七星河流域梯级水库设计洪水分析计算

马小龙

（陕西省岐山县水电工作队，陕西 岐山 722400）

0 前言

陕西省宝鸡市七星河为渭河水系的二级支流，发源于陕西省扶风县西北部的杨家沟，流经岐山、扶风两县交界，最后在扶风县城东南汇入韦水。流域总控制面积176 km2，干流全长24 km，河道平均比降2.2%。

从上世纪六七十年代以来，宝鸡市的岐山、扶风两县及冯家山水库管理局先后在该流域上建成祝京、祁家沟、刘家沟、王家沟、官务、丁童、白家窑等七座小（一）型水库，形成五个梯级，其中左支沟上有刘家沟水库，中支沟上有王家沟水库，右支沟上有祝京、祁家沟两座梯级水库，干流上依次从上到下有管务、丁童、白家窑三座水库，七星河流域水系图见图1。

图1 七星河水系示意图

七星河流域梯级水库库坝群的建成改善了当地灌溉条件，使农业稳步增产，农民收入逐步增长，但是，由于这些水库库坝群多系群众运动所为，且建成时间早，运行时间长，加之原设计防洪标准低，渗漏严重，溢洪道设施不全，使水库防洪安全隐患多，直接威胁下游的扶风县城、宝鸡峡总干韦水倒虹工程和西宝北线数十万人民群众的生命及财产安全。七星河流域已成为宝鸡市防洪的重点工程，该流域各个梯级水库的除险加固水文计算特别是洪水分析要纳入统一的流域计算，形成《七星河流域水文分析报告》，供各个梯级水库除险加固设计使用。

1 计算方法

因为在同一场暴雨即相同的下垫面条件下所产生的同一场洪水，梯级水库存在着上游各库运行条件下的洪水分库组合问题，也就是存在着错峰削洪问题。入库洪水计算的正确直接决定各个梯级水库除险加固的规模。因此，七星河流域洪水复核应以整个流域为研究模型，统一复核。

1.1 梯级水库洪水计算

梯级水库洪水计算要分为两部分：上一级库与本级库的区间洪水，上一级水库的下泄过程，本级库的入库洪水应为上一级库与本级库的区间洪水和上级水库的下泄过程叠加而成。

1.1.1 统一洪水标准

小流域梯级水库区间洪水的计算，要采用统一洪水标准。为了协调七星河流域各水库特别是同一支流上、下两库之间的防洪关系，根据本区水库的工程规模以及对下游的危害程度确定水库的洪水设计标准，各库均采用，即50年一遇设计（洪水频率P=2%），500年一遇校核（洪水频率P=0.2%）的统一防洪标准。

1.1.2 统一洪水分析计算方法

小流域一般没有实测水文资料，多采用由暴雨资料推理公式推求设计洪水及地区经验公式两种方法进行分析论证。经综合比较一般采用推理公式，因为推理公式在推求过程中进行了严格的推理计算。

1.2 区间洪水计算应注意的问题

在推理公式中，影响洪峰的核心因素是暴雨强度和河流特征。小流域中，因其面积小，一般采用同一暴雨强度。在流域面积确定的前提下，河长和比降起关键因素，河长和比降对峰值涨水历时影响大，对同一频率洪水的洪量影响不大。河长长、比降缓，峰值减小并推迟，否则，峰值增大并提前，在梯级水库中河长和比降的确定应是从分水岭到水库坝址的长及加权平均比降。星河流域各水库控制面积特征值见表1。

表1 七星河流域各水库特征值表

1.3 上一级水库下泄过程的确定

上一级水库下泄过程确定是通过调洪演算确定的。调洪演算的原则是从最上游水库开始调洪。

1.4 入库设计洪水推求

本级库的入库洪水应为上一级库与本级库的区间洪水和上级水库的下泄过程叠加而成。在叠加时，由于区间主沟道很短，只有3 km～5 km，为了使下游水库偏安全，因而在洪峰叠加时，只考虑水库的调洪滞后时间，不考虑洪峰沿河槽推进时传播时间。

2 典型库洪水计算

现以七星河流域支流上的祁家沟水库为典型库推求设计洪水。

祁家沟水库位于祝京水库下游，两坝址相距仅2.4 km，为冯家山罐区北干渠渠库结合工程，坝址以上流域面积35.1 km2，实际控制区域面积5 km2，主沟道长度2.4 km，平均比降16.7‰，区间内河道至分水岭最大长度9.4 km，平均比降28.21‰。原水库设计时无溢洪道，汛期洪水主要靠滞洪库容和放水洞泄流来排泄，放水洞最大泄量7.04 m3/s。

2.1 区间洪水推求

根据《宝鸡市水文实用手册》以及祁家沟水库坝址以上的流域及河道特征计算流域不同历时设计面雨量，面降雨过程，产流过程和净雨过程，然后按推理公式进行汇流计算。

产流计算按照渗产流模型，取前期影响雨量Pa=50 mm，根据入渗率和土壤含水量关系式推求；净雨过程计算，将产流过程各时段的产流量累加起来，即为产流总量，乘以“潜流百分数”可得潜流总量，潜流总量除以潜流历时即得时段平均潜流量；由产流过程中扣除时段平均潜流量，即得净雨过程；渭河以北，推理公式的潜流百分数采用15%。

汇流计算，根据下式计算汇流参数的值：

按 τ=0.278 L/mJ1/3Q1/3计算 Q～τ 关系，按 Qm=0.278（∑ht/t）计算Q～t关系，将Q～t、Q～τ关系曲线点绘在一张图上，其交点即为洪峰流量Qm和流域汇流时间τ，见表2。

表2 推理公式计算成果表（区间洪水）

区间设计洪水过程线采用五点概化过程线再加上区间潜流，五点概化过程线形状系数Ka=0.1、Kb=0.185、Kw=0.245、Kc=0.210，设计洪水过程线计算结果见表3和图3、图4。

表3 祝京水库～祁家沟水库区间设计洪水过程线

2.2 上一级水库祝京水库的下泄过程线的推求

2.2.1 工程概况

祝京水库位于宝鸡市岐山县城东北20 km祝家庄，京当两乡镇交界处，即七星河流域的的右支沟，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等作用的小（一）型水库。坝址以上控制流域面积30.1 km2，坝址至分水岭最大长度9.5 km，平均比降56‰。原设计总库容380万m3，调洪库容114万m3，兴利库容226万m3，死库容40.0万m3。

祝京水库除险加固工程已实施。设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇，故祝京水库的设计洪水直接采用其设计成果。

2.2.2 设计洪水祝京水库入库洪水计算成果及洪水过程线见表4和图2。

表4 祝京水库入库洪水计算成果表

图3 祁家沟水库入库洪水过程线（P=0.2%）

图2 祝京水库洪水过程线

（2）调洪演算

利用祝京水库设计洪水过程线、水库库容曲线及溢洪道泄流曲线，以汛限水位685.8 m(溢洪道进口进口高程686.3 m)为起调水位，用列表法进行调洪演算获得祝京水库下泄过程，见表5和图 3、图4。

表5 祝京水库入库泄流计算成果表

2.3 祁家沟水库入库设计洪水的推求

将祁家沟水库区间洪水与祝京水库泄流过程线叠加，就得到祁家沟水库的入库设计洪水过程线，见图3、图4。

祁家沟水库的调洪演算及以下的梯级水库入库设计洪水推求不再赘述。

图4 祁家沟水库入库洪水过程线（P=2%）

3 结论

1）七星河流域作为小流域梯级水库库坝群具有一定的代表意义，其中每座梯级水库的除险加固需要复核设计洪水，复核要统一洪水标准，统一洪水复核方法，入库洪水推求由上一级库与本级库的区间洪水和上级水库的下泄过程叠加而成，叠加时不考虑上一级水库出库洪水到下一级水库之间的传播时间。

2）同时要特别注意河流特征的确定，尤其是河长及平均比降的确定，应是从分水岭到水库坝址的长及加权平均比降，而不是主沟道的长及比降。

3）以七星河流域支流上的祁家沟水库为典型库推求设计洪水，祁家沟水库位于流域上的右支沟，是第二梯级，其上游为祝京水库。由图3和图4可知在50年一遇（p=2%）设计洪水和500年一遇校核洪水下，区间洪水p=2%时，洪峰 Qm=25 m3/s，涨水历时 τ=2.3 h，p=0.2%时，洪峰 Qm=31 m3/s，涨水历时τ=3.2 h；上游祝京水库下泄过程线p=2%时，洪峰 Qm=31.4 m3/s，涨水历时 τ=3.9 h，p=0.2%时，洪峰Qm=72.5 m3/s，涨水历时τ=3.9 h；两者叠加后得到祁家沟水库入库洪水p=2%时，洪峰Qm=39.2 m3/s，涨水历时τ=3.9 h，p=0.2%时，洪峰Qm=97.0 m3/s，涨水历时τ=3.9 h；在叠加时没有考虑河道传播时间，仅仅考虑错峰削红。其它梯级水库类推，最终形成《七星河流域水文分析报告》，供各个梯级水库除险加固设计使用。