密云水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水復(fù)核研究

高海伶

（北京市密云水庫(kù)管理處，101512，密云）

密云水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水復(fù)核研究

高海伶

（北京市密云水庫(kù)管理處，101512，密云）

密云水庫(kù)是一座防洪和供水綜合利用的大型水庫(kù)，其設(shè)計(jì)洪水的復(fù)核和計(jì)算幾經(jīng)演變。為找到設(shè)計(jì)洪水最新動(dòng)態(tài)變化，以給水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算和大壩工程現(xiàn)狀抗洪能力評(píng)價(jià)提供依據(jù)，在過(guò)去研究成果的基礎(chǔ)上，將洪水資料系列延長(zhǎng)至2008年，并在洪水系列的三性審核中，對(duì)1991—2008年的資料進(jìn)行了還原。通過(guò)對(duì)歷史特大洪水考證、設(shè)計(jì)洪水頻率分析計(jì)算、設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線修勻計(jì)算幾項(xiàng)內(nèi)容的系統(tǒng)分析和研究，得出密云水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水目前的復(fù)核成果。

密云水庫(kù)；設(shè)計(jì)洪水；水文分析

一、背景及意義

密云水庫(kù)位于北京市密云縣溪翁莊鎮(zhèn)，總庫(kù)容43.75億m3，是一座綜合利用的大型水庫(kù)，由海河流域潮白河上游潮河、白河兩大支流匯流而成。工程控制流域面積15788 km2，占總流域面積的88%。目前水庫(kù)的主要任務(wù)是保護(hù)下游京津冀地區(qū)的防洪安全和向北京市供水。

密云水庫(kù)于1958年9月動(dòng)工興建，1960年9月正式建成。原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇洪水設(shè)計(jì)，萬(wàn)年一遇洪水校核，設(shè)計(jì)洪水位為158.5m。

1975 年河南省“75·8”大水后，按可能最大洪水分析方法，對(duì)密云水庫(kù)防洪能力進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核后千年一遇設(shè)計(jì)洪水位為157.5m。

1991年，為進(jìn)一步解決密云水庫(kù)防洪調(diào)度與興利蓄水的矛盾，北京市水利局委托清華大學(xué)水利水電工程系對(duì)密云水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。經(jīng)國(guó)家防總批準(zhǔn)復(fù)核，千年一遇設(shè)計(jì)洪水位高程為157.5m。

1994年，由于水庫(kù)任務(wù)的改變、海河流域綜合規(guī)劃的全面制定，經(jīng)國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)，北京市政府委托清華大學(xué)對(duì)密云水庫(kù)進(jìn)行了建庫(kù)以來(lái)的第一次全面安全檢查，同時(shí)對(duì)主汛期設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了復(fù)核，并對(duì)秋汛洪水進(jìn)行了研究。

1996年，水利部電力工業(yè)部天津勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 （以下簡(jiǎn)稱天津院）對(duì)密云水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了復(fù)核。之后天津院的成果通過(guò)了水利部的審查。

2002年，根據(jù)國(guó)家防汛抗旱總指揮部辦公室文件 （辦庫(kù) 〔2002〕8號(hào)）《關(guān)于開(kāi)展水庫(kù)汛限水位設(shè)計(jì)與運(yùn)用研究試點(diǎn)工作的通知》，國(guó)家防總及北京市防辦委托清華大學(xué)水利水電工程系承擔(dān)密云水庫(kù)的汛限水位設(shè)計(jì)與運(yùn)用方案項(xiàng)目的研究工作，研究中對(duì)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了重新計(jì)算，并獲得水利部批復(fù)。

設(shè)計(jì)洪水復(fù)核直接影響到工程的安全、投資及效益。為找出密云水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水目前的動(dòng)態(tài)變化，為水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算和大壩工程現(xiàn)狀抗洪能力評(píng)價(jià)提供依據(jù)，本文在天津院1996年研究成果的基礎(chǔ)上，將洪水資料系列延長(zhǎng)18年，至2008年，并在洪水系列的三性審核中，對(duì)1991—2008年的資料進(jìn)行了還原。而后通過(guò)系統(tǒng)的分析和研究，得出密云水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水目前的復(fù)核成果。

二、國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)洪水研究現(xiàn)狀

自Fuller（富勒）1914年首次通過(guò)在頻率格紙上點(diǎn)繪洪水經(jīng)驗(yàn)頻率曲線推求設(shè)計(jì)洪水以來(lái)，洪水頻率分析研究與應(yīng)用已有近100年的歷史。目前設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算主要有兩種途徑：

1.采用統(tǒng)計(jì)方法（頻率分析計(jì)算）推求設(shè)計(jì)洪水

近年，國(guó)外對(duì)洪水抽樣方法、頻率曲線線型、經(jīng)驗(yàn)頻率公式、參數(shù)估計(jì)方法、設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線放大、區(qū)域洪水頻率分析、時(shí)間序列分析、非參數(shù)估計(jì)等多方面進(jìn)行了廣泛和深入的研究，并取得了一些進(jìn)展。我國(guó)自20世紀(jì)50年代開(kāi)始開(kāi)展水文頻率分析工作，各方面也有了較為深入的研究。在吸取各國(guó)經(jīng)驗(yàn)和參照國(guó)外有關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，形成了一套符合中國(guó)國(guó)情的、能基本上解決實(shí)際問(wèn)題的理論和方法，目前的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是 《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范（SL 44—2006）》。

2.從水文氣象的成因途徑（PMP/PMF）推求設(shè)計(jì)洪水

此法首先由美國(guó)提出，并用于工程設(shè)計(jì)，作為重要水壩和泄洪道的普遍設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)開(kāi)展此工作始于20世紀(jì)50年代末，20世紀(jì)80年代以來(lái)又取得了一些新的研究成果。中小型水利水電工程由于流量資料短缺，往往采用由設(shè)計(jì)暴雨利用推理公式和單位線方法推求設(shè)計(jì)洪水的間接方法；而大中型工程主要依據(jù)流量資料直接計(jì)算，同時(shí)也可采用暴雨徑流間接法，多種途徑綜合比較，合理選定。該法可避免頻率分析計(jì)算的某些不足。

三、洪水系列資料審查

水文資料是水文分析計(jì)算的依據(jù)，直接影響設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的精度和可靠性，是設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的基礎(chǔ)。此項(xiàng)工作包括對(duì)洪水資料可靠性、代表性和一致性的審查。

1.可靠性分析

由于天津院的復(fù)核成果在原始洪水系列資料審核考證中較為詳盡合理，本文在選取洪水系列資料時(shí)，以其為基礎(chǔ)，1990年以后的資料以密云水庫(kù)整編后的水文資料為準(zhǔn)，將系列延長(zhǎng)到2008年。因此本文所采用資料是可靠的。

2.一致性分析

在密云水庫(kù)徑流計(jì)算中，考慮到自2002年起白河堡水庫(kù)、遙橋峪水庫(kù)、半城子水庫(kù)每年均向密云水庫(kù)調(diào)水 8 000萬(wàn) m3左右，1991—2008年最大15天洪量期間，未經(jīng)過(guò)還原的水量比經(jīng)過(guò)還原的水量增加3%，且個(gè)別年份變化較大。因此，為保證洪水系列的一致性，本文在天津院資料的基礎(chǔ)上，將1991—2008年的洪量進(jìn)行了還原計(jì)算。

3.代表性分析

研究采用了1918—2008年長(zhǎng)達(dá)91年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料（見(jiàn)圖1），包括多個(gè)豐枯變化，并有可靠的歷史特大洪水資料，具備了良好的代表性要求。

以上表明，本文所選洪水系列具有良好的可靠性、一致性和代表性，根據(jù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算要求，可以由流量資料推求設(shè)計(jì)洪水。

四、歷史洪水考證

對(duì)于歷史洪峰的考證，從歷史文獻(xiàn)考證來(lái)看，1939年洪水居1368—2008年的第5位，重現(xiàn)期為128年；從洪水調(diào)查成果來(lái)看，1939年洪水居1867—2008年的首位，重現(xiàn)期為142年。最終將1939年洪峰的重現(xiàn)期定為128年。

對(duì)于歷史時(shí)段洪量的考證，認(rèn)為：1939年的洪峰比洪量更為稀遇，故從洪水調(diào)查期及實(shí)測(cè)期對(duì)1939年洪量的重現(xiàn)期作考證。從洪水調(diào)查成果來(lái)看，1939年洪水居1867年以來(lái)的首位，重現(xiàn)期為142年；從1918—2008年的實(shí)測(cè)洪水來(lái)看，1939年洪水居首位，重現(xiàn)期為91年。因此，本文將1939年洪量的重現(xiàn)期定為91年。

五、頻率分析

在密云水庫(kù)1918—1990年洪水中，對(duì)1939年洪水作特大值處理，其他年份洪水按不連序系列的分別處理法確定。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果點(diǎn)繪經(jīng)驗(yàn)頻率分布圖，并通過(guò)點(diǎn)群中心目估確定一光滑曲線。頻率曲線的線型采用皮爾遜Ⅲ型。

由于該流域自1368年以來(lái)，比較突出的大洪水年份 1470、1554、1668、1801年，年代久遠(yuǎn)，難于進(jìn)行定量計(jì)算，因此無(wú)法采用參數(shù)估算方法進(jìn)行定量的初值估算。適線法計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

六、設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

根據(jù)“可能和不利”的原則，研究中選用1949年為典型年，并進(jìn)行同頻率典型放大。放大后的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線根據(jù)水量平衡進(jìn)行修勻處理。圖2是處理后P為0.01%時(shí)的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。P為0.1%、P為1%和P為2%時(shí)的線型類似，放大比例不同。

表1 頻率分析成果表 （流量單位：m3/s，洪量單位：億m3）

表2 密云水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)比表 （洪峰單位：m3/s，洪量單位：億m3）

七、密云水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)比

由表2對(duì)比發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)洪水成果較天津院普遍減少10%以上，而較2002年清華研究結(jié)果略有減少，均在6%以下。因此，天津院的設(shè)計(jì)洪水成果不再適應(yīng)密云水庫(kù)的現(xiàn)狀，而清華大學(xué)2002年的復(fù)核成果依然可以繼續(xù)使用。

八、結(jié) 語(yǔ)

本文將洪水系列延長(zhǎng)至2008年，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算認(rèn)為密云水庫(kù)以上的跨流域引水影響漸為顯著。因此，為保證洪水系列的一致性，在天津院資料的基礎(chǔ)上，將1991—2008年的洪量進(jìn)行了還原。

通過(guò)洪水系列資料的可靠性、一致性和代表性審查，歷史洪水考證，頻率計(jì)算及洪水過(guò)程線的放大，得出設(shè)計(jì)洪水目前的復(fù)核成果。

通過(guò)成果對(duì)比得出，天津院的設(shè)計(jì)洪水成果不再適應(yīng)密云水庫(kù)的現(xiàn)狀，而清華大學(xué)2002年的設(shè)計(jì)洪水成果依然可以繼續(xù)使用，從而為密云水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算和大壩工程現(xiàn)狀抗洪能力評(píng)價(jià)提供了重要的基礎(chǔ)依據(jù)。

[1]北京市密云水庫(kù)管理處.密云水庫(kù)水文手冊(cè)[R].2000.

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Study on design flood reexam ination of theM iyun Reservoir

GaoHailing

TheMiyun Reservoir isa large reservoirwith comprehensiveutilization of flood prevention and thewater supply.Its design flood has been calculated and reexamined for several times.In order to find the design flood's newest dynamic changeand provide thebasisof flood calculationsand the dam project flood-fighting ability appraisal in presentsituation,based on past research results,the flood material series extension to 2008,and in the flood series'three characteristics verification,has carried on to1991-2008 yearmaterial the return tooriginalstate.Through thehistoricalcatastrophic flood research,the design flood frequency analysis computation and the design flood process line smoothing calculation,the presentMiyun Reservoirdesign flood reexamine resultsisachieved.

Miyun Reservoir；design flood；hydrology analysis

TV622+P33

B

1000-1123（2011）03-0055-03

2010-08-02

高海伶（1978—），女，工程師。

責(zé)任編輯 張瑜洪