廉江市木嶺水閘設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

馬妍博，袁明道，徐云乾，夏 甜，黃智敏

(廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635)

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廉江市木嶺水閘設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

馬妍博，袁明道，徐云乾，夏 甜，黃智敏

(廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635)

以廉江市木嶺水閘為例，對(duì)防洪安全評(píng)價(jià)工作的核心內(nèi)容—設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算；因地制宜地將流量資料推求洪水和暴雨資料推求洪水兩種基本方法得以合理運(yùn)用，為工程防洪安全評(píng)價(jià)提供依據(jù)，也為類似工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算提供參考和借鑒。

設(shè)計(jì)洪水；流量資料；暴雨資料

水文計(jì)算在水利工程的安全鑒定[1]中起到不可或缺的作用，防洪安全評(píng)價(jià)等級(jí)的確定直接影響到對(duì)工程安全類別的劃定。設(shè)計(jì)洪水計(jì)算作為防洪安全評(píng)價(jià)工作的核心內(nèi)容，如何因地制宜地選取合理的計(jì)算方法和計(jì)算成果是本文探討的主題。

本文以廉江市木嶺水閘為例，對(duì)防洪安全評(píng)價(jià)工作的核心內(nèi)容—設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算，因地制宜地將流量資料推求洪水[2]和暴雨資料推求洪水[3]兩種基本方法得以合理運(yùn)用。其中，多次應(yīng)用頻率分析[4]、水文比擬法[5]、推理公式法[6]、綜合單位線法[7]、洪水疊加[8]、水庫(kù)削峰[9]等基本手段，確保了成果的準(zhǔn)確性和合理性。

1 工程概況

廉江市木嶺水閘位于九洲江中游，是一宗綜合運(yùn)用的大(2)型水閘，主要解決石嶺、吉水兩鎮(zhèn)0.15萬hm2農(nóng)田的灌溉需水，并承擔(dān)部分通航、供給淡水以及發(fā)電作用。該水閘始建于1973年，1991—1992年進(jìn)行過除險(xiǎn)加固。

木嶺水閘控制集水面積為1 894.5 km2，上游建有大(1)型水庫(kù)—鶴地水庫(kù)(集雨面積為1 495 km2)和兩座中型水庫(kù)—武陵水庫(kù)(集雨面積為135 km2)和江頭水庫(kù)(集雨面積為17 km2)，區(qū)間集雨面積為247.5 km2，水系分布見圖1。

圖1 流域水系分布示意

2 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—2014)及《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2000)規(guī)定，按“攔河水閘工程分等指標(biāo)”進(jìn)行劃分，木嶺水閘屬于Ⅱ等大(2)型工程，主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用30年一遇設(shè)計(jì)，100年一遇校核。

3 水文站點(diǎn)分布

九洲江流域內(nèi)建有3個(gè)水文站和1個(gè)水庫(kù)站，分布情況見表1。其中，缸瓦窯水文站位于木嶺水閘下游21 km處，是九洲江流域的控制站，也是本次計(jì)算的主要依據(jù)站。該站集雨面積為3 086 km2，占全流域面積的92.5%，建站于1955年，1962年4月撤銷，1969年4月恢復(fù)觀測(cè)至今。

4 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)工程所屬流域范圍內(nèi)水文站點(diǎn)及水利工程的分布情況，木嶺水閘設(shè)計(jì)洪水采用下面3種方法進(jìn)行推求。

表1 九洲江流域內(nèi)水文站點(diǎn)分布情況

4.1 水文比擬法

4.1.1 缸瓦窯實(shí)測(cè)系列頻率計(jì)算[4]

根據(jù)缸瓦窯站實(shí)測(cè)的鶴地水庫(kù)建庫(kù)后的44 a(1970—2013年)洪峰流量資料(見表2)，頻率計(jì)算成果見表3和圖2～4。

表2 計(jì)算采用的資料系列

表3 缸瓦窯水文站各頻率設(shè)計(jì)洪峰流量

圖2 最大洪峰流量頻率計(jì)算成果

圖3 最大24 h洪量頻率計(jì)算成果

圖4 最大72 h洪量頻率計(jì)算成果

4.1.2 水文比擬法[5]

木嶺水閘閘址以上集雨面積為1 894.5 km2，占缸瓦窯水文站集雨面積的61.39%，本工程設(shè)計(jì)洪峰流量可按照水文比擬法進(jìn)行推求。

Q設(shè)=(F設(shè)/F參)nQ參

(1)式中Q設(shè)、Q參為設(shè)計(jì)站與參證站的洪峰流量，m3/s；F設(shè)、F參為設(shè)計(jì)站與參證站的集雨面積，km2；n為面積比搬家指數(shù)，一般洪峰取0.5～0.7，本工程所在流域?yàn)榫胖藿饔?，閘址以上建有一座大型水庫(kù)和兩座中型水庫(kù)，考慮到水庫(kù)調(diào)蓄作用對(duì)中下游流域洪峰流量的影響，同時(shí)依據(jù)廣東省水文局對(duì)九洲江流域通過大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析得到的面積比搬家指數(shù)成果，本次復(fù)核計(jì)算n取0.5。

經(jīng)推算，木嶺水閘閘址處各頻率設(shè)計(jì)洪水成果見表4。

表4 木嶺水閘閘址處各頻率設(shè)計(jì)洪水成果

4.2 不同洪水組成疊加計(jì)算

木嶺水閘閘址洪水主要由上游已建的各水庫(kù)(鶴地水庫(kù)、武陵水庫(kù)、江頭水庫(kù))不同頻率的的下泄洪水與木嶺水閘區(qū)間洪水組成，從安全考慮，取洪峰遭遇的不利組合進(jìn)行洪水疊加[8]計(jì)算，其中鶴地水庫(kù)下泄洪水采用鶴地水庫(kù)竣工驗(yàn)收技術(shù)鑒定最新計(jì)算成果[10]，資料選用鶴地水庫(kù)站1958—2013年洪峰洪量系列，江頭水庫(kù)和武陵水庫(kù)下泄洪水采用本次調(diào)洪演算成果，入庫(kù)洪水采用常規(guī)的暴雨推求洪水的計(jì)算方法—推理公式法[6]和綜合單位線法[7]推求。最終推求閘址設(shè)計(jì)洪水成果見表5。

表5 木嶺水閘閘址設(shè)計(jì)洪水成果

根據(jù)表5知，30年一遇設(shè)計(jì)洪水條件下，木嶺水閘閘址設(shè)計(jì)洪峰流量為3 378 m3/s；100年一遇校核洪水條件下，閘址洪峰流量為4 144 m3/s。

4.3 考慮鶴地水庫(kù)削峰作用

鶴地水庫(kù)壩址以上集雨面積為1 485 km2，占工程閘址以上集雨面積的78.38%。將鶴地水庫(kù)入庫(kù)洪水按照水文比擬法(同前)推求出木嶺水閘閘址處各頻率下的天然洪水(見表6)，再考慮區(qū)間洪水傳播時(shí)間[11]以及鶴地水庫(kù)的調(diào)蓄作用對(duì)其進(jìn)行削峰[9]修正，本次擬采用兩種方案(方案一：消減對(duì)應(yīng)的洪峰流量值；方案二：消減洪峰流量出現(xiàn)時(shí)間相鄰4 h內(nèi)的流量最小值)，從而求得閘址設(shè)計(jì)洪水，成果見表7。

表6 木嶺水閘閘址處各頻率設(shè)計(jì)洪水成果(天然狀態(tài))

表7 木嶺水閘閘址處設(shè)計(jì)洪水成果

4.4 設(shè)計(jì)洪水成果合理性分析

4.4.1 歷次成果對(duì)比分析

本次計(jì)算(見表8)將缸瓦窯水文站和鶴地水庫(kù)站實(shí)測(cè)洪峰洪量系列延長(zhǎng)至2013年，資料序列更具有代表性，且求得的設(shè)計(jì)洪水與《廉江縣木嶺水閘除險(xiǎn)加固工程技術(shù)設(shè)計(jì)書》(湛江市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室，1991年7月)的成果相對(duì)誤差較小，100年一遇相差僅為3.5%～4%，故說明成果合理可靠。

表8 1991年與本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算對(duì)比

4.4.2 流域內(nèi)上、下游對(duì)比分析

主要從洪峰流量、洪峰模數(shù)在流域內(nèi)上下游的分布特點(diǎn)以及資料的三性審查等方法，對(duì)各方法設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果進(jìn)行對(duì)比分析，見表9。

表9 木嶺水閘閘址處設(shè)計(jì)洪水計(jì)算對(duì)比

1) 流域洪峰流量分布特點(diǎn)

根據(jù)前面所述各種方法計(jì)算成果(見表10)發(fā)現(xiàn)，100年一遇洪水條件下，方法二(考慮不同洪水組成洪水疊加計(jì)算)得到的閘址洪峰流量為4 144m3/s；方法一(根據(jù)缸瓦窯水文站1970—2013年實(shí)測(cè)系列經(jīng)頻率計(jì)算)得到缸瓦窯水文站100年一遇洪水條件下洪峰流量?jī)H為3 799m3/s。也就是說，閘址以上控制集雨面積僅為缸瓦窯水文站的61.39%，而洪峰流量卻達(dá)到了缸瓦窯水文站的109%，很顯然是不符合同流域洪水一般規(guī)律。

表10 流域各控制斷面洪峰流量分布對(duì)比

2) 洪峰模數(shù)[12]對(duì)比

結(jié)合方法二的計(jì)算成果對(duì)上、下游洪峰模數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，100年一遇校核洪水條件下，鶴地水庫(kù)洪峰模數(shù)為3.18，而鶴地水庫(kù)—木嶺水閘區(qū)間洪峰模數(shù)則達(dá)到6.84，不符合其分布規(guī)律(見表11)。

表11 洪峰模數(shù)對(duì)比

綜合表10～11，無論是從洪峰流量分布還是洪峰模數(shù)對(duì)比，均可判定方法二計(jì)算成果不合理。

3) 資料代表性、一致性

方法一和方法三計(jì)算成果雖然基本接近，考慮到方法一采用缸瓦窯水文站1970—2013年實(shí)測(cè)流量資料進(jìn)行計(jì)算，資料系列長(zhǎng)度滿足要求，能夠真實(shí)反映該流域洪水特性；同時(shí)，實(shí)測(cè)資料均為鶴地水庫(kù)、長(zhǎng)青水庫(kù)建成后統(tǒng)計(jì)序列，滿足資料一致性要求；確定本次設(shè)計(jì)洪水采用方法一所得成果：即30年一遇設(shè)計(jì)洪水條件下，木嶺水閘閘址處設(shè)計(jì)洪峰流量為2 355 m3/s；100年一遇校核洪水條件下，洪峰流量為2 978 m3/s。

5 結(jié)語

本文結(jié)合木嶺水閘現(xiàn)有資料條件，運(yùn)用頻率分析、水文比擬法、推理公式法、綜合單位線法、洪水疊加、水庫(kù)削峰等基本手段和概念，因地制宜地將流量資料推求洪水和暴雨資料推求洪水兩種基本方法得以合理運(yùn)用。不僅為工程防洪安全評(píng)價(jià)提供依據(jù)，也為類似工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法選取提供參考和借鑒。

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(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Design Flood Calculation Method of of Muling Sluice in Lianjiang

MA Yanbo， YUAN Mingdao， XU Yunqian， XIA Tian， HUANG Zhimin

(Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510635, China)

Design flood is the most important work in safety appraisal of reservior. So the discussion on calculation methods of design flood is made through an exhaustive analysis of Muling Sluice in Lianjiang. According to the previous date condition, two basic methods of design flood calculation are used properly, such as flow data and rainstorm data. The purpose of this research is to provide evidence for safety assessment and provide areference value for other similar projects.

design flood; flow data；rainstorm data

2016-06-23;

2016-09-22

馬妍博(1989)，女，碩士，助理工程師，主要從事水文分析計(jì)算工作。

TV122+.3

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1008-0112(2016)010-0013-04