普兰店区红旗水库设计洪水复核

(凤城市水利勘测设计院，辽宁 凤城 118100)

红旗水库位于大连市普兰店区星台镇元岭村，碧流河支流吊桥河的中游，距小宋屯水文站9.0km。坝址以上集雨面积96.01km2，河道长度17.28km，河道平均比降6.18‰。总库容4885.62万m3，是一座集防洪、农业灌溉、城镇供水和综合利用于一体的中型水库。水库枢纽工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，工程抗震设防烈度为7度。坝址距城子坦街道9.6km，水库主要保护下游耕地2.5万亩，人口4.5万，保护城镇一座，工矿企业500家，一条6.6万V高压线路及鹤大高速、201国道、丹大快铁等，地理位置十分重要。

红旗水库枢纽建筑物主要由大坝、输水洞和溢洪道组成，始建于1968年10月，设计标准50年一遇，校核标准500年一遇；1969年8月枢纽工程基本竣工。在1974年10月对溢洪道加深1.3m、加宽6.0m；1975年6月完成。溢洪道闸门在1978年5月开始施工，1980年9月结束。多年运行中发现水库防洪标准、大坝安全、溢洪道及输水洞工程均存在一些问题。2001年进行了水库的除险加固工作，防洪标准也调整为50年一遇洪水设计、1000年一遇洪水校核。为了解红旗水库大坝目前的安全性态，为工程运行安全和充分发挥效益提供科学依据，需要进行大坝安全鉴定。水库调洪计算和大坝工程现状抗洪能力评价是安全鉴定的重要工作之一，而设计洪水复核则为其提供了基础依据[1]。

推求设计洪水的途径和方法是随着资料信息的积累、计算理论技术的提高、工程建设和运行经验的增加及人们对洪水规律认识的不断深化而逐步发展和完善的。[1]当今，设计洪水计算主要有两种方法：一是采用统计方法(频率分析计算)推求设计洪水；二是从水文气象成因途径推求设计洪水[2]。统计方法由于原理清晰、资料相对容易收集、计算简便而得到广泛应用。叶长青等分析了频率曲线线型对设计流量分析的影响[3]。曲凤垚等根据近期暴雨引发的超过历史纪录的洪峰流量结合历史洪水进行洪峰、洪量频率计算，来分析论证水文站洪水成果的合理性[4]。万贵生将安阳站洪水系列插补延长，加上历史洪水，采用P-Ⅲ型曲线计算，对安阳河流域防汛及防洪工程建设提供指导建议[5]。本文通过对临近站洪峰、洪量频率分析和采用无资料地区计算两种方法对设计洪水复核计算。

1 水文基本资料

红旗水库坝址以上流域内无洪峰流量水文观测站和雨量观测站资料，属于无资料地区。

在碧流河上，距离红旗水库坝址9.0km处有小宋家屯水文站。小宋家屯水文站建站较早，控制流域面积2537km2，1950年为水位站，1958年改为水文站，该站于1994年撤销。小宋家屯水文站资料由辽宁省水文总站(现辽宁省水文水资源勘测局)整编刊印，资料质量较好。1973年进行碧流河水库初步设计时对小宋家屯站1973年前水文资料进行了复核与审查；在玉石水库可研设计阶段，对小宋家屯站1988年前水文资料又进行了审查；2001年进行碧流河水库大坝安全评价时，在既往资料审查的基础上对小宋家屯站1993年前水文资料又进一步做了复查，未发现不合理现象。2013年进行碧流河水库大坝安全鉴定时，在既有工作基础上，将小宋家屯站资料系列插补延长至2012年。

吊桥河流域降水主要集中在夏、秋汛期6—9月，该时段内降雨量占全年降水量的74.9%，主汛期7—8月降水量占全年的50.4%，年内分配也不均匀。洪水主要由暴雨形成，河川基流、洪峰水量集中，洪峰水量的大小取决于暴雨的大小。洪水与暴雨存在着明显的对应关系，略缓于暴雨。

2001年，大连市水利建筑设计院对红旗水库进行了除险加固工程设计，对设计洪水采用辽宁省水文水资源勘测局1988年版《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》中的方法进行计算。成果如表1所列。

表1 红旗水库历史设计洪水成果 单位：Q：m3/s；W：万m3

2 设计洪水复核

本次设计洪水复核计算采用两种方法：ⓐ水文比拟法，利用小宋家屯站资料计算；ⓑ利用《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》中的方法计算。

2.1 利用水文比拟法计算

2013年，进行碧流河水库大坝安全鉴定时，在既有工作基础上，将小宋家屯站资料系列插补延长至2012年。经插补延长后小宋家屯站具有1950—2012年共63年洪水资料系列，据此进行洪峰、洪量的频率分析计算。在洪峰流量频率计算中，加入1879年历史洪水(洪峰流量为7900m3/s)，偏于安全考虑，其重现期按100年考虑；洪量采用63年连续系列计算。经P-Ⅲ型频率曲线适线分析确定设计洪水参数，频率曲线如图1～图2所示。

图1 小宋家屯站洪峰流量频率曲线

图2 小宋家屯站三天洪量频率曲线

红旗水库坝址不同频率设计洪水采用小宋家屯站相应频率设计洪水成果，按面积比转换，其中洪峰按面积比的2/3次方转换，洪量按面积比转换，计算的红旗水库设计洪水成果如表2所列。

表2 利用小宋家屯资料设计洪水成果 单位：Q：m3/s；W：万m3

2.2 利用无资料地区计算方法计算

红旗水库坝址以上流域内无洪峰流量水文观测站和雨量观测资料，属无资料地区。中华人民共和国行业标准《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL 44—2006)中4.1.3规定：各种历时设计暴雨可采用经过审批的暴雨统计参数等值线图查得。依据《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》附图查得，该流域属辽宁省水文分区Ⅳ区。取Cs=3.5Cv，计算结果如表3所列。

表3 无资料地区计算方法洪水计算成果 单位：Q：m3/s；W：万m3

2.3 设计洪水采用成果

利用水文比拟法和利用无资料地区计算方法计算洪水成果对比结果如表4所列。

表4 红旗水库设计洪水成果对比 单位：Q：m3/s；W：万m3

从表4中可以看出，本次复核采用无资料地区方法计算的设计洪水洪峰和洪量与2001年除险加固时完全相同，均比利用小宋家屯站资料计算的洪峰和洪量大。从安全角度考虑，设计洪水成果仍采用2001年除险加固时的成果。

3 设计洪水成果的合理性分析

将红旗水库与大连地区的碧流河水库、英那河水库、刘大水库、松树水库、朱隈水库、转角楼水库及松东水库区间的设计洪水成果进行地区综合分析，点绘各站洪峰、一日洪量、三日洪量Qp-F和Wp-F的关系图，如图3～图5所示。

从图3可以看出，各水库百年一遇洪峰流量随着水库汇流面积的增大而增大，基本呈线性变化，红旗水库洪峰流量的设计值在Qp-F图关系线上分布合理。

从图4可以看出，各水库百年一遇洪水一日洪量随着水库汇流面积的增大而增大，基本呈线性变化，红旗水库一日流量的设计值在W24p-F图关系线上分布合理。

图3 大连地区各水库洪峰流量与流域面积相关图(1%)

图4 大连地区各水库一日洪量与流域面积相关图(1%)

图5 大连地区各水库三日洪量与流域面积相关图(1%)

从图5可以看出，各水库百年一遇洪水三日洪量随着水库汇流面积的增大而增大，基本呈线性变化，红旗水库三日流量的设计值在W三p-F图关系线上分布合理。

4 结 语

为了解红旗水库目前的安全性态，对红旗水库进行安全评价，需要对红旗水库的设计洪水进行复核。文中采用水文比拟法和无资料地区计算方法两种方法分别对红旗水库设计洪水进行复核计算，通过与2001年除险加固时的计算结果进行对比分析，无资料地区的计算结果与2001年的设计成果相同，且比水文比拟法计算结果偏大。为了安全，选用2001年除险加固时的成果。通过对该成果进行地区性综合检查，证明红旗水库的设计洪峰、洪量合理、可靠。