清水河水库扩建工程设计洪水复核计算

肖 玲，雷双超，杨 刚

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563002)

1 概 述

清水河水库位于乌江左岸一级支流鱼塘河左岸一级支流清水河上，地处贵州省遵义市播州区尚嵇镇清水村境内。坝址地理位置为东经106°58′，北纬27°26′，距尚嵇镇8 km，距遵义市城区63 km。水库现状正常蓄水位880.20 m，正常蓄水位库容285×104m3，死库容19.0×104m3，兴利库容266×104m3,供水对象为清水河水库灌区及尚嵇镇。灌区现状灌溉面积2.06万亩，供水人口约1.77万人。根据尚嵇镇输水管网损失、水厂自用水量等用耗水情况推算，至2030年，无论水质还是水量，现状水源均不能满足用水需求。另外，水库现状库容系数仅为8.50%，只具有年调节性能，水量利用率偏低，水资源未能得到充分利用[1_2]。为了给工程规划设计和投资提供详细决策数据依据，确保水库均质大坝及水库防洪调度安全，运用水库运行期实测数据开展全面水文分析[3]，以获得与清水河流域水资源整体开发规划实际相切合的设计洪水复核计算成果，确保水库扩建改造工程高效优质的规划建设。

2 流域概况

清水河属长江流域乌江水系，鱼塘河左岸一级支流，乌江左岸二级支流，发源于播州区龙坪镇尖山子，河源山顶高程1 077.2 m，由北向南流经板子堰至水口寺纳左岸支流甘溪，在沙塘庙汇入鱼塘河。流域水系较为发育，沿途由多条小支沟汇集成主河道清水河。清水河全流域面积140 km2，主河道全长33.4 km，主河道加权平均坡降为3.75‰，多年平均径流量5 620×104m3。清水河水库位于清水河中游，坝址以上流域面积82.6 km2，占全流域面积的58.8%，主河道长21.1 km，主河道加权平均坡降4.00‰，流域形状系数0.186，流域几何特征参数43.3，坝址以上多年平均径流量3 110×104m3。

流域属中亚热带湿润季风气候区，气候温和湿润，雨量丰沛，四季分明，光水热同季。据邻近的遵义市气象站系列资料统计：多年平均气温14.6 ℃，多年平均风速0.9 m/s，多年平均最大风速11.0 m/s，无霜期340 d，年平均日照时数1 000～1 100 h，全年无霜期250～280 d，多年平均相对湿度77.9%左右。据邻近的团溪雨量站系列资料统计：多年平均降水量1 035.0 mm，最大年降水量1 256.9 mm(1971年)，最小年降水量708.5 mm(1966年)，实测最大日暴雨量183.5 mm(1971年5月22日)。

3 暴雨洪水特性

3.1 暴雨特性

清水河水库坝址以上流域面积82.6 km2，水库所在清水河流域内无水文站，无实测洪峰流量资料。与流域邻近的测站有团溪雨量站，实测有1963—2015年连续最大日暴雨资料。另外，距离设计流域较近湘江干流上的湘江水文站，其控制流域面积554 km2，与清水河水库流域面积相差较大。因此，设计主要依据团溪雨量站暴雨成果及等值线图确定设计流域暴雨统计参数。团溪雨量站1963—2015年最大一日暴雨系列值适线后得H日=74.8 mm，Cv=0.45，经折算得H24=83.8 mm。根据《贵州省短历时暴雨统计参数等值线图集》之“年最大24 h点雨量均值等值线图”和“年最大24 h点雨量Cv值等值线图”在流域的查值成果为H24=88.0 mm，Cv=0.5。出于对区域降水规律分析及偏安全考虑[4]，设计流域洪水计算暴雨成果采用值H24=88.0 mm，Cv=0.50，Cs=3.5Cv(见表1)。

表1 流域设计暴雨成果

3.2 洪水特性

设计流域洪水由暴雨形成，受流域地形地貌的影响，造成该流域洪水的主要特点为峰高量大且汇流集中，洪水涨势凶猛，历时不长，一般1 d以内；洪量主要集中在24 h之内；洪水陡涨陡落，多呈单峰型。洪水量级主要受暴雨量、暴雨强度控制，前期降雨和前期土壤含水量等也起一定作用[5]。洪水主要发生在5～10月，尤其以5～7月份发生洪水的量级大而频繁。1966年至今50年间，2002年洪水最大，洪水重现期为50年一遇，洪水水位为883.00 m，入库洪峰流量370 m3/s，最大下泄流量198 m3/s。

4 设计洪水分析

4.1 参证站设计洪水计算

清水河水库坝址以上流域地理参数根据1∶10 000地形图量算，水库流域面积82.6 km2，河道总长21.1 km，主河道平均坡降4.00‰，流域形状系数f=(F/L2)f(f=F/L2)为0.19，流域几何特征参数θ=L/(J1/3·F1/4)=43.3，θ值大于30。雨洪法洪峰流量根据《贵州省暴雨洪水计算实用手册》中公式计算。设计流域属于山区间山丘，少量岩溶，植被一般[6]。经综合分析，产汇流分区定为Ⅱ2区，Ⅱ2区汇流系数r1取值范围为0.06～0.068，清水河水库取0.066，径流系数C3取值0.63～0.86，暴雨衰减指数n3取0.8，Δn3为Ⅳ区。

洪峰流量表达式为：

Qmp=0.375r10.922·f0.125·J0.082·F0.834·[C3H24P]1.23

(1)

式中，r1为汇流系数，取0.066；f为流域形状系数，取0.19；F为流域面积，82.6 km2；C3为洪峰径流系数，取0.63～0.86；H24P为设计频率下最大24 h暴雨量。

洪量表达式为：

Wmp=0.1Fh24P

(2)

式中，F为流域面积，82.6 km2；h24P为设计频率洪量径流深。

根据式(1)、(2)计算得水库坝址处各频率洪水洪峰流量及洪量成果(见表2)。

表2 清水河水库坝址处设计洪水计算成果

4.2 设计洪水过程线

设计洪水过程线根据《贵州省暴雨洪水计算实用手册》洪水过程线“概化过程线”推算，确定清水河水库不同频率设计洪水过程线(见图1)。

图1清水河水库坝址不同频率洪水过程线

4.3 设计洪水成果合理性分析

设计流域属小流域，流域面积82.6 km2。选用“雨洪法”计算设计洪水，其中：雨洪法以邻近的团溪雨量站为参证站，采用《贵州省暴雨洪水计算实用手册》中雨洪基本计算式；该公式是根据贵州省具有代表性的若干中小流域水文站实测资料拟定有关参数，并经过了大量的实际工程验证，符合贵州省特定的地理环境、水文地质条件和暴雨产、汇流条件，广泛应用于贵州省中小流域的暴雨洪水计算，在公式的采用中对公式适用条件(如流域下垫面条件、流域面积、流域几何特征值θ等)进行了合理判定，所选择的公式是正确合理的。从暴雨统计参数来看，以团溪雨量站为参证站，并结合周边雨量站分析区域暴雨规律，暴雨统计参数与贵州省最新的有关暴雨等值线图是吻合的。

从区域综合分析角度，清水河水库设计洪水P=0.1%～20%洪峰模数为8.25～1.85 m3/s· km2，与流域其他工程(上水水库洪峰模数为8.72～1.73 m3/s· km2、苟江水库洪峰模数为7.85～1.53 m3/s· km2)及邻近流域(龙岩水库洪峰模数为7.35～1.62 m3/s· km2)相差不多，符合该地区洪水的地区分布规律。计算推求的50年一遇洪水洪峰流量为371 m3/s，调查的2002年洪水洪峰流量为370 m3/s，该年洪水重现期50年，计算洪水成果基本与调查历史洪水接近，成果基本合理。

4.4 坝址处洪水复核结论

清水河水库“可研阶段”采用的设计洪水是采用“雨洪法”计算的，“可研阶段”设计暴雨成果取值是结合参证站团溪雨量站及等值线图查图成果综合取值得到，H24=88.0 mm，Cv=0.50，Cs=3.5Cv。洪水计算公式中，汇流系数γ1取值为0.066，径流系数C3取值为0.63～0.86(见表3)。

表3 清水河水库坝址处可研阶段设计洪水计算成果

经对可研阶段洪水计算方法及成果进行复核，并将参证站团溪雨量站资料延长至2015年，暴雨资料系列为1963—2015年，本阶段设计暴雨取值同样是根据参证站及等值线图查图成果综合取值得到，H24h=80 mm，Cv=0.55，Cs=3.5Cv。洪水计算公式中，各参数取值与“可研阶段”一致。经复核，“可研阶段”与初步设计阶段的设计洪水计算方法相同，水库坝址处洪水成果一致可信。因此，采用团溪雨量站实测洪水计算清水河水库洪水是合适的，成果也是合理的。

5 结 论

清水河水库扩建工程是合理利用清水河流域水资源、优化尚嵇集镇供水水源结构、保障供水安全和促进当地社会经济可持续发展的再创造过程。通过对清水河水库坝址以上流域的暴雨洪水特性规律进行推演计算，结合“雨洪法”计算分析获得水库坝址处的设计洪水成果，为水库扩建工程科学的规划建设提供了详实的数据依据，确保水库供水、防洪、兴利调度和改善生态环境等功能正常稳定发挥。