玉皇庙水库设计洪水合理性分析

2010-12-08赵祺，许静，于丹

黄河水利职业技术学院学报 2010年4期

赵祺，许静，于丹

（1.吉林省水文水资源局长春分局，吉林长春 130022；2.吉林省水文水资源局四平分局，吉林长春 130022；3.吉林省城市供水有限公司，吉林长春 130022）

1 玉皇庙水库概况

玉皇庙水库位于松花江流域拉林河下游左侧的一级支流卡岔河右侧支流二道河上游河段，建于1958 年，是一座以防洪灌溉为主的中型水库，总库容5 890 万m3，兴利库容2 500 万m3。水库坝址坐落在榆树市十四户乡东岗屯西北1.5 km 处，其地理位置为东经126°53′，北纬44°42′。水库流域地处北半球中纬度地带，为温带大陆性气候。根据榆树市气象站资料统计，本区多年平均气温为4.2℃，极端最高气温35.8℃，极端最低气温-39.0℃；多年平均降水量600.1 mm，其中6～9 月降水量446.5 mm，占全年降水量的74.4%。受夏季高温多雨气候影响，库区暴雨多形成洪水。

2 设计洪水复核

2.1 基本资料

该水库1972～2002 年有水文观测资料，但仅1972～1976、1980 年有还原计算的洪峰流量资料，1981～1988 年、1992～2002 年有还原计算的洪峰流量、洪量资料。本次用最大一日雨量与洪峰流量和洪量相关，插补1972～1976、1980 年的洪量和1989～1991 年的洪峰流量Qm、洪量（1d 最大洪量W24h，3d 最大洪量W3d），共28 年洪水序列（1977～1979 年无观测暴雨资料，未予插补），插补相关系数均在0.8 以上，结果如表1 所示。与计算相关的资料还有《吉林省暴雨图集》（1989 年版）、现省内应用的暴雨统计参数、《吉林省暴雨径流查算图表》成果和《吉林省洪水调查》等资料。

表1 玉皇庙水库洪水系列成果表Table 1 Flood series results of Yuhuang temple reservoir

2.1.1 频率计算法

作为水文计算功能的一部分，水文频率计算是求算设计洪水的基础。它具有经验频率计算、统计参数及其误差估算、理论频率计算、曲线图形绘制、动态适线调整和自动书写计算单等功能[1]。

用水库观测资料还原的洪水序列作频率计算，经洪水的场次区域分析，确认本次洪水属变性台风雨造成的一场大面积洪水。榆树县有关文献亦记载了1956 年松花江、拉林河、二三道河子、卡岔河发生的大洪水。根据《吉林省洪水调查资料》,这场洪水的洪峰流量为391 m3/s，重现期为100 年一遇。

洪峰流量和洪量均采用不连序系列计算，计算公式为

洪峰流量N=100，n=28，a=2 （1956 年的洪峰流量Qm=391m3/s），l=1（2002 年洪峰流量Qm=243m3/s）。

1d、3d 洪量N=100，n=28，a=1（1956 年）。

经验频率计算公式为

采用P-Ⅲ型曲线。

2.1.2 由暴雨推求洪水

用暴雨资料计算小面积洪水的方法推求设计洪水。

（1）设计暴雨径流计算。在实际工作中,小流域暴雨径流计算公式的选择及其参数的取值直接影响计算成果,因此，计算结果是否符合实际情况，必须加以验证才能判定, 而验证方法是否切实可行是关键[2]。设计暴雨统计参数从《吉林省暴雨图集》等值线查得。因水库地处拉林河下游、榆树市东南，本区域及其周边无综合的（P+Pa）～R 产流参数，设计净雨采用《吉林省暴雨径流查算图表》产流参数成果第Ⅳ1 区拉林河下游径流系数计算。计算结果如表2所示。

表2 玉皇庙水库设计暴雨径流计算成果表Table 2 Design rainstorm runoff calculation results of Yuhuang temple reservoir

（2）设计洪峰流量计算。设计洪峰流量计算采用罗氏法，其基本公式为

式中：α 为径流系数；β 为暴雨不均匀系数；i 为暴雨强度，mm/min；F 为流域面积，km2。

2.1.3 用地区综合法推求洪水

水文测站一般分布在控制面积较大的河流上，因此，在实际工作中，常常会遇到小河流(特别是10 km2以下)设计洪水计算无径流资料问题。而采用地区综合经验公式比法较适合无资料地区小河流设计洪水计算，且具有资料可靠性、地区实用性、可操作性强等优点[3]。根据拉林河流域各水文站洪水和有关水库的设计洪水参数，用双对数格纸点绘地区综合图：Qm~F、W1~F、W3~F 和CvQm～F、CvW1～F、CvW3～F 综合经验公式，求得水库的洪水参数，计算各频率的设计洪水。

2.2 设计洪水过程线

关于设计洪水过程线的拟定，现在通行的有两种方法:即同频率放大法和同倍比放大法[4]。选择水库观测还原较好、峰洪量较大的2002 年8 月1 日8时～4 日7 时洪水过程作典型过程线，以洪峰流量和一、三日洪量控制同频率放大法，计算水库的设计洪水过程线，时段为1h，如图1 所示。

3 计算成果合理性分析

以上3 种方法的计算成果，频率计算法计算的设计洪水值偏小，地区综合法和罗氏法、径流系数法较接近。经综合分析，采用罗氏法、径流系数法计算成果较为合理。

图1 玉皇庙水库设计洪水过程线Fig.1 Flood hydrograph of Yuhuang temple reservoir

3.1 频率计算法成果分析

频率计算法的设计洪水值偏小，主要有2 个原因：（1）还原计算水库的1972～1976 年、1981～1988年、1992～2002 年洪水资料，除2002 年8 月上旬洪水观测较好，其余年份洪水期观测次数少，基本上均为每天一次观测，控制不了洪水变化过程。（2）洪水系列无50 年代、60 年代、丰平水年资料及远期大洪水调查资料，系列代表性差。所以，该成果不宜采用。

3.2 地区综合法和由暴雨推求洪水法成果分析

地区综合法基本均采用大中河流洪水资料推求，其洪水特征与小面积洪水有所不同。用暴雨计算小面积洪水方法的成果，分析如下：（1）由暴雨用小面积方法推算的设计洪水，所用暴雨参数为1989年全省综合适用成果，资料代表性较好，能够满足水库洪水复核设计需要。（2）设计洪峰流量用地区综合法、罗氏法两种方法的计算成果接近，说明成果比较可靠。洪峰流量结合水库实际情况，采用罗氏法计算成果合理。（3）由于本区域无综合分析的（P+Pa）～R 产流参数。根据《吉林省暴雨径流查算图表》产流参数综合成果，水库流域划分为第Ⅳ1 区—拉林河下游区，设计洪量采用该区的径流系数计算比较合理（相邻流域石塘水库近期除险加固设计采用此方法，已经通过审批）。（4）设计洪峰流量和洪量点绘在拉林河流域水文站洪水和有关水库的设计洪水参数地区综合图上，分布合理，符合地区分布规律。（5）根据《吉林省洪水调查资料》，玉皇庙水库1956 年洪水的洪峰流量为391 m3/s，重现期为70～100 年一遇，现计算的洪峰流量P=2%和P=1%洪峰流量分别为372 m3/s 和476 m3/s，说明设计洪水成果用洪水调查资料验证亦比较合理。