汾河水库设计洪水计算分析

崔瑞红

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西太原 030024）

1 汾河水库概况

汾河水库[1]位于山西省太原市娄烦县杜交曲镇下石家庄村北的汾河干流上游，是一座以防洪、灌溉、工业和城市供水为主，兼顾发电和养鱼等综合利用的大（2）型水利枢纽工程。水库控制流域面积5268km2，多年平均径流4.72亿m3；总库容7.33亿m3，兴利库容2.64亿m3。防洪标准为100年一遇洪水设计、2000年一遇洪水校核。

2 汾河水库设计洪水历史分析

汾河水库系由原水利电力部北京勘测设计院（以下简称“北京院”）设计，该院于1958年4月提出初步设计，然后进行了技术设计，水库工程于1958年7月开工建设，年底提出技术设计。两个阶段的水文分析计算工作，都是在资料不足的条件下进行的。故水库工程于1961年汛前建成以后，又于1962年进行了水文的修正计算，这三次水文分析计算，只有5年短期入库洪水资料及调查历史洪水，坝址处的设计洪水，系以上、下游水文站资料的频率分析洪水成果，按面积关系内插求得。

汾河水库原按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，至上世纪70年代初经10余年的运用，在水文规划方面存在淤积严重、防洪标准偏低、设计洪水成果偏小等三方面问题。为此，1974年山西省水利厅委托我院进行“汾河水库度汛工程初步设计”，随后又于1982年进行了补充分析，水利电力部水利水电规划总院于1983年12月17日对1982年洪水分析成果进行了批复。这两次洪水分析计算是根据静乐、上静游两水文站1951～1972年和1951～1980年资料，按洪峰、洪量与面积比的方次关系0.74、1.0，加入历史洪水求得。在这之后，“汾河二库规划设计”、中韩合作项目“汾河流域上游综合开发管理及第三座多功能水库预可行性研究”及“引黄南干联接段规划”设计中，虽对汾河水库设计洪水做过研究，但最后结果仍采用1982年分析成果。

上世纪90年代末以后，《下静游水库可行性研究报告》（以下简称“下静游可研”）中汾河水库设计洪水计算，在1982年洪水分析成果的基础上，利用静乐与下静游两水文站的同步资料，对洪峰、洪量与面积指数的关系做了重新分析。下静游水文站控制流域面积4923km2，占汾河水库控制流域面积5268km2的84%，该站具有1953～1958年6年水文资料，利用静乐与下静游水文站同期的年最大洪水资料，分别求得峰、量与面积关系的面积指数平均为0.5及0.7，基本属经验范围的下限。过去采用的0.74及1.0，超出了经验范围的上限，这样，将使系列偏大7%～9%。为此，根据重新分析的面积指数将系列做了调整。

根据各阶段资料，汾河水库1951～1952年由静乐水文站设计洪峰洪量经面积修正求得；1953～1957年洪峰洪量采用同样方法由下静游水文站设计洪峰洪量经面积修正求得；1957～1996年，则由静乐、上静游实测洪峰错时段（传播时间差2h）叠加，并经面积修正求得。从而得到汾河水库1951～1996年共46年洪水系列，然后进行频率分析计算。

《汾河中游段河道治理工程可行性研究》（以下简称“治汾可研”）报告，汾河水库设计洪水计算同“下静游可研”，只是洪水系列采用的是1954～1996年共43年资料。

3 设计洪水分析

本次设计洪水分析在上世纪90年代末分析成果的基础上做了以下几方面的工作。

（1）复核原系列资料的可靠性

静乐水文站[2]建站于1943年，由于上世纪40年代战争动乱，测验时断时续，仅观测两年，且断面位置不详，资料精度差，从50年开始资料完整可靠，至今有60年实测资料。另外，1991年在汾河水库库尾设立的河岔水文站[2]，控制流域面积比静乐水文站流域面积大15%，经对1995及1996年洪水检查，河岔水文站洪量反较静乐水文站小17%～42%，洪峰小27%～57%，尤以1996年为甚，资料可靠性亦较差。

上世纪90年代末分析整理的洪水系列采用1951～1996年，主要根据静乐及上静游两水文站资料按面积的方次关系求得的，本次利用静乐、下静游两水文站的同步资料，检查了过去采用的面积指数，结果一致，洪峰、洪量与面积关系指数分别为0.5及0.7。故认为原系列采用合理。

（2）系列延长

汾河水库原采用洪水系列资料截止到1996年[2]，按照同样的方法和面积比指数延长洪水系列至2010年，系列资料长度由46年延长至60年，使频率计算成果更趋合理。1951-1996年系列中，最大洪峰流量为1967年的2667m3/s，最小洪峰流量为1965年的69m3/s，均值为820m3/s；1997-2010年间，最大洪峰流量为2003年的1550m3/s，最小为2009年的49m3/s，均值为332m3/s；系列延长后均值为706m3/s，均值减小114m3/s。见表1。

表1 汾河水库洪水系列特征表

（3）历史洪水及重现期的确定

1983年10月原山西省水文总站整编成果《山西省河段洪水调查成果》，汇集了建国后全省各部门在全省各地所调查的历史洪水数据。整编成果中对该次洪水调查成果做了详细复核及定量，研究充分，定量较准，所以本次直接采用该成果，不再赘述。

“治汾可研”中对汾河水库～兰村的历史洪水进行过较详细分析，本次直接采用其分析成果，即1892年洪水为第一位大水，历史洪水的重现期120年，历史洪水成果见表2。

表2 历史洪水洪峰、洪量成果表 单位：m3/s、万m3

（4）洪水频率分析计算

因汾河水库泄洪设施较大，过去调洪计算都不涉及5日洪水，故未做5日洪水的校核计算。根据汾河水库1951～2010年共60年洪水系列，加入1892年历史调查洪水，进行频率分析计算。先由概率权重矩法初估均值及Cv、Cs值，然后采用P—Ⅲ型[3]适线，调整参数，尽可能拟合全部点据，重点照顾中上部点据，适当考虑历史洪水重现期的差异。

本次频率分析成果见表3。

（5）成果的合理性分析

将本次计算的洪水成果与历次设计成果进行比较，见表3。

表3 汾河水库历次设计洪水对照表 单位：m3/s、万m3

4 结论

从表3中可以看出，因面积比指数相同，本次计算成果与“下静游可研”和“治汾可研”的成果比较接近，但比这两次成果小。原因有两点：一、所延长的1997～2010年系列属枯水期；二、1892年洪水重现期增长。所以本次计算洪峰均值较后两者减小12.8%；洪峰Cv值从1.05增加到1.1；从资料系列、计算方法及计算结果看本次计算较以往更趋于合理。总体上看，随着系列的增加，洪水分析成果呈减小的趋势。本次成果比1982年成果小很多，原因主要是面积比指数较小，鉴于1982年分析成果是经水利电力部水利水电规划总院审批，目前仍在执行的成果，对调洪计算起主要作用的3日洪量偏大较少，是属偏安全，但不致于过分保守，故建议对汾河水库安全问题的研究仍暂采用该成果。

[1]李英明，潘俊峰.山西河流[m].北京：科学出版社.2004.

[2]山西省水利厅.山西省水文计算手册选用站水文下垫面产流地类图册[Z].郑州：黄河水利出版社.2011：146-148.

[3]詹道江，叶守泽.工程水文学[M].北京：中国水利水电出版社.2000：192-198.