長春市中小型水庫設(shè)計洪水計算方法

劉南烈，王麗萍，任星紅

（1.吉林省水資源局長春分局，吉林 長春 130022；2.白山市農(nóng)村水利管理分站，吉林 白山 134400；3.吉林省水資源局四平分局，吉林 四平 136000）

1 概況

長春市位于吉林省中部，地處松遼平原的東部邊緣。地理位置為東經(jīng) 124°18′～ 127°02′，北緯 43°05′～ 45°15′。西北與松原市毗鄰，西南和四平市相連，東南與吉林市相依，東北同黑龍江省接壤。東西長約227 km，南北寬約217.5 km，全市幅員面積20 571 km2，市區(qū)面積4 789 km2。

長春市多年平均降水量565.0 mm，降水量隨著地勢從東南向西北逐漸減少。其中多年平均降水量最大的是雙陽區(qū)為621.0 mm，降水量最小的是農(nóng)安縣為510.8 mm。降水量年內(nèi)分配不均，6-9月降水量占年降水量的78.1%。

長春市多年平均水面蒸發(fā)量812.1 mm，蒸發(fā)的地區(qū)分布與年平均氣溫的地區(qū)分布趨勢相近，并與緯度、地勢密切相關(guān)，自西北向東南呈遞減趨勢。多年平均水面蒸發(fā)量在700～950 mm之間。

2 計算設(shè)計洪水方法

目前長春地區(qū)小流域?qū)崪y洪水資料較少，很多地區(qū)沒有實測洪水資料，但是雨量點較多，分布相對合理，針對以上情況，一般可用3種方法推求長春市小流域設(shè)計洪水：

1）選用氣候、產(chǎn)流下墊面相似、年降雨量分配一致，集水面積相差不大的有洪水資料的流域作為參證站。

2）如果區(qū)域內(nèi)或者區(qū)域附近實測暴雨資料較多（20年以上），可以根據(jù)暴雨資料通過頻率計算推求設(shè)計暴雨，然后通過流域的產(chǎn)流、匯流計算，計算出相應(yīng)的洪水過程，作為設(shè)計洪水。

3）利用暴雨等值線圖和一些簡化公式估算設(shè)計洪水，在實際工作中，往往采用以上兩種或者更多方法來綜合計算結(jié)果，如果不同方法間計算結(jié)果差距較大，則取對工程不利的計算結(jié)果作為設(shè)計依據(jù)。

在收集資料時，需要做資料的可靠性、一致性和代表性分析，可靠性審查的重點應(yīng)該放在測驗及整編質(zhì)量較差的年份及對設(shè)計成果影響較大的發(fā)生大洪水的那些年份的資料，一致性審查應(yīng)該注意流域中實際情況的變化，對修建水工建筑物、河道整治、分洪、潰堤、改道、堵口等對洪水造成的影響，應(yīng)該還原修正，換算到同一基礎(chǔ)上。洪水資料的總體是無法獲得的，現(xiàn)行樣本系列的代表性只能用其它旁證資料來進(jìn)行分析，如利用本河流上下游或者鄰近流域測站的長期水文氣象資料來檢查。

3 計算過程舉例

以計算黑頂子水庫設(shè)計洪水為例子，來說明長春市欠資料地區(qū)設(shè)計洪水具體計算過程：

1）黑頂子水庫

黑頂子水庫位于雙陽區(qū)城西南約20 km的黑頂子河上游，水庫設(shè)計總庫容1 710萬m3，水庫以上集水面積54.6 km2，設(shè)計保護(hù)耕地0.15萬hm2，根據(jù)水利水電樞紐工程分等指標(biāo)與永久性水工建筑物正常運(yùn)用的洪水標(biāo)準(zhǔn)，該工程等級為3級、屬于中型水庫，永久性水工建筑物級別為3級，設(shè)計洪水重現(xiàn)期為100～50年，在此取100年作為設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)。

2）資料代表性分析

為了檢驗1970—2005年黑頂子水庫上游降雨情況統(tǒng)計參數(shù)計算中可能出現(xiàn)的抽樣誤差，即研究較短系列的頻率分布是否接近于總體分布，要進(jìn)行多年系列豐、枯周期性變化分析，研究其周期變化規(guī)律，選擇黑頂子水庫周圍降雨資料系列較長的長春站（有實測資料1997年）作為參證站，長春站年降水量模比系數(shù)差積曲線見圖1，長春雨量站不同系列統(tǒng)計參數(shù)對比分析見表1。

圖1 長春站年降水量模比系數(shù)差積曲線圖

表1 長春雨量站不同系列統(tǒng)計參數(shù)對比分析表

由圖1、表1可知：1970—2005年黑頂子水庫上游降雨系列基本處于一個大周期平、豐、枯段，與系列總體均值相對誤差為4.2%，Cv值相對誤差為4.5%，分析資料表明該短系列對長系列的代表性較好。

3）計算水庫上游設(shè)計面雨量

由于黑頂子水庫上游小流域造峰歷時短，不超過24 h，選擇24 h作為造峰暴雨的設(shè)計時段，對1970—2005年黑頂子水庫站年最大24 h暴雨量做頻率分析計算，結(jié)果為P=1%（即100年一遇）為150 mm，因為流域面積較小，故取點設(shè)計暴雨量作為面雨量。

4）設(shè)計凈雨計算

利用該區(qū)域附近兩個水文站（官馬店、新安）的降雨徑流相關(guān)圖綜合分析，考慮到超滲產(chǎn)流等因素，確定凈雨深為130 mm，以各次暴雨綜合過程作為概化雨形推求設(shè)計凈雨過程，見表2。

表2 設(shè)計凈雨過程分配表

然后進(jìn)行匯流分析計算，首先計算瞬時單位線，然后再轉(zhuǎn)換成10 mm單位線，順時單位線的形狀特征用調(diào)節(jié)參數(shù)n和匯流參數(shù)K來反映，針對長春市地區(qū)的資料情況，為了方便計算，在此將n，K轉(zhuǎn)化為流域滯時m1和單位線散度 m2。

經(jīng)計算，m1=7.1；m2=0.52；n=1/m2=1.92；K=m1/n=3.7。

通過S(t)曲線轉(zhuǎn)換得△t=1 h的無因次時段單位線，再經(jīng)過單位轉(zhuǎn)換得凈雨深為10 mm的時段單位線，計算過程見表3。

由表3可知，用單位線法計算的P=1%設(shè)計洪峰流量為197 m3/s，然后用公式Q1%=KiCFn校合洪峰流量，式中C為最大流量參數(shù)，n為暴雨遞減指數(shù)，Ki為響應(yīng)頻率的模比系數(shù)，查長春地區(qū)暴雨參數(shù)圖集，得Q1%=272 m3/s；最后綜合確定 Q1%=272 m3/s；W最大1日=690 萬 m3。

4 結(jié)語

設(shè)計洪水計算的方式方法眾多，在資料、數(shù)據(jù)允許的情況下，應(yīng)按采用多種計算方法綜合對照分析，提高計算結(jié)果的精度，使建設(shè)工程得到經(jīng)濟(jì)、合理的建設(shè)規(guī)模，使水利工程的投入產(chǎn)出比得到最大化。