普蘭店區(qū)紅旗水庫設(shè)計洪水復(fù)核

(鳳城市水利勘測設(shè)計院，遼寧 鳳城 118100)

紅旗水庫位于大連市普蘭店區(qū)星臺鎮(zhèn)元嶺村，碧流河支流吊橋河的中游，距小宋屯水文站9.0km。壩址以上集雨面積96.01km2，河道長度17.28km，河道平均比降6.18‰?？値烊?885.62萬m3，是一座集防洪、農(nóng)業(yè)灌溉、城鎮(zhèn)供水和綜合利用于一體的中型水庫。水庫樞紐工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級，工程抗震設(shè)防烈度為7度。壩址距城子坦街道9.6km，水庫主要保護下游耕地2.5萬畝，人口4.5萬，保護城鎮(zhèn)一座，工礦企業(yè)500家，一條6.6萬V高壓線路及鶴大高速、201國道、丹大快鐵等，地理位置十分重要。

紅旗水庫樞紐建筑物主要由大壩、輸水洞和溢洪道組成，始建于1968年10月，設(shè)計標準50年一遇，校核標準500年一遇；1969年8月樞紐工程基本竣工。在1974年10月對溢洪道加深1.3m、加寬6.0m；1975年6月完成。溢洪道閘門在1978年5月開始施工，1980年9月結(jié)束。多年運行中發(fā)現(xiàn)水庫防洪標準、大壩安全、溢洪道及輸水洞工程均存在一些問題。2001年進行了水庫的除險加固工作，防洪標準也調(diào)整為50年一遇洪水設(shè)計、1000年一遇洪水校核。為了解紅旗水庫大壩目前的安全性態(tài)，為工程運行安全和充分發(fā)揮效益提供科學(xué)依據(jù)，需要進行大壩安全鑒定。水庫調(diào)洪計算和大壩工程現(xiàn)狀抗洪能力評價是安全鑒定的重要工作之一，而設(shè)計洪水復(fù)核則為其提供了基礎(chǔ)依據(jù)[1]。

推求設(shè)計洪水的途徑和方法是隨著資料信息的積累、計算理論技術(shù)的提高、工程建設(shè)和運行經(jīng)驗的增加及人們對洪水規(guī)律認識的不斷深化而逐步發(fā)展和完善的。[1]當今，設(shè)計洪水計算主要有兩種方法：一是采用統(tǒng)計方法(頻率分析計算)推求設(shè)計洪水；二是從水文氣象成因途徑推求設(shè)計洪水[2]。統(tǒng)計方法由于原理清晰、資料相對容易收集、計算簡便而得到廣泛應(yīng)用。葉長青等分析了頻率曲線線型對設(shè)計流量分析的影響[3]。曲鳳垚等根據(jù)近期暴雨引發(fā)的超過歷史紀錄的洪峰流量結(jié)合歷史洪水進行洪峰、洪量頻率計算，來分析論證水文站洪水成果的合理性[4]。萬貴生將安陽站洪水系列插補延長，加上歷史洪水，采用P-Ⅲ型曲線計算，對安陽河流域防汛及防洪工程建設(shè)提供指導(dǎo)建議[5]。本文通過對臨近站洪峰、洪量頻率分析和采用無資料地區(qū)計算兩種方法對設(shè)計洪水復(fù)核計算。

1 水文基本資料

紅旗水庫壩址以上流域內(nèi)無洪峰流量水文觀測站和雨量觀測站資料，屬于無資料地區(qū)。

在碧流河上，距離紅旗水庫壩址9.0km處有小宋家屯水文站。小宋家屯水文站建站較早，控制流域面積2537km2，1950年為水位站，1958年改為水文站，該站于1994年撤銷。小宋家屯水文站資料由遼寧省水文總站(現(xiàn)遼寧省水文水資源勘測局)整編刊印，資料質(zhì)量較好。1973年進行碧流河水庫初步設(shè)計時對小宋家屯站1973年前水文資料進行了復(fù)核與審查；在玉石水庫可研設(shè)計階段，對小宋家屯站1988年前水文資料又進行了審查；2001年進行碧流河水庫大壩安全評價時，在既往資料審查的基礎(chǔ)上對小宋家屯站1993年前水文資料又進一步做了復(fù)查，未發(fā)現(xiàn)不合理現(xiàn)象。2013年進行碧流河水庫大壩安全鑒定時，在既有工作基礎(chǔ)上，將小宋家屯站資料系列插補延長至2012年。

吊橋河流域降水主要集中在夏、秋汛期6—9月，該時段內(nèi)降雨量占全年降水量的74.9%，主汛期7—8月降水量占全年的50.4%，年內(nèi)分配也不均勻。洪水主要由暴雨形成，河川基流、洪峰水量集中，洪峰水量的大小取決于暴雨的大小。洪水與暴雨存在著明顯的對應(yīng)關(guān)系，略緩于暴雨。

2001年，大連市水利建筑設(shè)計院對紅旗水庫進行了除險加固工程設(shè)計，對設(shè)計洪水采用遼寧省水文水資源勘測局1988年版《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》中的方法進行計算。成果如表1所列。

表1 紅旗水庫歷史設(shè)計洪水成果 單位：Q：m3/s；W：萬m3

2 設(shè)計洪水復(fù)核

本次設(shè)計洪水復(fù)核計算采用兩種方法：?水文比擬法，利用小宋家屯站資料計算；?利用《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》中的方法計算。

2.1 利用水文比擬法計算

2013年，進行碧流河水庫大壩安全鑒定時，在既有工作基礎(chǔ)上，將小宋家屯站資料系列插補延長至2012年。經(jīng)插補延長后小宋家屯站具有1950—2012年共63年洪水資料系列，據(jù)此進行洪峰、洪量的頻率分析計算。在洪峰流量頻率計算中，加入1879年歷史洪水(洪峰流量為7900m3/s)，偏于安全考慮，其重現(xiàn)期按100年考慮；洪量采用63年連續(xù)系列計算。經(jīng)P-Ⅲ型頻率曲線適線分析確定設(shè)計洪水參數(shù)，頻率曲線如圖1～圖2所示。

圖1 小宋家屯站洪峰流量頻率曲線

圖2 小宋家屯站三天洪量頻率曲線

紅旗水庫壩址不同頻率設(shè)計洪水采用小宋家屯站相應(yīng)頻率設(shè)計洪水成果，按面積比轉(zhuǎn)換，其中洪峰按面積比的2/3次方轉(zhuǎn)換，洪量按面積比轉(zhuǎn)換，計算的紅旗水庫設(shè)計洪水成果如表2所列。

表2 利用小宋家屯資料設(shè)計洪水成果 單位：Q：m3/s；W：萬m3

2.2 利用無資料地區(qū)計算方法計算

紅旗水庫壩址以上流域內(nèi)無洪峰流量水文觀測站和雨量觀測資料，屬無資料地區(qū)。中華人民共和國行業(yè)標準《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》(SL 44—2006)中4.1.3規(guī)定：各種歷時設(shè)計暴雨可采用經(jīng)過審批的暴雨統(tǒng)計參數(shù)等值線圖查得。依據(jù)《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》附圖查得，該流域?qū)龠|寧省水文分區(qū)Ⅳ區(qū)。取Cs=3.5Cv，計算結(jié)果如表3所列。

表3 無資料地區(qū)計算方法洪水計算成果 單位：Q：m3/s；W：萬m3

2.3 設(shè)計洪水采用成果

利用水文比擬法和利用無資料地區(qū)計算方法計算洪水成果對比結(jié)果如表4所列。

表4 紅旗水庫設(shè)計洪水成果對比 單位：Q：m3/s；W：萬m3

從表4中可以看出，本次復(fù)核采用無資料地區(qū)方法計算的設(shè)計洪水洪峰和洪量與2001年除險加固時完全相同，均比利用小宋家屯站資料計算的洪峰和洪量大。從安全角度考慮，設(shè)計洪水成果仍采用2001年除險加固時的成果。

3 設(shè)計洪水成果的合理性分析

將紅旗水庫與大連地區(qū)的碧流河水庫、英那河水庫、劉大水庫、松樹水庫、朱隈水庫、轉(zhuǎn)角樓水庫及松東水庫區(qū)間的設(shè)計洪水成果進行地區(qū)綜合分析，點繪各站洪峰、一日洪量、三日洪量Qp-F和Wp-F的關(guān)系圖，如圖3～圖5所示。

從圖3可以看出，各水庫百年一遇洪峰流量隨著水庫匯流面積的增大而增大，基本呈線性變化，紅旗水庫洪峰流量的設(shè)計值在Qp-F圖關(guān)系線上分布合理。

從圖4可以看出，各水庫百年一遇洪水一日洪量隨著水庫匯流面積的增大而增大，基本呈線性變化，紅旗水庫一日流量的設(shè)計值在W24p-F圖關(guān)系線上分布合理。

圖3 大連地區(qū)各水庫洪峰流量與流域面積相關(guān)圖(1%)

圖4 大連地區(qū)各水庫一日洪量與流域面積相關(guān)圖(1%)

圖5 大連地區(qū)各水庫三日洪量與流域面積相關(guān)圖(1%)

從圖5可以看出，各水庫百年一遇洪水三日洪量隨著水庫匯流面積的增大而增大，基本呈線性變化，紅旗水庫三日流量的設(shè)計值在W三p-F圖關(guān)系線上分布合理。

4 結(jié) 語

為了解紅旗水庫目前的安全性態(tài)，對紅旗水庫進行安全評價，需要對紅旗水庫的設(shè)計洪水進行復(fù)核。文中采用水文比擬法和無資料地區(qū)計算方法兩種方法分別對紅旗水庫設(shè)計洪水進行復(fù)核計算，通過與2001年除險加固時的計算結(jié)果進行對比分析，無資料地區(qū)的計算結(jié)果與2001年的設(shè)計成果相同，且比水文比擬法計算結(jié)果偏大。為了安全，選用2001年除險加固時的成果。通過對該成果進行地區(qū)性綜合檢查，證明紅旗水庫的設(shè)計洪峰、洪量合理、可靠。