无资料小流域水库设计洪水计算方法分析

李增国 张楠 张振杰 郭玲梅

摘要：水库设计洪水成果对于水库规模的确定和泄洪设施的布置至关重要。针对无资料小流域地區传统设计洪水计算方法的结果与流域实际暴雨洪水特性出入较大的问题，提出了实测暴雨移置法，在充分分析区域暴雨洪水特性基础上，利用邻近暴雨实测资料推求水库设计洪水。以云南省临沧市某水库工程为例，使用暴雨移置法推求得该水库66 a一遇洪水为96.5 m3/s，与洪水调查结果吻合良好。

关键词：洪水计算;邻近暴雨实测资料;暴雨移置法;小流域;湿润地区

中图法分类号：TV122.3

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.05.004

水库设计洪水的推求是水库勘测设计阶段的一项重要工作，关系到水库规模的确定、泄洪设施的设计布置、水库调度运行方式的选择等。大多小（1）型和中型水库工程设计时，流域内无实测暴雨洪水资料或只有短期的实测资料，无法满足计算要求。对于西南湿润无资料地区，通常使用经审批的地区暴雨统计参数等值线图集获取水库流域中心处的暴雨统计参数，由设计暴雨推求设计洪水，另外也可用推理公式法或地区经验公式法推求设计洪水。但对于部分小流域，暴雨图集法查得的暴雨统计参数与流域暴雨特性出入较大，所推求的设计洪水偏差较大。本文以云南省临沧市某水库工程为例，分别采用云南省暴雨统计参数等值线图集（以下简称“暴雨图集法”）和移置邻近实测暴雨资料（以下简称“暴雨移置法”）两种方法推求设计暴雨，通过对比分析确定水库设计暴雨成果，然后推求水库设计洪水。

1 流域概况

水库位于云南省临沧市耿马县勐永镇境内的芒佑河上游，控制径流面积12.2 km2，河长4.98 km，河道平均比降128‰。芒佑河属于怒江流域南汀河水系，为南汀河左岸加入的一条二级支流。芒佑河上游流域位于东经99°50'～99°52、北纬23°54'～23°57。设计流域内为无人居住区，水库库区附近有少部分耕地，面积为0.6 km2，其余大部分为森林覆盖，覆盖率达95%。芒佑河干流全长23 km，径流面积159 km2，天然落差1 877 m。从河源至水库大坝下游约7 km处的河段称为芒佑河，往下称白木河，至小塘坝村附近河段称塘坝河，再往下至勐段村附近河段称勐段河，最后在河底岗附近流人河底岗河。芒佑河流域水系见图1。

2 暴雨洪水特性

水库流域洪水由暴雨形成，芒佑河属河底岗河右岸支流，流域地处哀牢山脉西侧，流域暴雨的天气系统主要为冷锋低槽型、冷锋切变型。流域位于孟加拉湾暖湿气流的迎风面，河谷深切，河流走向与水汽人流方向基本一致，故形成流域内暴雨次数多、暴雨量级较大的特点。邻近的河底岗和大兴雨量站与水库同属河底岗河流域，且距离较近，地形地貌、下垫面条件和气候条件基本一致，暴雨洪水特点相似。根据邻近河底岗雨量站39 a实测资料统计，历年最大日降水量超过100 mm的大暴雨有3场，其中实测最大日降水量168.5 mm，发生于2014年7月21日;实测第二大日降水量为143.3 mm，发生于1989年9月15日;实测第三大日降水量为108.8 mm，发生于1986年7月25日。多年平均最大日降水量为70 mm。与暴雨对应，90%的年最大洪水集中在7-9月，7-8月最为突出，发生概率超过70%。该流域具有山区河流洪水的特性，洪水陡涨陡落，起涨历时一般在1-3h，次洪历时一般不超过24 h，多为单峰型洪水过程。

3 设计暴雨推求

3.1 云南省暴雨图集法

根据SL44-2006《水利水电工程设计洪水计算规范》[1]规定，对于无资料地区，可从通过审批的暴雨统计参数等值线图上查算工程所需历时的设计点暴雨量[2-3]。通过云南省暴雨图集[4]（资料截止2000年，于2007年通过云南省水利厅审定）查得水库流域暴雨统计参数，其中，最大1，6，24 h暴雨均值分别为35，48 mm和77 mm，G值分别为0.43，0.49和0.48，Cs=3.5Cv。

根据水库位置的暴雨区划，由云南省分区综合时一面-α，β的关系表查得水库1-24 h设计面暴雨量，由云南省1d暴雨分区综合雨型表得水库24 h设计面暴雨时程分配过程，即表1中采用暴雨图集法推求计算的结果。

3.2 暴雨移置法

3.2.1 实测暴雨资料

水库流域下游的河底岗雨量站有2005 - 2017年短历时暴雨资料和1979 - 2017年最大ld暴雨资料系列，邻近流域的大兴雨量站有1979 - 2017年长系列短历时暴雨资料。河底岗、大兴雨量站与水库流域中心直线距离分别为16 km和16.5 km，根据水库邻近雨量站点分布及其实测暴雨资料情况，选取这两站的实测暴雨资料对水库及邻近区域暴雨特性进行分析。

对大兴雨量站已有的实测最大1，6，24 h暴雨量与日暴雨建立相关关系，得出综合折算系数K1=0.481、K6=0.729、K24=1.090，其中24 h暴雨与日暴雨相关系数达0.91，另外两个时段的相关系数也在0.6以上，说明该区域暴雨时程分配相对规律，用日暴雨资料推求短历时暴雨可行。

根据大兴雨量站1，6，24 h暴雨量与日暴雨相关系数，将河底岗站实测日暴雨系列插补延长缺测年份的1，6，24 h暴雨，得到该站1979 - 2017年（n=39a）1，6，24 h短历时暴雨系列。大兴站以自记为主，人工校测，暴雨资料系列长度已超过30a，资料可靠且系列具有一定代表性。虽然河底岗站只有10 a的实测1，6，24 h短历时暴雨系列，但最大日暴雨系列已达32 a，且短历时暴雨系列最大值和日暴雨系列最大值均发生在2014年，故通过展延后的短历时暴雨系列资料基本可靠。

依据河底岗、大兴雨量站1979 - 2017年（n=39a）1，6，24 h暴雨系列，用数学期望公式计算经验频率，矩法初估统计参数均值和G值，取Cs=3.5G，以P-Ⅲ型曲线为线型，用目估适线法确定统计参数，并与河底岗、大兴雨量站1，6，24 h查图值进行比较，见表2。

3.2.2 暴雨统计参数移置

由表2可知，河底岗雨量站1，6，24 h实测暴雨均值与G值均比查图值大;大兴雨量站1，6，24 h实测暴雨均值比查图值大、G值比查图值小。水库流域与大兴和河底岗雨量站直线距离均较近，但河底岗雨量站与水库为同一河谷区，属上下游关系，故河底岗站暴雨特性更能代表水库流域，且河底岗站2014年最大24 h暴雨量达178.5 mm，约为66 a-遇，为有实测记录以来的最大值，实测暴雨资料系列样本较大兴雨量站更具代表性。故移置河底岗站实测暴雨资料推求水库设计暴雨更合理。

分别用暴雨图集查出河底岗雨量站和水库流域中心的1，6，24 h暴雨及其参数，根据两个位置查图值的差异计算修正系数，对河底岗站暴雨系列资料进行修正后移置到水库流域，暴雨参数移置成果见表3。

在河底岗站实测暴雨资料系列中挑选降水量较大、雨型对工程最不利的暴雨过程为典型暴雨进行设计暴雨推算，“20140721”实测暴雨过程见图2。

采用1，6，24 h移置暴雨成果控制作同频率放 大典型暴雨过程，其同频率放大系数按式（1）～（3）计算。

《云南省暴雨径流查算实用手册》[5]查得水库流域的点、面换算系数，将水库设计点暴雨成果乘点面系数得设计面暴雨过程，即表1中采用暴雨移置法推求计算的结果。

3.3 设计暴雨成果选用

从表3可知，移置邻近实测暴雨资料得到的暴雨统计参数比采用查图法得到的暴雨统计参数更大，主要是由于云南省暴雨统计参数等值线图集资料截止2000年，而实测资料暴雨资料系列现已增加了17 a，特别2014年水库流域发生了较大暴雨，水库下游的河底崗雨量站日暴雨达168.5 mm，为39 a实测最大值，邻近的大兴雨量站日雨量达107 mm，为39 a实测第二大值。根据SL44-2006《水利水电工程设计洪水计算规范》[1]的规定，从通过审批暴雨统计参数等值线图上查算工程所需历时的设计点暴雨量。当本地区或邻近地区发生大暴雨，或依据不同年代图集查算成果差别较大时，应对查算图表进行合理性检查，必要时作适当调整。因此，水库设计暴雨成果采用暴雨移置法推求的成果。

4 设计洪水推求

4.1 由设计暴雨推求设计洪水

通过查《云南省暴雨径流查算实用手册》相关图集得水库产汇流分区，然后根据水库产流分区和设计暴雨过程进行产流计算，采用初损后损法推算得到水库设计净雨过程。根据水库设计净雨过程、汇流分区及流域特征参数，用纳西瞬时单位线法推求出水库断面的设计洪水过程，水库设计洪峰和最大24 h洪量见表4。

4.2 设计洪水成果合理性分析

2014年该水库流域发生了大洪水，根据当地水文部门2014年7月25日对水库流域的洪水调查成果，其洪峰流量为88 m3/s，重现期为66 a一遇。而用暴雨移置法推求得水库66 a一遇洪水为96.5 m3/s，与洪调成果相对偏差为8.8%，说明暴雨移置法推算的设计洪水成果合理。

5 结语

水库流域属于无资料地区，仅水库流域下游的河底岗有暴雨资料。根据资料条件，采用暴雨图集法计算设计洪水，而设计暴雨分别采用移置河底岗雨量站暴雨资料和查云南省暴雨统计参数等值线图推求。本文分析结果表明，移置河底岗雨量站暴雨资料的方法推求设计暴雨成果更符合流域实际，推求的水库设计洪水也更合理。

对于西南湿润地区的无资料区域，中小型水库设计洪水以暴雨推求洪水的方法为主，其设计暴雨可通过查暴雨统计参数等值线图、移置邻近实测暴雨资料、建立区域暴雨高程关系等方法推求，但应在充分分析流域暴雨洪水特性的基础上确定合理的设计暴雨推求方法。

参考文献：

[1] SL 44-2006水利水电工程设计洪水计算规范[S].

[2]梁忠民，钟平安，华家鹏.水文水利计算[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[3]金光炎.水文统计理论与实践[M].南京：东南大学出版社，2012.

[4] 云南省水利厅.云南省暴雨统计参数图集[R].昆明：云南省水利厅，2007.

[5] 云南省水利厅.云南省暴雨洪水查算实用手册[R].昆明：云南省水利厅，1992.

（编辑：李慧）

作者简介：李增国，男，工程师，主要从事水文测验整编、水文预测预报、水情水资源分析等方面的工作。E-mail：412808166@qq.com