二道坎水库年径流及设计洪水分析实例

赵 丹，董丽娜

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

在《二道坎水库气象水文资料整理分析》一文中，已对霍龙门多年平均径流年内分配作了分析，并对借用邻近流域黑河站1892～2007年长系列降水资料进行系列代表性分析，得到和霍龙门1958～2007年短系列K值进行比较。之后本文主要对霍龙门单站设计年径流、坝址设计年径流及设计洪水进行实例剖析。

1 单站年径流

根据霍龙门站1958～2007年50 a实测径流连续系列，采用P—Ⅲ型理论频率曲线，按矩法初估均值和Cv值，取Cs=2.0Cv，以中、下部的年径流经验点据与理论频率曲线配合较好为原则，适线确定霍龙门站的年径流统计参数和设计值，成果见表1。

表1 霍龙门站设计年径流成果表

2 坝址设计年径流

霍龙门站集水面积2 151 km2，水库坝址控制流域面积为1 896 km2，占水文站集水面积的88.1%。计算霍龙门水文站和水库的面雨量，其值分别为490.2 mm和488.0 mm，面雨量相差不大，因此坝址径流不进行降雨量修正。本次利用霍龙门站径流系列按面积比推求坝址的径流系列。坝址年径流可按下式计算:

式中:Q坝、Q站分别为坝址和水文站年径流，104m3;F坝、F站分别为坝址和水文站的集水面积，km2。

坝址的径流量系列按霍龙门站历年逐月年内分配比计算，设计成果见表2。

表2 二道坎水库设计年径流成果表

3 洪水

3.1 暴雨洪水特性

二道坎水库所在的泥鳅河流域地处中高纬度，属中温带大陆性季风气候。暴雨出现的时间主要集中在6～9月，持续时间一般为1 d，最长可达2～3 d。泥鳅河流域洪水按成因可分为春汛和夏汛两个汛期，春汛以融雪为主，一般发生在4～5月，洪水过程陡涨陡落。夏汛洪水一般发生在6～9月，主要由暴雨形成。夏汛洪水峰型比较复杂，大洪水以单峰为主，洪水过程起涨段一般在1 d左右，落水段较长，洪量过程多集中在3 d之内，一次洪水历时约7 d左右。

3.2 设计洪水

3.2.1 单站设计洪水

泥鳅河的霍龙门站及其干流门鲁河流域均没有历史洪水调查资料，设计洪水计算采用霍龙门站1958～2007年50 a连续洪峰、洪量系列进行频率分析，采用P—Ⅲ型理论频率曲线，用矩法初估均值和Cv值，取Cs=2.25Cv，尽量照顾点群中心，以上部大、中洪水经验点据与理论频率曲线配合较好为原则，适线确定洪水参数及设计值，成果见表3。

表3 霍龙门站设计洪水成果表

3.2.2 坝址设计洪水

利用霍龙门站设计洪水成果按面积比指数关系分别推求坝址的设计洪水，计算公式如下:

式中:Wm坝为坝址洪峰和 1、3、7 d洪量，m3/s、108m3;Wm霍为霍龙门站洪峰和 1、3、7 d洪量，m3/s、108m3;F坝为坝址控制面积，km2;F霍为霍龙门站控制面积，km2;n为面积指数，洪峰和1 d、3 d、7 d洪量分别为 0.67、0.83、0.85、0.87。二道坎水库坝址的设计洪水成果见表4。

表4 二道坎水库设计洪水成果表

3.2.3 设计洪水合理性分析

在方格纸上绘制均值和Cv与历时的关系，见图1，曲线光滑无突变，统计参数与历时关系协调，符合一般规律。从频率曲线图和设计洪水成果表中可以看出，不同历时洪量的设计值互不交叉，并保持合理的差值。

图1 洪水参数与时段关系图

3.2.4 设计洪水过程线

将霍龙门站典型洪水过程线反演到二道坎水库坝址断面处作为典型洪水过程，根据坝址控制断面的设计值，采用分时段同频率控制放大法，推求水库坝址的设计洪水过程线，时段长取△t=3 h。通过对大水年典型洪水过程分析，最大24 h洪量与最大1 d洪量的关系平均为1.12，即 W24h=1.12W1d。坝址设计洪水过程线见图2、图3。

图2 二道坎水库坝址设计洪水过程线(1985年典型)

图3 二道坎水库坝址设计洪水过程线(1972年典型)

4 泥沙

二道坎水库入库泥沙主要来源于流域内土壤侵蚀和河道来沙，以悬移质泥沙为主，推移质较少。查1996年版《黑龙江省水文图集》得二道坎水库坝址处的平均悬移质年输沙模数为4.3 t/km2·a，考虑输沙模数有逐年增大的趋势，按1.5的系数修正。推移质输沙量按悬移质输沙量的15%估算，总输沙量为14 064 t/a。

5 水库蒸发增损

蒸发损失深度为水面蒸发与陆面蒸发的差值。利用霍龙门站实测降水、蒸发资料及水库多年平均径流深计算水库损失深度，公式如下:

式中:ΔE为水库蒸发渗漏损失，mm;E水为多年平均水面蒸发量，mm;R为多年平均径流深，mm;P为多年平均降水量，mm。经计算，多年平均水面蒸发量为559.4 mm。多年平均降水量根据霍龙门站1960～2007年连续系列统计，为505.6 mm;多年平均径流深根据本次分析成果，为153.53 mm。计算水库多年平均蒸发损失深度为207.4 mm。蒸发损失的年内分配按多年平均水面蒸发量的年内分配比计算。见表5。

表5 二道坎水库多年平均蒸发蒸损深度年内分配表 mm

6 冰情

根据泥鳅河霍龙门水文站实测资料统计，霍龙门站多年平均开河日期为4月18日，封冻日期10月29日，多年平均封冻天数166 d，多年平均最大冰厚1.11 m。

7 结论及建议

二道坎水库建设任务是以供水为主，为嫩江县多宝山矿业经济区提供工业生产以及生活用水。经过系统的分析与评测，确定建设二道坎水库在水文水资源方面没有制约因素。由于泥鳅河为山区性河流，流域内绝大部分为山区，洪水来势急，峰型比较复杂，单峰、双峰及多峰都有出现，洪水预见期短，给水库的优化调度带来较大困难。因此，为了及时准确地掌握水库的雨情和水情，建议设立水情自动测报系统，从而为水库调度提供可靠、必要的依据。水情自动测报系统建成后，能准确、实时地采集、传递各遥测站的雨情和水情资料，经计算机处理后做出调度方案，将能提高水库管理，实现水库的优化调度。

［1］黑龙江省水利厅.黑龙江省水文图集［M］.哈尔滨:黑龙江省水利厅，1996.

［2］黑龙江省水文总站.黑龙江省历史大洪水调查资料［M］.哈尔滨:黑龙江省水文总站，1980.

［3］哈尔滨工业大学，黑河市政府.黑河市多宝山矿业经济区中心城区总体规划［R］.哈尔滨:哈尔滨工业大学，黑河:黑河市政府，2006.