白沙水库设计洪水复核探析

2017-05-17

河南水利与南水北调 2017年4期

（河南省白沙水库管理局）

白沙水库设计洪水复核探析

□马晓琳

（河南省白沙水库管理局）

设计洪水复核是水库管理工作中的重要课题，也是病险水库除险加固的的基本环节之一，对设计洪水复核成果进行分析，探索科学合理的设计洪水计算方法，最大限度的发挥水库的综合效益意义重大。通过对白沙水库建库以来历次洪水复核的成果进行比较分析，寻求适宜的设计洪水计算方法，提出水库设计洪水复核中应注意的一些问题。

设计洪水；复核；探析

1 水库工程概况

1.1 工程情况

水库位于淮河流域颍河的上游，控制流域面积985km2，1951年开工建设，1953年建成，后于1956年2月至1957年12月进行扩建加固，2003-2006年完成了水库除险加固，设计洪水标准100a一遇，校核洪水标准2000a一遇，总库容2.78亿m3，水库上游建成中小型水库42座，其中中型水库3座，小（1）型水库7座，小（2）型水库32座，总控制面积379.90km2，占白沙水库以上流域面积的38.60%，总库容7 828万m3。

1.2 水文情况

水库流域属于温带地区，气象特征为半干旱气候，多年平均降雨650 mm，年内分配不均，汛期降雨量占全年65%。流域1951年开始设立雨量站网，当时设站较少，只有2～3站，且分布不均，1954年以后，雨量站网逐年增多，布置合理均匀，一般年份7～9站，平均110～140 km2一站。水库坝址建库前无水文测站，1953年水库建成后开始设立水库水文站，观测库水位及出库流量，1964年在水库上游建一处河道水文站，控制面积627 km2。

2 水库设计洪水复核情况及分析

2.1 水库洪水复核开展情况

白沙水库建库初期，因水文资料短缺，只能采用有限的降雨资料推求设计洪水，并依此进行规划。水库建成后，先后于1955年、1962年、1977年、1982年、1986年、1998年和2014年进行过多次设计洪水复核。其中1955年和1962年只有间接法（根据暴雨资料）推求设计洪水成果，1977年及以后每次均采用直接法和间接法推求设计洪水成果。产流计算采用降雨径流相关曲线法，汇流计算采用经验单位线法。实测洪峰流量资料是根据库水位和入库洪水反推而得，但由于上游42座中小型水库的影响，故进行了洪水还原。

2.2 洪水复核成果分析

2.2.1 直接法与间接法推求设计洪水比较分析

1998年设计洪水复核根据雨量资料和流量资料计算的设计洪水成果比较如表1。

由表1可以看出，两种方法计算的设计洪水成果存在着如此大的差别，笔者分析原因主要有以下两点：一是白沙水库上游兴建了40余座中小型水库，控制流域面积占38.60%，改变了原有的产流、汇流条件，影响了洪水基本资料，计算洪水系列虽经过还原处理，但受资料条件的限制，也只能是估算，精度是不太高的，还原量有不足的可能，这是导致直接法成果比间接法成果小的原因之一；二是白沙水库库区被一山咀插入库内，使库区形成上下两部分，中间约有2km长，最窄处平均宽约100 m，当洪水进入上部分时，形成滞蓄作用，影响洪水顺利地到达坝前，由此观测的水位不能反映实际的洪水涨落情况。

2.2.21998 年与1986年设计洪水成果比较分析

1986年和1998年设计洪水均采用了直接法和间接法，现仅对1986年和1998年设计洪水间接法成果进行比较分析，表2是1998年与1986年间接法成果的对比情况。

由表2可以看出，洪峰流量两次成果比较接近，24h洪量和3d洪量1998年成果比1986年成果偏小。笔者通过分析认为偏小的主要原因在产流环节。1986年降雨径流关系采用的是《图集》4线，1998年的降雨径流关系是根据本流域的降雨、径流资料分析而定的线，通过比较，《图集》4线明显高于点群，且高于中小型水库大量修建前的点据，所以1986年成果比1998年成果大。

2.2.3 与邻近流域大型水库设计洪水成果比较分析

将1998年设计洪水成果（间接法）与邻近流域的下汤、昭平台、板桥、石漫滩、燕山、薄山、南湾等大型水库10 000a一遇设计洪水成果比较，如表3，表中列出了10000年一遇洪峰的洪峰模数和10 000a一遇各时段洪量的洪量模数。

从表3中可以看出，白沙水库的设计洪水洪峰和流量在邻近流域中是最小的。分析其原因，主要是由于板桥、下汤、石漫滩等水库都处在河南省暴雨中心或边缘地带，属于暴雨高值区，净雨深较高；而白沙水库在地理位置上和历史气象资料中属于低值区，所以净雨深偏小。

2.2.4 白沙水库设计洪水复核成果的采用

通过以上各方面的综合分析、比较后，认为白沙水库设计洪水采用根据雨量资料计算的成果较好，雨量计算法有45年雨量资料系列，雨量站网较多而均匀，平均约110～140 km2一站，代表性较好，从区域综合平衡来看，设计参数都符合地区规律。根据流量资料计算的设计洪水，虽然资料系列也较长，中间环节少，但就白沙水库来说，存在着许多问题，如水位资料的代表性差，库区存在卡口段以及上游中小型水库的还原问题等，因此，直接法计算的设计洪水成果精度较差一些，从间接法计算过程来看，虽然中间环节较多，但在实际计算中，每一步均经过深入的分析、研究及比较，如暴雨的时程分配，降雨经流关系以及单位线的采用等，都经过横向、纵向比较和多方验证，所以，根据雨量资料计算的设计洪水成果是比较可靠的。

表1 1998年直接法与间接法推求的设计洪水成果对比表

3 水库设计洪水复核应注意的问题

3.1 注重基本资料的选取与甄别

表2 1998年与1986年设计洪水成果对比表

基本资料是水文计算与复核的关键依据，一是要充分利用实测暴雨洪水资料，并重视利用历史洪水资料；二是重视运行期及后续新增的水文气象等资料，保持资料的一致性和连续性；三是要对各种基本资料进行检查和甄别，去伪存真，保持资料的可靠性，以提高设计洪水计算的精度。

3.2 选择合适的洪水复核方法

设计洪水复核的计算方法一般有3种，一是根据流量资料直接推求设计洪水；二是根据雨量资料推求设计洪水，三是根据采用地区综合法估算设计洪水。三种方法各有适用条件，计算者要根据各自水库流域的自然地理因素和水文资料条件合理选用。

3.3 注意流域生活与工程环境的变化

流域环境条件的变化都会对设计洪水的精度产生影响，一要注意流域人类生产活动的影响，如灌溉引水、生活提水等；二是要注意上游水库等调蓄工程对下游洪水的影响，一般调节后的下泄洪水过程比自然洪水过程洪峰和时段洪量要小一些；三是要注意流域上游水土保持工程的变化情况，水土保持环境的变化势必对流域的产流和汇流产生影响。