干较大值，所以本次设计资料的代表性良好。

2.2.2 设计暴雨过程的计算

2.2.2.1 经验频率计算

频率计算采用计算公式为:

式中:P 为≥xm的经验频率;m 为xm序号，即≥xm的项数;n 为样本容量，即观测资料的总项数。

2.2.2.2 设计暴雨量的计算

经计算，得最大1 d面暴雨的统计参数为:

X 为97.71mm，CV=0.48，CS/CV=3.5

最大3 d面暴雨的统计参数为:

X=141.5，CV=0.50，CS/CV=3.5

2.2.2.3 设计暴雨统计参数的合理性分析

2.2.2.4 不同历时，不同设计频率的设计面雨量计算

式中:XP为设计面雨量，mm;KP为模比系数;X 为雨量均值，mm。

2.2.2.5 设计暴雨合理性分析和采用

因为是用36 a的资料来推求2 000 a一遇，所以不可避免会产生误差。所以我们加了一个安全保证值，为原设计值的10%。

2.2.2.6 设计暴雨过程的推求

1)采用同频率放大法，选用实测的较大的点暴雨过程作为面暴雨放大的典型暴雨过程。选择典型暴雨过程时遵循对工程安全偏不利的原则。经过比较分析，最后选用黑林1974 年8 月11 日—8 月13日和黑林1997 年8 月18 日—8 月20 日的两次较大暴雨作为典型暴雨过程进行计算。

2)放大倍比采用公式:

式中:K24h为最大24 h雨量放大倍比为最大3 d与最大24 h的雨量差额放大倍比;分别为最大24 h和最大3 d的设计暴雨量;分别为最大24 h和最大3 d的典型暴雨量。

2.2.2.7 设计净雨过程计算

由于本流域缺乏实测的雨洪资料，所以采用《江苏省暴雨洪水图集》中的有关地区综合成果进行设计净雨过程的计算。

设计条件下，前期影响雨量Pa=＆Im，当最大3 d设计面降水量＞250 mm 时，系数＆=0.65，Im=75 mm，故前期影响雨量Pa=0.65×75=48.75 mm。

采用下面的数学模型推求设计净雨过程:

2.2.2.8 设计入库洪水过程的计算

1)采用经验单位线法推求入库设计洪水。经验单位线由小塔山水库流域实测降水及相应的洪水径流资料，运用单位线的两项基本假定来推求。单位线的两项基本假定分别为倍比假定和叠加假定。推求单位线的一般方法有缩放法、分析法、试错法。我们采用的是试错法。所谓试错法就是假定一条单位线，用单位线推流的方法得出一洪水入库过程，与实测资料所求出的入库流量比较，如一致的话，则假设的单位线即为所求;如不一致，则调整单位线重复上述过程直到一致为止。

2)经验单位线采用原徐州地区“关于小塔山水库水文分析成果报请审批的报告”中所分析的6 h标准单位线成果。具体做法是运用s 曲线将6 h单位线转换成3 h单位线，然后再利用3 h单位线推求设计入库洪水过程。

［1］陈俊合，刘海洋，刘树锋.飞来峡水库入库洪水计算模型探讨［J］.中山大学学报:自然科学版，2004，43(03):107－110.