不连续序列的水库设计洪水计算分析

张艺

不连续序列的水库设计洪水计算分析

张艺

（新疆昌吉水文勘测局，新疆昌吉831100）

通过分析军塘湖河红山水库时段平均流量资料，对比采用频率分析计算法、洪峰洪量模数法和调蓄经验单位线法三种方法计算设计洪水的时段洪量和洪峰流量，选出最优方法，并对设计洪水计算成果的合理性进行了分析，可为类似研究提供借鉴。

水库；设计洪水；频率分析；洪水过程线

1 军塘湖河水文概况

军塘湖河昔日称雀尔沟河，又称图古里克河，位于天山西段新疆呼图壁县境内，发源于天山北坡呼图壁河流域中山带[1]。上游水系在低山带纳札尔汇集，汇流随后经流域西部前山丘陵进入平原区。流域面积1210 km2，其中红山水库以上面积为860 km2。

军塘湖河于1956年10月曾设立军塘湖水文站，1958年1月撤销。从源头至红山水库段，河长47 km，东西沟两大支流汇合口以上河道纵坡降为61.5‰，汇合口以下至红山水库河道纵坡降为51.6‰，流域平均高程1503 m。红山水库承担调节下游灌区用水任务，多年平均径流量0.389亿m3。军塘湖河流域属干旱区，河流水文特征明显，河流出山口以上为径流形成区，河流出山口以下为径流散失区。流域土质类型主要有棕钙土、山地栗钙土、灰钙土和灌溉棕钙土等，植被类型以琵琶柴、苔草狐茅、梭梭、铁杆蒿等为主。

表1 流域附近气象站气象特征统计表

2 设计洪峰流量及时段洪量

2.1 频率分析计算法

军塘湖河1978年～2002年25年洪水资料中，缺失1979年洪水资料，为计算精度得以保证，最后采用1980年～2002年23年实测资料系列进行计算。军塘湖河1988年142 m3/s，2001年调查的洪峰流量为719 m3/s，1988年和2001年时段平均最大流量分别为46.2 m3/s和558 m3/s。

当系列加入特大值，不连序系列频率计算时，特大值的经验频率按式（1）计算。剔除特大值后的连序系列按式（2）计算经验频率[2]：

式中：M为特大值排序；L为连序系列中特大值个数；N为特大值重现期；a为特大值个数。

对于不连序系列，各阶样本矩及统计参数的计算公式为[3]：

式中：x¯为系列均值，单位m3/s、104m3；N为调查考证期；n为实测洪水系列年数；l为实测洪水系列中抽出作特大洪水处理的洪水个数；xi为实测洪水的第i位洪水；xj为实测洪水的第j位洪水；CS为洪水系列偏差系数；Cv为洪水系列偏态系数[4]。

造成计算设计洪峰流量成果偏小的原因是红山水库时段平均流量资料利用时段最大平均流量代替瞬时洪峰流量[5]。为消除用时段平均最大流量计算设计洪峰流量可能带来的成果偏小问题，将2001年调查洪水的洪峰流量和时段平均洪量作特大值处理，并将1988年和2001年两次调查的洪峰流量加入频率分析计算，其重现期为47年。军塘湖河洪峰流量及时段洪量系列统计参数计算结果见表2，设计洪峰流量及时段洪量计算成果见表3。

2.2 调蓄经验单位线法

原军塘湖河水文站仅1956年10月建站至1958年1月撤站期间一年多的实测洪水资料。，红山水库管理站无降水资料，在这种情况下笔者依据军塘湖河所处地理位置及气候条件与呼图壁河、塔西河比较相似，利用调蓄经验单位线法借用呼图壁河石门站及塔西河石门子站实测最大一日降水量资料系列，进行最大一日降水量频率计算，推求不同设计频率最大一日降水量。

2.3 洪峰、洪量模数法

借用邻近呼图壁河流域石门站的洪水资料，通过频率计算，分别得到不同设计频率的洪峰、洪量模数，然后用军塘湖河红山水库集水面积乘石门站洪峰、洪量模数，计算得军塘湖河红山水库设计洪峰及时段洪量，成果见表5。

3 设计洪水成果分析

根据以上分析计算，军塘湖河由三种方法计算的设计洪水成果出入较大，现对几种方法进行综合分析比较如下：

利用呼图壁河石门站和塔西河石门子站实测最大一日降水量资料，以经验单位线法推算所得军塘湖河设计成果，由于与军塘湖流域降水特性不同，所以最后计算成果偏小；用呼图壁河石门站资料，采用洪峰、洪量模数法计算成果，成果精度较高，但与该河现有洪水实际情况相比，相差甚远；对红山水库时段平均流量资料进行频率计算，计算成果出现较大偏差，分析时由于平均流量观测时段的长短不同，没有将时段最大平均流量还原为瞬时洪峰流量造成的，计算方法上虽然加入2001年洪水，但由于洪峰流量系列资料精度较低，所以不适合评价设计洪峰流量成果精度。

3.1 设计洪水过程线

采用按洪峰流量及时段洪量同频率放大法放大设计洪水过程线，计算军塘湖河设计洪水过程线，洪峰流量过程线历时120 h。军塘湖河洪水资料系列较短的实际情况，在确定典型洪水过程线时，优先考虑峰高量大、稀遇程度较高的大洪水过程；为使所选择的典型洪水过程线具有一定的代表性，兼顾考虑了军塘湖河的洪峰流量特性，典型洪水过程线均挑选于水文站实测洪水过程。

表2 军塘湖河设计洪水系列统计参数成果表

表3 频率分析计算法设计洪峰流量和时段洪量计算成果表

表4 调蓄经验单位线法设计洪峰流量和时段洪量计算成果表

表5 洪峰、洪量模数法设计洪峰流量及时段洪量计算成果表

图1 军塘湖河设计洪水过程线

3.2 设计洪水计算成果合理性分析

图2 军塘湖河设计时段平均流量与历时关系

图3 不同时段洪量系列Cs与历时关系

图4 不同时段洪量系列Cv与历时关系

军塘湖河红山水库设计洪峰流量及时段洪量计算，由于军塘湖河计算断面资料条件有限，在分析计算中，采用多种不同方法计算以减少资料系列方面的不足。从军塘湖河设计时段平均流量与历时的关系图中可见看出，不同频率下各曲线位置无突出偏离，曲线之间互不交叉，平均流量随着历时的不断增加逐渐减小，Cv、Cs统计参数值随着历时的增加递减，符合军塘湖河洪水及产、汇流特性，也是是河流洪峰流量特性的体现[6]。

4 结论

通过分析20多年的红山水库平均流量资料得出，日平均流量数据的可靠程度较好，数据可以分析计算不同时段洪量。但是由于现有的红山水库洪峰流量是由观测时段出库流量和库水位变化反推求得，误差较大。文章分别采用频率分析计算法、调蓄经验单位线法和洪峰、洪量模数法三种不同方法，推求和估算军塘湖河设计洪峰流量，发现频率分析计算法计算成果最为接近实际情况。军塘湖河设计时段平均流量与历时的关系曲线位置无突出偏离，曲线之间且互不交叉，平均流量随着历时的不断增加逐渐减小，Cv、Cs统计参数值随着历时的增加递减，符合军塘湖河洪水及产、汇流特性。

[1]韩露,岳春芳,张胜江,等.基于总量控制的军塘湖流域农业水资源配置[J].节水灌溉,2015(10):71-73.

[2]庞琼,陈鸣,王士军,等.基于回归分析的龙门滩水库设计洪水计算[J].人民黄河,2013(12):37-40.

[3]张明芳,邢波.大中型水库设计洪水计算方法探讨[J].山东水利, 2011(3):29-30.

[4]韩焕庆,刘巍,于蓉.基于流域分割的泰安市胜利水库设计洪水计算[J].人民长江,2012(S1):147-149.

[5]陈建江,耿峻岭,邱建华,等.新疆头屯河水库入库设计洪水的确定[J].水资源与水工程学报,2008,19(6):129-132.

[6]石春梅,徐婷,许立军,等.山区拦河水库洪水计算研究[J].内蒙古水利,2016(3):5-6.

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1673-9000（2017）02-0172-02

2016-11-24

张艺（1980-），女，新疆昌吉人，工程师，主要从事水质分析、水文勘测工作。