镇安县县河云镇水库坝址处洪水分析

吕 玲

（陕西省泾惠渠灌溉管理局，陕西 三原 713800）

为了解决镇安县城供水和烤烟发展灌溉用水问题，拟在县河建设云镇水库。县河系乾佑河一级支流，有东西两源，东源为大窑沟，西源为黑窑沟，两源于火纸厂附近相汇，经云镇、结子、于兴隆寺汇入乾佑河。流域全长39.1 km，流域面积246 km2，比降18.1‰。云镇水库坝址位于县河流域云盖寺镇以上1.5 km处，坝址以上控制流域面积74.4 km2，河长14.6 km，比降54.0‰，坝址处河床高程845m。为保证水库安全建设，需对县河径流及洪水进行分析计算。

1 径流分析

县河流域无实测水文资料，本次径流分析以乾佑河柞水水文站作为径流计算参证站。

1.1 年径流特性

县河流域的径流主要由降水形成，县河的径流在汛期主要靠降水入渗补给，枯水季节靠地下水补给。径流具有年际变化较大，年内分配不均的特点。根据乾佑河柞水水文站1981~2011年31年实测年径流资料统计分析，多年平均径流量为1.47亿m3，年径流量最大为3.70亿m3(1983年)，最小为0.42亿m3（1997年），最大值为最小值的8.81倍；7~9月径流量占全年的51.5%，而12~2月径流量仅占年径流量的5.75%。

2.2 参证站径流分析计算

柞水站实测径流系列年限为31年，2009~2011年因引乾济石工程引水影响径流，经还原计算，三年天然径流量分别为1.53 亿 m3、1.71 亿 m3、2.37 亿 m3。通过柞水、青泥湾两站 1981~2011年31年同步径流系列作直线相关，相关系数为0.96，根据柞水站1959~2011年年径流量进行频率计算，按矩法初步估算统计参数，然后采用P—Ⅲ型曲线适线，适线结果：多年平均径流量为 1.45 亿 m3，CV=0.5，CS=2.5CV。

1.3 工程坝址断面设计年径流计算

柞水站以上流域代表雨量站为老林站、柞水站，两站1970~2011年多年平均降雨量均值为811.7mm；县河流域代表雨量站为太山庙雨量站，工程断面下游有镇安气象站，本次采用1980~2011年太山庙雨量站多年平均年降雨量与镇安站相同系列多年平均年降水量的比值作为修正系数，乘以镇安站1970~1979年年降水量，得到太山庙雨量站1970~2011年年降水量系列，计算得到设计流域多年平均面降雨量为900.1mm。据此计算得到降雨修正系数为1.11。柞水站控制流域面积为457 km2，云镇水库坝址控制流域面积为74.4 km2，按面积比拟法并考虑降水修正，计算得坝址处多年平均年径流量为2620万m3。

2 洪水分析

2.1 暴雨洪水特性

县河的洪水是由暴雨形成的，暴雨的特性决定着洪水特性。根据柞水站实测资料统计，流域内暴雨最早发生在5月，最迟出现在11月，但量级和强度较大的暴雨一般发生在7~8月。雷暴雨多发生在夏季，一般为地形雨，笼罩面积小，历时短，强度大。县河流域的洪水最早出现在5月，但洪峰流量较小，年最大洪水一般出现在7~8月。

2.2 历史洪水及重现期

根据《陕西省洪水调查资料》及青泥湾站实测资料，青泥湾水文站河段有6场大洪水，根据洪水调查及访问记录情况，1902年洪水为最大洪水，洪峰流量为3100m3/s，洪水重现期为110年。柞水水文站河段变化较大，洪水位不可靠，无法推流，无洪水调查成果。根据《陕西省洪水调查资料》，云镇河段有1场大洪水，为1957年洪水，洪峰流量为269m3/s（较可靠）。在坝址河段调查到1983年洪水最大，洪水位为848.8m，采用曼宁公式推算得洪峰流量为500 m3/s。故本次将1983年洪水重现期定为50年一遇，1957年洪水重现期定为20~30年一遇。

2.3 设计洪水

县河流域属无资料地区，现采用汇水面积法、综合参数法、水文比拟法、推理公式法分别进行洪水计算，洪水标准按0.1%、0.2%、2%、5%、10%、20%进行计算。

2.3.1 汇水面积法

参照《商洛地区实用水文手册》提供的经验公式——汇水面积相关法，以及经验参数、指数进行计算。计算公式为：

式中：QP为设计频率为P的洪峰流量，m3/s；F为设计流域面积74.4 km2；Kp为模比系数经验值，详见《水文手册》；n为经验指数，乾佑河流域为0.566。

计算所得结果见表1。

表1 云镇水库坝址汇水面积法设计洪水成果表

2.3.2 综合参数法

利用《商洛地区实用水文手册》提供的经验公式——综合参数法，以及经验参数、指数进行计算。经查取《商洛地区实用水文手册》相关图表，云镇水库流域重心处6小时暴雨量均值H6h＝55mm，Cv＝0.60，按 Cs＝3.5Cv 查得 Kp 值，计算出不同频率的设计暴雨值。计算公式为：

式中：Qp为设计频率为P的洪峰流量，m3/s；F为设计流域面积74.4 km2；J为主河道平均比降；Hp为设计频率为P的6h暴雨量，取 55 mm；Kp为模比系数经验值，详见《水文手册》；n、α、β为经验指数，n＝0.58、α＝0.0355、β＝0.55。

计算所得结果见表2。

表2 云镇水库坝址综合参数法设计洪水成果表

2.3.3 推理公式法

由五万分之一航测图上量得云镇水库坝址流域特征值，流域面积74.4 km2，主河道长14.6 km，河道比降54‰。根据《商洛地区实用水文手册》及《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》，工程区暴雨历时采用12小时，暴雨计算时段采用1小时。根据手册及暴雨洪水图集中年最大1、3、6、12小时点雨量均值及变差系数等值线图查得设计断面以上流域重心处各历时点雨量的均值及变差系数Cv值，取Cs=3.5Cv，查皮尔逊Ⅲ型曲线kp表，可计算得到相应历时设计频率的点雨量。采用点面系数，由设计点雨量可推求设计面雨量，根据12h设计暴雨时程分配表对面雨量进行分配，得到面降雨过程。县河产流方式为蓄满产流，流域土壤最大蓄水量Im为80mm，设计情况下前期影响雨量为Pa=53.33mm（2/3Im），则初损量为I0=Im-Pa=26.67mm。将面降水过程一次扣除初损量，即得产流过程。将产流总量扣除20%潜流量，即为净雨量。按照推理公式法，推求设计洪峰流量的公式为：

式中，m 为流域汇流参数，m=0.193θ0.584

按流域特征值及上述公式，得2条Qm~t曲线计算结果。将2条Qτ~τ曲线点汇于同一坐标系中，其两条曲线的交点对应的纵横坐标，即为所求的洪峰流量和汇流历时。并考虑回加潜流、基流，不同频率的设计洪峰流量Qm、汇流历时τ见表3。另外，计算了5%、10%，洪水成果见表3。

表3 云镇水库坝址推理公式法设计洪水成果表

2.3.4 水文比拟法

（1）参证站设计洪水

洪峰流量选样采用年最大值法，洪量按固定时段独立选取年最大值法，根据流域的洪水特性，洪水的计算时段确定为1日。根据青泥湾站1959~2011年53年同场洪水洪峰流量与一日洪量建立相关关系，相关系数为0.94，相关方程如下：

式中：W1为一日洪量，（万 m3）；Q 为洪峰流量，（m3/s）。

根据上述方程求得青泥湾站1902、1926、1957年一日洪量分别为：11700万 m3、8380 万 m3、7020万 m3。根据青泥湾水文站实测洪水系列，加入1902、1926、1957年调查洪水，按不连序系列进行频率计算，以矩法初估统计参数，采用P—Ⅲ型曲线适线，计算得到青泥湾站不同频率的洪峰流量、一日洪量，不同频率的洪水见表4。

柞水站调查洪水参考青泥湾站1902、1926、1957年调查洪水，采用面积比拟法进行推算，求得洪峰流量分别为1660、1130、921m3/s。另根据柞水站洪峰流量与一日洪量建立相关关系，其相关系数为r=0.89，相关方程为：

根据上述方程得 1902、1926、1957年一日洪量分别为：3963万 m3、2983万 m3、2565万 m3。根据柞水站实测洪水系列，加入1902、1926、1957年洪水，按不连序系列进行频率计算，以矩法初估统计参数，采用P—Ⅲ型曲线适线，计算成果见表4。

表4 青泥湾站、柞水站不同频率设计洪水成果表 单位：洪峰m3/s；洪量万m3

（2）云镇水库坝址设计洪水成果

云镇水库坝址设计洪水计算按下式计算：

式中：Q设、Q参为坝址、参证站设计洪峰流量（m3/s）；F设、F参为坝址、参证站控制流域面积（km2）；n为面积指数，取0.566。

坝址不同频率设计洪水成果见表5。

表5 云镇水库坝址水文比拟法设计洪水成果表 单位：洪峰m3/s；洪量万m3

2.3.5 设计洪水成果采用

各方法计算成果见表6，从表中可以看出，除汇水面积相关法计算成果略小外，其他几种方法基本处于同一量级；当设计标准为1000、500年时，推理公式成果略小于综合参数法成果，对于50、20、10年一遇洪水，推理公式成果最大。根据洪水调查情况，1983年洪水为50年一遇洪水，洪峰流量为500m3/s。与推理公式法计算成果一致。因此，从考虑安全起见，推荐采用推理公式法计算成果。频率为20%设计洪水采用以柞水站为参证站水文比拟法成果。

表6 云镇水库坝址各种方法设计洪水成果表 单位：洪峰m3/s；洪量万m3

3 结语

县河流域无实测洪水资料，坝址处多年平均年径流量为2620万m3。本次设计采用4种方法推算设计洪水，并进行综合分析，确定计算断面的洪水成果采用推理公式法成果，各工程断面洪水计算成果为20年一遇洪水为350m3/s，洪水量为630万m3；50年一遇洪水为490m3/s，洪水量为820万m3；500年一遇洪水为830m3/s，洪水量为1270万m3，可供秦岭山区河道洪水分析借鉴。