黑龙江省拜泉县新义水库设计洪水推求

2015-03-27马海燕吴海燕

黑龙江水利科技 2015年11期

马海燕，周圣，吴海燕

(1 齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，黑龙江齐齐哈尔161006;2 黑龙江省中部引嫩工程管理处，黑龙江齐齐哈尔161000)

1 流域概况

新义水库位于拜泉县长春镇新义村，在乌裕尔河一级支流宝泉河上游，控制流域面积5.30 km2。流域内主要为丘陵漫岗区，坝址上下游均以耕地为主，流域内水土流失不显著。

本流域属大陆性寒温带季风性气候，寒暑变化显著。春季多风少雨干旱，夏季温热短促，酷热多雨，秋季低温早霜，冬季严寒漫长。根据拜泉县气象站气象资料统计，多年平均气温1.28 ℃左右。极端气温最高37.8 ℃，最低－39.6 ℃，日照时数2 175 ～2 717 h，无霜期平均为122 d。年降雨量420 ～600 mm，多年平均降雨量为485 mm，多集中在7—9月份，约占全年降雨量的70%～80%。蒸发量为600 ～800 mm，一般最大蒸发量出现在最大降雨量的前2 个月，多春旱。多年平均最大风速可达19.0 m/s。

2 水文基本资料

新义水库属于小(2)型水库，集水面积仅为5.30 km2，流域内没有其它水文观测资料，附近流域有水文站为友爱站和克山站。

友爱水文站控制面积为253 km2，共有1981—2005 年实测流量资料。克山水文站控制面积为13.1 km2，共有1961—1988 年28 a 水文观测资料。历年水文资料均严格按“水文规范”要求进行整编，测站精度较高，基本资料可靠［1］。

3 单站设计洪水

克山站作为本地区唯一的小面积试验站，可以作为本次洪水计算比拟站，而友爱站虽不属于克拜地区，但位置、地形、气候均接近克拜地区，流域下垫面情况基本一致，相比双河站集水面积更接近项目要求，因此本次洪水计算采用友爱站作为参证站。

友爱站实测大洪水年份为1994 年和1991 年，实测洪峰流量分别为230 m3/s和196 m3/s。1966 年安达闭流区规划时曾对明青坡地坡水进行了洪水调查，调查到的洪水有1917、1932 和1945 年，1917 年洪水不能定量。友爱站无调查资料，利用明青坡地调查成果绘制1932 年、1945 年洪水地区综合Qm ～F关系线，以友爱站集水面积插补其洪峰流量，插补后的流量值均＜实测系列的前4 位洪水，对设计洪水影响不大，考虑其重现期难以确定，故不予采用。根据洪水调查资料分析，1994 年洪水位1917 年以来的首位洪水，因此洪水重现期计算至2005 年为89 年。

克山站在所收集的流量资料中，有两个特大值——1957 年、1945 年。其中，1957 年洪水是克山县有记载以来所发生的最大洪水，1945 年洪水为第2 位。在《克山县志》中记载:“1957 年7 月15 日，狂风暴雨夹带冰雹袭击克山县城，1 小时40 分即集中降水200.7 mm，东、西大沟洪水泛滥，沿岸房屋被冲毁，人畜被卷走，铁路中断。县城内有441 户居民受灾，死亡27 人，失踪12 人，房屋倒塌292 间，损失资财折合人民币共计16.3 万元。农村有21 个乡70 个合作社受灾，受害居民15 761户，死亡10 人，水淹耕地近1.27 万hm2。”根据县志记载情况可见1957 年洪水之大。

另据《克山县东大沟整治工程设计书》中叙述1945 年洪水也较大，其调查洪峰值为288 m3/s，据调查实测系列资料中除了1987 年的137 m3/s的大洪水外，撤站至今并没有发生大洪水，考虑到克山站作为本次水库流域比拟站，1957 年、1945 年如此稀遇的特大洪水且为调查值，不宜直接移用，所以仅对实测系列中的1987 年大洪水进行特大值处理，根据县志记载1987 年洪水为1915 年以来的第3 位，重现期按P=3/99 计算。

根据友爱、克山站洪水实测资料，按年最大值独立选样原则，统计出该站洪峰流量样本系列，计算洪水特征值系列的经验频率，按规范要求采用P－Ⅲ型曲线，分析其统计参数，并以大、中洪水的经验点据与理论曲线拟合较好为原则进行适线，确定各站设计洪水参数，设计洪水成果见表1。

表1 单站最大洪峰、洪量成果表

4 水库设计洪水

本次水库设计洪水按3 种方法推求复核:

1)图集法推求设计洪水。

2)参证站参数修正法推求设计洪水。

3)水文比拟法推求设计洪水。

4.1 查图集等值线图法推求设计洪水

根据1996 年版《黑龙江省水文图集》中的洪水参数等值线图查得水库集水面积重心处的洪水参数Cp、B1、B3及相应的Cv 值，用查得的洪水参数推求水库设计洪水，成果见表2。

表2 新义水库设计洪水成果表(图集法)

4.2 参证站洪水参数修正法推求设计洪水

对友爱站洪峰、洪量系列进行频率分析，利用P－Ⅲ型曲线适线，计算相应的洪水参数。成果见表3:

表3 友爱站设计洪水成果表

根据1996 年版《黑龙江省水文图集》中洪水参数等值线图，利用友爱站和新义水库在等值线图上的梯度把友爱站设计洪水参数修正到新义水库坝址，根据修正后的参数，推求工程地点设计洪水，参数修正见表4，设计洪水成果见表5。

表4 洪水修正参数表

表5 新义水库设计洪水成果表(参证站参数修正法)

4.3 水文比拟法推求设计洪水

克山站为本地区唯一的1 个小面积径流试验站，流域面积接近水库集水面积，因此收集克山站的实测洪水资料，统计其年最大洪峰流量、最大1 d洪量、最大3 d洪量，利用面积指数比换算到水库断面上，采用P—Ⅲ型曲线适线计算其洪水成果，考虑克山历史调查洪水资料特别是1957 年大洪水属于全国罕见特大洪水，具有一定偶然性，因此本次水文比拟法仅转换实测洪水资料，不考虑历史洪水调查资料。具体成果见表6:

表6 新义水库设计洪水成果表(水文比拟法)

5 成果对比分析

对上述3 种方法推求设计洪水成果进行对比，成果见表7。

表7 新义水库设计洪水成果比较表

3 种计算方法形成比较明显的梯度变化特性:

1)水文比拟法所依据的克山站集水面积为13.1 km2，水文比拟法推求的设计洪水成果明显偏大。

2)图集等值线绘图中依据的水文站仅有5 个水文站集水面积＜100 km2，其中5 个均分布在松花江中游附近，81%的水文站＞1 000 km2。

3)参证站参数修正法所依据的友爱水文站集水面积为253 km2，随着集水面积的减小，流域调蓄作用下降，计算出的洪峰明显加大。克山站实测系列洪峰最大值为137 m3/s，发生在1987 年8 月20 日，相当于30 a一遇设计洪峰，因此利用此次实测洪水过程线，采用同频率倍比法计算设计洪水过程线。成果见图1。