二道坎水庫年徑流及設(shè)計洪水分析實例

趙 丹，董麗娜

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

在《二道坎水庫氣象水文資料整理分析》一文中，已對霍龍門多年平均徑流年內(nèi)分配作了分析，并對借用鄰近流域黑河站1892～2007年長系列降水資料進行系列代表性分析，得到和霍龍門1958～2007年短系列K值進行比較。之后本文主要對霍龍門單站設(shè)計年徑流、壩址設(shè)計年徑流及設(shè)計洪水進行實例剖析。

1 單站年徑流

根據(jù)霍龍門站1958～2007年50 a實測徑流連續(xù)系列，采用P—Ⅲ型理論頻率曲線，按矩法初估均值和Cv值，取Cs=2.0Cv，以中、下部的年徑流經(jīng)驗點據(jù)與理論頻率曲線配合較好為原則，適線確定霍龍門站的年徑流統(tǒng)計參數(shù)和設(shè)計值，成果見表1。

表1 霍龍門站設(shè)計年徑流成果表

2 壩址設(shè)計年徑流

霍龍門站集水面積2 151 km2，水庫壩址控制流域面積為1 896 km2，占水文站集水面積的88.1%。計算霍龍門水文站和水庫的面雨量，其值分別為490.2 mm和488.0 mm，面雨量相差不大，因此壩址徑流不進行降雨量修正。本次利用霍龍門站徑流系列按面積比推求壩址的徑流系列。壩址年徑流可按下式計算:

式中:Q壩、Q站分別為壩址和水文站年徑流，104m3;F壩、F站分別為壩址和水文站的集水面積，km2。

壩址的徑流量系列按霍龍門站歷年逐月年內(nèi)分配比計算，設(shè)計成果見表2。

表2 二道坎水庫設(shè)計年徑流成果表

3 洪水

3.1 暴雨洪水特性

二道坎水庫所在的泥鰍河流域地處中高緯度，屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。暴雨出現(xiàn)的時間主要集中在6～9月，持續(xù)時間一般為1 d，最長可達2～3 d。泥鰍河流域洪水按成因可分為春汛和夏汛兩個汛期，春汛以融雪為主，一般發(fā)生在4～5月，洪水過程陡漲陡落。夏汛洪水一般發(fā)生在6～9月，主要由暴雨形成。夏汛洪水峰型比較復(fù)雜，大洪水以單峰為主，洪水過程起漲段一般在1 d左右，落水段較長，洪量過程多集中在3 d之內(nèi)，一次洪水歷時約7 d左右。

3.2 設(shè)計洪水

3.2.1 單站設(shè)計洪水

泥鰍河的霍龍門站及其干流門魯河流域均沒有歷史洪水調(diào)查資料，設(shè)計洪水計算采用霍龍門站1958～2007年50 a連續(xù)洪峰、洪量系列進行頻率分析，采用P—Ⅲ型理論頻率曲線，用矩法初估均值和Cv值，取Cs=2.25Cv，盡量照顧點群中心，以上部大、中洪水經(jīng)驗點據(jù)與理論頻率曲線配合較好為原則，適線確定洪水參數(shù)及設(shè)計值，成果見表3。

表3 霍龍門站設(shè)計洪水成果表

3.2.2 壩址設(shè)計洪水

利用霍龍門站設(shè)計洪水成果按面積比指數(shù)關(guān)系分別推求壩址的設(shè)計洪水，計算公式如下:

式中:Wm壩為壩址洪峰和 1、3、7 d洪量，m3/s、108m3;Wm霍為霍龍門站洪峰和 1、3、7 d洪量，m3/s、108m3;F壩為壩址控制面積，km2;F霍為霍龍門站控制面積，km2;n為面積指數(shù)，洪峰和1 d、3 d、7 d洪量分別為 0.67、0.83、0.85、0.87。二道坎水庫壩址的設(shè)計洪水成果見表4。

表4 二道坎水庫設(shè)計洪水成果表

3.2.3 設(shè)計洪水合理性分析

在方格紙上繪制均值和Cv與歷時的關(guān)系，見圖1，曲線光滑無突變，統(tǒng)計參數(shù)與歷時關(guān)系協(xié)調(diào)，符合一般規(guī)律。從頻率曲線圖和設(shè)計洪水成果表中可以看出，不同歷時洪量的設(shè)計值互不交叉，并保持合理的差值。

圖1 洪水參數(shù)與時段關(guān)系圖

3.2.4 設(shè)計洪水過程線

將霍龍門站典型洪水過程線反演到二道坎水庫壩址斷面處作為典型洪水過程，根據(jù)壩址控制斷面的設(shè)計值，采用分時段同頻率控制放大法，推求水庫壩址的設(shè)計洪水過程線，時段長取△t=3 h。通過對大水年典型洪水過程分析，最大24 h洪量與最大1 d洪量的關(guān)系平均為1.12，即 W24h=1.12W1d。壩址設(shè)計洪水過程線見圖2、圖3。

圖2 二道坎水庫壩址設(shè)計洪水過程線(1985年典型)

圖3 二道坎水庫壩址設(shè)計洪水過程線(1972年典型)

4 泥沙

二道坎水庫入庫泥沙主要來源于流域內(nèi)土壤侵蝕和河道來沙，以懸移質(zhì)泥沙為主，推移質(zhì)較少。查1996年版《黑龍江省水文圖集》得二道坎水庫壩址處的平均懸移質(zhì)年輸沙模數(shù)為4.3 t/km2·a，考慮輸沙模數(shù)有逐年增大的趨勢，按1.5的系數(shù)修正。推移質(zhì)輸沙量按懸移質(zhì)輸沙量的15%估算，總輸沙量為14 064 t/a。

5 水庫蒸發(fā)增損

蒸發(fā)損失深度為水面蒸發(fā)與陸面蒸發(fā)的差值。利用霍龍門站實測降水、蒸發(fā)資料及水庫多年平均徑流深計算水庫損失深度，公式如下:

式中:ΔE為水庫蒸發(fā)滲漏損失，mm;E水為多年平均水面蒸發(fā)量，mm;R為多年平均徑流深，mm;P為多年平均降水量，mm。經(jīng)計算，多年平均水面蒸發(fā)量為559.4 mm。多年平均降水量根據(jù)霍龍門站1960～2007年連續(xù)系列統(tǒng)計，為505.6 mm;多年平均徑流深根據(jù)本次分析成果，為153.53 mm。計算水庫多年平均蒸發(fā)損失深度為207.4 mm。蒸發(fā)損失的年內(nèi)分配按多年平均水面蒸發(fā)量的年內(nèi)分配比計算。見表5。

表5 二道坎水庫多年平均蒸發(fā)蒸損深度年內(nèi)分配表 mm

6 冰情

根據(jù)泥鰍河霍龍門水文站實測資料統(tǒng)計，霍龍門站多年平均開河日期為4月18日，封凍日期10月29日，多年平均封凍天數(shù)166 d，多年平均最大冰厚1.11 m。

7 結(jié)論及建議

二道坎水庫建設(shè)任務(wù)是以供水為主，為嫩江縣多寶山礦業(yè)經(jīng)濟區(qū)提供工業(yè)生產(chǎn)以及生活用水。經(jīng)過系統(tǒng)的分析與評測，確定建設(shè)二道坎水庫在水文水資源方面沒有制約因素。由于泥鰍河為山區(qū)性河流，流域內(nèi)絕大部分為山區(qū)，洪水來勢急，峰型比較復(fù)雜，單峰、雙峰及多峰都有出現(xiàn)，洪水預(yù)見期短，給水庫的優(yōu)化調(diào)度帶來較大困難。因此，為了及時準確地掌握水庫的雨情和水情，建議設(shè)立水情自動測報系統(tǒng)，從而為水庫調(diào)度提供可靠、必要的依據(jù)。水情自動測報系統(tǒng)建成后，能準確、實時地采集、傳遞各遙測站的雨情和水情資料，經(jīng)計算機處理后做出調(diào)度方案，將能提高水庫管理，實現(xiàn)水庫的優(yōu)化調(diào)度。

［1］黑龍江省水利廳.黑龍江省水文圖集［M］.哈爾濱:黑龍江省水利廳，1996.

［2］黑龍江省水文總站.黑龍江省歷史大洪水調(diào)查資料［M］.哈爾濱:黑龍江省水文總站，1980.

［3］哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑河市政府.黑河市多寶山礦業(yè)經(jīng)濟區(qū)中心城區(qū)總體規(guī)劃［R］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑河:黑河市政府，2006.