实例分析中小型水库设计洪水及计算

张乔娟

湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南长沙 410000

在水利工程设计中，对设计洪水的计算、分析与研究是十分重要的内容。如果不能对设计洪水进行准确的分析计算，就会影响水利工程自身运行及流域安全。因此，对设计洪水及其计算方法进行详细探究十分重要。

1 流域概况

东河是耒水的一级支流，发源于郴州市狮子口西麓，流经郴州市东波、白鹭塘、坪田、小水坪，于大面洲汇入耒水。东河控制流域面积118km2，全长33.3km，干流坡降11.9‰。

东波水库位于东河上游，地处郴州市苏仙区白露塘镇东波村境内东河峡谷河段，距郴州市城区20km。东波坝址控制流域面积24.7km2，河长6.97km，干流坡降66.5‰。

2 洪水特性及成因

东河流域洪水，具有明显的山区河流洪水特性：洪水历时短、峰型单瘦、暴涨暴落。洪水由暴雨形成，洪水变化特点与暴雨相应。根据东波站1992～2016年实测雨量资料分析，年最大24h暴雨发生在3～9月，量级大的暴雨主要发生在5、6、8、9月，8月尤为频繁，出现年最大24h暴雨机率为37.5%。

3 坝址设计洪水

本次采用两种方法进行东波坝址天然设计洪水的计算。方法一：根据邻近郴水流域郴州站设计洪水采用水文比拟法计算。方法二：由暴雨资料参照《湖南省暴雨洪水查算手册》2015年版（以下简称“手册”）推求坝址设计洪水。

3.1 由郴州站流量资料推求坝址天然洪水

郴州站洪水系列由历史洪水和1959～2016年实测系列组成。郴州水文站自1959年建站以来，先后实测到1964、1972、1985、1999及2006年大洪水，同时调查到历史上洪水有1902、1942年（《湖南省历史洪水调查资料》刊印本。实测系列中以1999年8月13日洪水最大，洪峰流量1200m3/s，2006年洪水为第二大洪水，洪峰流量927m3/s。本次拟定1999年和2006年洪水分别排在1902年以来的第一、二位（N=115年），1902年和1942年洪水较小（与实测系列中多年实测值接近），且可靠程度一般，故不参与排位。采用P-Ⅲ曲线适线推得郴州水文站设计流量成果。郴州站设计洪水成果见表1。郴州站控制流域面积354km2，东波坝址控制流域面积24.7km2。坝址流域和郴州站流域同属耒水流域一级支流，地理位置临近，采用水文比拟法计算坝址设计洪水，面积比指数n取0.67。东波坝址设计洪水成果见表2。

表1 郴州站设计洪水成果

3.2 由设计暴雨推求坝址天然洪水

3.2.1 设计暴雨

统计东波水文站1992～2016年实测24h降雨量资料及邻近流域何家雨量站1963～2016年实测24h降雨量资料。利用东波站与何家站1992～2016年实测年最大24h降雨资料建立相关关系，相关系数R=0.86，根据相关方程求得东波站1963～1991年、1999年年最大24h降雨。对东坡站实测和插补组成的1963～2016年年最大24h降雨量系列进行频率计算，其经验频率采用Pm=m/(n+1)计算，矩法公式计算参数初值，用P-Ⅲ型频率曲线目估适线，得到东波站年最大24h暴雨均值、Cv、Cs/Cv。

同时根据坝址所在地理位置查 2015年版“手册”，得东波坝址以上流域年最大24h点雨量均值、Cv、Cs/Cv。

两种方法计算设计暴雨相差不大，东波站设计成果比“手册”成果偏小约3.1%～7.8%，本次推荐采用根据“手册”计算的各频率设计值。成果见表3。

3.2.2 坝址天然设计洪水

按2015年版“手册”中的推理公式计算。计算公式如下：

东波坝址位于暴雨一致区为2区，产流为Ⅱ区，I0＝32mm，地表径流系数ψ取值0.65～0.85。根据时段净雨强度 历时曲线，求出各频率设计洪峰流量。成果见表2。

3.3 坝址设计洪水成果比较

两种方法计算的坝址天然设计洪水成果有较大差别，推理公式法比水文比拟法计算的坝址设计洪水成果大约50.4%～54.6%。根据2015年版“手册”可查得东波坝址处于暴雨中心位置，坝址以上为高山区，河道坡降陡、汇流快。坝址下游东波站实测年最大24h暴雨均值157.2mm（1992～2016年），而郴州站实测年最大24h暴雨均值114.6mm（1992～2016年），东波站较郴州站设计暴雨大得多，因此采用坝址处设计暴雨推求坝址设计洪水更为合理。本次推荐采用推理公式法计算的坝址设计洪水成果。成果对比见表2。

4 结语

综上所述，在水库建设中，设计洪水计算常用的为两大方法：一是根据流量资料计算；二是根据暴雨资料计算，本文对这两种方法在东波坝址设计洪水计算中的应用进行了详细探究，坝址处设计暴雨推求坝址设计洪水更为合理。此外，根据相关实践经验可知，部分中小水库处于无实测流量资料地区，根据暴雨资料计算设计洪水更具有可行性，值得推广应用。