楊莊水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水復(fù)核分析

陳 敏，李澤軍

（1.天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，天津 300204；2.天津市水文水資源勘測(cè)管理中心，天津 300061）

楊莊水庫(kù)位于天津市薊州區(qū)北部山區(qū)，屬?zèng)t河流域。泃河發(fā)源于河北省興隆縣大青山南側(cè)，由黃崖關(guān)入薊州境內(nèi)，向南流經(jīng)中營(yíng)、下營(yíng)至楊莊。楊莊水庫(kù)于2002年2月正式開工建設(shè)，2003年6月開始蓄水，壩址以上流域面積296 km2，總庫(kù)容2 700萬(wàn)m3。

楊莊水庫(kù)壩址處無水文站，下游1.8 km有羅莊子水文站，屬國(guó)家基本站。該站1974年6月由下游6 km處的泥河水文站上遷，建立羅莊子水文站。泥河水文站于1956年6月設(shè)立，觀測(cè)年限為1956年6月至1974年6月，羅莊子水文站從1974年7月開始設(shè)站觀測(cè)至今。

楊莊水庫(kù)上游設(shè)有雨量站4處，分別為茅山、水廠、黃崖關(guān)及下營(yíng)，下營(yíng)雨量站位于天津市薊州境內(nèi)，設(shè)立年份為1953年。

由于楊莊水庫(kù)壩址處無水文站，無法用水量平衡法反推入庫(kù)洪水。水庫(kù)上游的下營(yíng)雨量站，為國(guó)家基本雨量站，且觀測(cè)年份較長(zhǎng)，因此考慮采用降雨資料，建立建庫(kù)前下營(yíng)站降雨與壩址洪水的相關(guān)關(guān)系，推求歷年洪水，并依據(jù)水庫(kù)較近的雨量站降雨資料插補(bǔ)入庫(kù)洪水，對(duì)楊莊水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行復(fù)核。

1 洪水系列復(fù)核

本工程原設(shè)計(jì)洪水系列采用泥河、羅莊子水文站實(shí)測(cè)1956—2000年系列，并采用水文比擬法推求設(shè)計(jì)壩址年最大洪峰流量系列。

根據(jù)《1841—1970年海河流域水文特征資料》刊印的歷史洪水調(diào)查表，查得泥河水文站5項(xiàng)特大洪水，其中屬于調(diào)查考證的歷史洪水有3次，即1890、1894、1919年，其洪峰流量分別為 2 510、3 280、2 140 m3/s；實(shí)測(cè)期內(nèi)（1956—2000年）特大洪水有2次，即1958、1962年，其洪峰流量分別為1 820、1 750 m3/s。

根據(jù)《天津市水利志》卷一《薊縣水利志》刊載的水災(zāi)災(zāi)情表對(duì)1855—1974年水災(zāi)災(zāi)情描述，經(jīng)調(diào)查考證的3次歷史洪水確實(shí)是百余年來最大的3次洪水。根據(jù)歷年《海河流域水文資料》的洪水要素摘錄表，調(diào)查得到泥河水文站1985、1962年的洪峰流量分別為1 820、1 750 m3/s。

羅莊子、泥河水文站為國(guó)家基本水文站，資料詳實(shí)可靠，經(jīng)復(fù)核調(diào)查記錄成果較可靠。

2 洪水系列延長(zhǎng)

原壩址洪水依據(jù)羅莊子水文站洪水成果推算，洪水發(fā)生時(shí)間按羅莊子水文站統(tǒng)計(jì)，羅莊子水文站位于下營(yíng)雨量站下游，因此洪水發(fā)生時(shí)間較降雨發(fā)生時(shí)間滯后。

下營(yíng)雨量站最大24 h雨量P24h與年最大3 d雨量P3d發(fā)生時(shí)間基本一致，大多數(shù)年份發(fā)生在7月下旬至8月上旬，與羅莊子水文站年最大洪水的發(fā)生時(shí)間基本一致，尤其是大洪水年份一致性更好。1960—2000年下營(yíng)雨量站年最大24 h雨量P24h與羅莊子最大洪水發(fā)生時(shí)間一致的年份共有25 a，占61%；年最大3 d雨量P3d與最大洪水發(fā)生時(shí)間一致的年份共有23 a，占56%。因此，采用年最大P24h雨量與洪峰流量Qm和最大P3d雨量與W3d洪量建立相關(guān)關(guān)系，推算回歸方程，如圖1—2所示。

從圖1—2可以看出，點(diǎn)距均勻分布在回歸線的兩側(cè)，降雨與洪水的相關(guān)性較好。這是由于楊莊水庫(kù)流域面積較小，且下營(yíng)雨量站距離楊莊水庫(kù)較近，降雨與水庫(kù)壩址洪峰同頻率。根據(jù)回歸方程，可以延長(zhǎng)楊莊水庫(kù)2000—2017年洪水系列。

圖1 年最大P24h雨量與洪峰流量Qm相關(guān)分析

圖2 年最大P3d雨量與W3d洪量相關(guān)分析

3 系列代表性分析

經(jīng)過本次延長(zhǎng)，楊莊水庫(kù)共計(jì)有1956—2017年的62 a系列，同時(shí)還有1890、1894、1919年3 a歷史洪水，其長(zhǎng)度已能滿足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)洪水計(jì)算的要求。統(tǒng)計(jì)計(jì)算不同系列的洪峰、洪量的算術(shù)平均值，結(jié)果詳見表1。

表1 不同系列洪峰、洪量算術(shù)平均值對(duì)比

從表1可以看出，延長(zhǎng)后的1890—2017年系列與建庫(kù)前的1890—2000年系列的均值較為接近，Qm、W3d相對(duì)差分別下降7.4%、10.5%；延長(zhǎng)的2001—2017年系列較建庫(kù)前的1890—2000年系列相對(duì)差減少很多，Qm、W3d相對(duì)差分別下降58.2%、61.7%。延長(zhǎng)后系列均值降低是由于延長(zhǎng)的2001—2017年系列均值降低較大的緣故。

由于建庫(kù)前系列已經(jīng)包含20世紀(jì)50—60年代的豐水系列、70—80年代的平水系列以及90年代的枯水系列，由此可見建庫(kù)前系列具有較好的代表性。

4 洪水分析計(jì)算

根據(jù)延長(zhǎng)后的1890—2017年系列，采用P—Ⅲ型頻率曲線進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果詳見表2。本次成果較初步設(shè)計(jì)成果有所降低，其中洪峰流量降低較少，均值降低，Cv值增加，稀遇洪水基本不變化，降低幅度由高標(biāo)準(zhǔn)向低標(biāo)準(zhǔn)增高；最大3 d洪量變化規(guī)律與洪峰流量的變化規(guī)律一致。

表2 楊莊水庫(kù)壩址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果

5 成果的合理性分析

將本次設(shè)計(jì)洪水的變化規(guī)律與《永定河系防洪規(guī)劃》（2008年）中的官?gòu)d山峽站的設(shè)計(jì)洪水的變化規(guī)律進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，官?gòu)d水庫(kù)山峽站設(shè)計(jì)洪水2008年成果系列為1925—1937、1939、1941—1944、1949—1997年共67 a，加入歷史洪水1801、1893年后組成69 a，設(shè)計(jì)洪水成果較1984年成果洪峰、洪量均值均減少，但CV值增加，洪水設(shè)計(jì)值有所降低，稀遇洪水相差不大，常遇洪水減少較多。其原因是由于系列1980年延長(zhǎng)至1997年造成的，該段大多數(shù)年份屬于枯水年。官?gòu)d山峽站2008年成果與1984年成果比較，詳見表3。

表3 官?gòu)d水庫(kù)山峽站2008年成果與1984年成果比較%

本次楊莊水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果與原成果相差幅度和官?gòu)d水庫(kù)系列延長(zhǎng)后的成果基本一致，符合地區(qū)洪水變化的一般規(guī)律，因此本次洪水復(fù)核成果是合理的。