龍洞水庫擴(kuò)建工程洪峰模數(shù)不協(xié)調(diào)原因分析

徐 潔，高運(yùn)法，孟慶峰

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002）

雨洪法是貴州省常用的一種設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法，根據(jù)集水面積及流域形狀系數(shù)的差異將1000 km2以下的小流域洪峰流量擬定5 個(gè)雨洪計(jì)算公式。根據(jù)設(shè)計(jì)流域上下游或鄰近水文測(cè)站的實(shí)測(cè)洪水成果，采用雨洪法確定其匯流系數(shù)r1 的分區(qū)及取值。龍洞水庫位于貴州省安順市關(guān)嶺縣新場(chǎng)村，壩址處集水面積為2.75 km2，采用雨洪法進(jìn)行洪水計(jì)算，計(jì)算得出，其P=1%洪峰模數(shù)為30.9 m3/ (s·km2)，而臨近流域已審批的工程P=1%洪峰模數(shù)在20m3/(s·km2)～25 m3/(s·km2)左右，如臨近青菜溝P=1%洪峰模數(shù)為21.7 m3/(s·km2)，已審批的關(guān)嶺縣壩陵河水庫P=1%洪峰模數(shù)為21.5 m3/(s·km2)。龍洞水庫洪峰模數(shù)較附近周邊工程相差較大，本文對(duì)其偏大的原因進(jìn)行綜合分析，擬找出其洪峰模數(shù)偏大的原因。

1 概況

龍洞水庫壩址位于關(guān)嶺縣頂云街道（原頂云鄉(xiāng)新場(chǎng)村）坪寨河上游納丙河段，壩址以上集水面積2.75 km2，其中明流區(qū)集水面積1.94 km2，伏流區(qū)集水面積0.81 km2，主河道長1.93 km，主河道坡降52‰。

龍洞水庫為已成水庫，水庫始建于1958 年，現(xiàn)水庫正常蓄水位1282 m，對(duì)應(yīng)庫容31.4 萬m3，死水位1276 m，死庫容4.52 萬m3，興利庫容26.88 萬m3，校核洪水位1283.7 m，總庫容43.8 萬m3。

龍洞水庫擬通過引入臨近青菜溝流域的洪水后進(jìn)行擴(kuò)建，擴(kuò)建后其正常蓄水位為1291.00 m，對(duì)應(yīng)庫容為128 萬m3，死水位1277.0 m，死庫容7.32 萬m3，興利庫容121 萬m3，校核洪水位1292.69 m，總庫容155 萬m3。龍洞水庫擴(kuò)建工程任務(wù)是解決關(guān)嶺縣城及周邊農(nóng)村人畜供水，同時(shí)解決附近2300 畝灌面的灌溉用水。

2 龍洞水庫壩址洪水計(jì)算

龍洞水庫所在的納丙河流域無水文測(cè)站和雨量站，設(shè)計(jì)流域距關(guān)嶺氣象站11 km，因此設(shè)計(jì)流域設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)可根據(jù)關(guān)嶺氣象站暴雨資料統(tǒng)計(jì)成果以及《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》相關(guān)等值線圖綜合確定。

龍洞水庫壩址以上集水面積2.75 km2，其中明流區(qū)集水面積1.94 km2，伏流區(qū)集水面積0.81 km2，伏流區(qū)集水面積占?jí)沃芬陨霞娣e的29.5%，占比較大，故采用兩種方法計(jì)算及洪水。

2.1 集水面積按全流域計(jì)算

龍洞水庫壩址以上全流域集水面積2.75 km2，主河道河長1.93km，主河道平均比降為52‰，流域形狀系數(shù)f=F/L2=0.738，流域幾何特征值θ=L/J1/3F1/4=4.02＜30。按《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》（修訂本）- 小匯水流域部分，本工程壩址以上集水面積1≤F＜10 km2，按“年最大1 小時(shí)降水量成峰、年最大24 小時(shí)降水成量”控制，洪峰流量計(jì)算公式為：

式中：Qp為設(shè)計(jì)頻率P 的洪峰流量，m3/s；r1為匯流系數(shù)，工程區(qū)為丘山主，中等或部分強(qiáng)巖溶，植被較差，?、?區(qū)，龍洞水庫壩址和青菜溝流域取均值0.335；f 為流域形狀系數(shù)，f=F/L2；J 為主河道坡降，m/m；F 為流域集水面積，km2；C 為洪峰徑流系數(shù)，0.883～0.844（0.2%～20%）；SP為設(shè)計(jì)頻率P 的最大1 h 設(shè)計(jì)雨力。

根據(jù)上述公式，經(jīng)計(jì)算，不同頻率設(shè)計(jì)洪水成果見表1。

表1 龍洞水庫壩址設(shè)計(jì)洪水成果表

2.2 明流區(qū)與伏流區(qū)疊加

2.2.1 明流區(qū)設(shè)計(jì)洪水

龍洞水庫明流區(qū)集水面積1.94 km2，主河道長1.93 km，根據(jù)上述“雨洪法”計(jì)算公式及相關(guān)參數(shù)，明流區(qū)不同頻率設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果見表2。

表2 明流區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果表

2.2.2 伏流區(qū)設(shè)計(jì)洪水

根據(jù)水利電力出版社的《水利水電設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)》，伏流暗河扣除損失后的凈雨匯集于河道，經(jīng)滯洪調(diào)蓄后由暗河進(jìn)入明流區(qū)，洪水過程將其概化為三角形，伏流區(qū)設(shè)計(jì)洪峰流量Q 根據(jù)下式計(jì)算：

式中：Q 為伏流區(qū)設(shè)計(jì)洪峰流量；C 為洪峰徑流系數(shù)；H24h為設(shè)計(jì)最大24 h/降雨量；A閉為伏流區(qū)集水面積；T 為洪水歷時(shí)。

經(jīng)調(diào)查，伏流區(qū)洪水滯蓄時(shí)間與降雨有關(guān)，暴雨時(shí)間越長，洪水滯蓄時(shí)間越長，但降雨量小時(shí)，一般不會(huì)滯蓄，發(fā)生大暴雨時(shí)，洪水滯蓄時(shí)間在7 h 左右，完全消退在2 h 左右，本次按0.3 天計(jì)算，伏流區(qū)洪峰流量洪水總量成果見表3。

表3 伏流區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果表

伏流區(qū)巖溶通道不到1 km，匯流時(shí)間短，洪水采用峰對(duì)峰疊加，疊加成果見表4。

表4 疊加法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水成果表

2.2.3 設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)比

對(duì)比上述兩種方法，以全流域產(chǎn)峰，匯流系數(shù)?、?區(qū)均值的設(shè)計(jì)洪水成果比明流區(qū)和伏流區(qū)疊加法計(jì)算成果略大，疊加法設(shè)計(jì)洪水成果比全流域產(chǎn)峰法小2.8%～6.18%，兩種方法計(jì)算成果相差較小，從安全角度考慮，龍洞水庫壩址洪水采用成果略大的全流域產(chǎn)峰法計(jì)算成果。

3 青菜溝引洪渠洪水計(jì)算

青菜溝為龍洞水庫西邊一條小河溝，河流發(fā)源于頂云鄉(xiāng)半路坡，河源高程1710 m，河流于半路坡自西向東流經(jīng)磚子巖，于營盤坡處轉(zhuǎn)為自北向南流，于胡家寨處流入地下暗流。青菜溝胡家寨伏流洞以上流域集水面積3.42 km2，主河道河長4.20 km，主河道平均坡降32.6‰。由于青菜溝伏流洞進(jìn)口處離龍洞水庫庫區(qū)較近（僅800 m 左右），其汛期來水量較大，而枯期又極度缺水，故考慮將青菜溝汛期洪水引入龍洞水庫，用以解決龍洞水庫周邊缺水問題。

青菜溝引洪渠集水面積為3.42 km2，主河道河長4.20 km，主河道平均比降為32.61‰，流域形狀系數(shù)f=F/L2=0.194，流域幾何特征值θ=L/J1/3F1/4=9.67＜30。洪水計(jì)算方法與龍洞水庫壩址相同，采用“雨洪法”計(jì)算，計(jì)算成果見表5。

表5 青菜溝引洪渠設(shè)計(jì)洪水成果表

4 洪峰模數(shù)不協(xié)調(diào)的原因分析

根據(jù)前述分析，龍洞水庫壩址、青菜溝引洪渠兩斷面洪水計(jì)算時(shí)采用的暴雨參數(shù)、匯流參數(shù)相同，而龍洞水庫壩址P=0.2%～20%洪峰模數(shù)在39.3 m3/ (s·km2)～15.1 m3/ (s·km2)之間，青菜溝引洪渠P=0.2%～20%洪峰模數(shù)在27.2 m3/ (s·km2)～10.7 m3/(s·km2)之間，兩斷面洪水模數(shù)相差較大。

按照貴州省常用的考慮流域參數(shù)影響因素，將龍洞水庫壩址斷面洪水考慮流域形狀系數(shù)修正、比降修正，分析流域參數(shù)對(duì)洪水模數(shù)的影響。針對(duì)壩址以上集水面積1 km2≤F＜10 km2的情況，考慮流域形狀系數(shù)修正、比降修正的公式如下：

式中：Q'龍為龍洞水庫考慮流域參數(shù)影響因素后各頻率洪水洪峰流量；f青為青菜溝斷面流域形狀系數(shù)，0.194；f龍為龍洞水庫壩址斷面流域形狀系數(shù)，0.738；f青為青菜溝斷面河道平均比降，32.61‰；f龍為龍洞水庫壩址斷面河道平均比降，52.0‰；Q龍p為龍洞水庫壩址斷面各頻率洪峰流量。

通過上述公式計(jì)算可知，將龍洞水庫壩址流域性狀系數(shù)、比降等參數(shù)修正到青菜溝引洪渠壩址斷面后，龍洞水庫壩址各頻率洪峰流量成果見表6。

表6 龍洞水庫考慮水庫壩址與青菜溝流域特征參數(shù)影響后的洪水成果表

按照上述考慮流域參數(shù)影響后的洪水成果，經(jīng)分析，其P=0.2%～20%洪峰模數(shù)在27.2 m3/(s·km2)～10.5 m3/(s·km2)之間，洪峰模數(shù)成果與青菜溝引洪渠斷面洪峰模數(shù)基本一致，也是符合區(qū)域洪峰模數(shù)分布規(guī)律的。

5 結(jié)論

影響洪峰模數(shù)大小的因素眾多，有氣象因素，包含水汽來源、暴雨分布、暴雨強(qiáng)度和暴雨歷時(shí)等，還有下墊面因素，包含地理位置、地形地貌、植被、土壤、流域河長、比降、流域形狀系數(shù)、河網(wǎng)密度及坡度、巖溶發(fā)育程度等。針對(duì)龍洞水庫與附近周邊工程洪峰模數(shù)差異較大的情況，本次考慮龍洞水庫流域特征參數(shù)修正后，其洪峰模數(shù)與周邊工程及區(qū)域洪峰模數(shù)是協(xié)調(diào)的。龍洞水庫壩址洪水模數(shù)較周邊區(qū)域偏大是由流域相關(guān)的特征參數(shù)相差較大造成，這也是與龍洞水庫自身壩址以上有兩大支流匯合而成的流域特點(diǎn)相吻合，認(rèn)為龍洞水庫計(jì)算的洪峰模數(shù)較周邊工程偏大是合理的。

由此可知，在用“雨洪法”進(jìn)行小流域洪水計(jì)算時(shí)，采用洪峰模數(shù)對(duì)洪水計(jì)算成果進(jìn)行合理性檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意考慮影響洪峰模數(shù)的各類因素，而不能一味直接套用，發(fā)現(xiàn)洪峰模數(shù)與周邊區(qū)域有所偏差就否定其成果，應(yīng)結(jié)合流域河長、比降、流域形狀系數(shù)等多方面進(jìn)行綜合分析。