同频法在呼图壁梯级水库洪水计算中的应用

魏召才

（新疆昌吉方汇水电设计有限公司，新疆 昌吉 831100）

梯级水库中的上游水库对洪水进行调节, 改变天然洪水的状况，直接影响下游水库的设计洪水[1]。设计洪水地区计算常用方法有组成典型年法、同频率地区组成法和相关法。同频率地区组成法是根据防洪要求，选定某一分区出现与下游设计断面同频率的洪量，其余分区的相应洪量总数按照水量平衡原则推求[2]。本文以呼图壁河流域为例，围绕同频率地区组成法在该流域梯级水库洪水计算的应用展开分析。

1 研究区概况

呼图壁河流域位于东天山北麓中段，准噶尔盆地南缘。石门水文站为呼图壁河水量控制站，测站以上集水面积1840 km2，多年平均径流量为4.76 亿m3。

选取呼图壁河石门水文站至出山口河段，在建石门水库位于石门水文站下游7.5 km，坝址以上集水面积1958 km2，设计库容7975 万m3，工程等级为大（Ⅱ）型水库。在建齐古水库位于石门水库下游约10.5 km，总库容2080.9 万m3，工程等级中型水库。石门水库下游接石门水电站，厂房位于齐古水库回水线位置。围绕石门水库建成后对齐古水库和石门水电站厂房的设计洪水的影响展开分析。

2 水文条件分析

2.1 水文资料收集与处理

自1956 年以来，呼图壁河自出山口以上设立了石门、卡勒格牙基本水文站，在下游平原区设立过青年渠首专用水文站。计算收集到了呼图壁河上石门水文站1978 年～2010 年洪水实测资料、卡勒格牙水文站1956 年～1967 年、1969 年～1970年实测洪水资料、青年渠首站1963 年～2010 年实测洪水资料。从资料总体看，呼图壁河上有1956 年～2010 年实测洪水资料。因此，拟根据石门水文站、卡勒格牙水文站以及青年渠首站实测洪水系列，分析三站之间的相关关系，将三站洪水系列延长到1956 年～2010 年。

2.2 水文站设计洪水计算

采用石门水文站、卡拉格牙水文站延长插补后1956 年～2010 年54 年洪峰系列，频率曲线采用P－Ⅲ型曲线拟合，均值按式（1）计算，CV、CS初始值计算按式（2）、式（3）计算[3]。

按照理论频率曲线与经验点据拟合较好为原则进行目估适线，计算结果见表1。

3 洪水计算

3.1 坝址同频法

（1）根据石门水文站和卡勒格牙水文站设计洪水成果，分别采用面积的一次方将石门水文站和卡勒格牙水文站设计成果放大至石门水电站坝址处和齐古水库坝址，作为石门水电站坝址处设计洪水和齐古水库坝址天然状态设计洪水成果[4]。

表1 石门水文站、卡勒格牙水文站不同设计频率洪峰流量成果表

（2）用齐古水库天然设计洪水减去石门水电站坝址处设计洪水，得到石门水电站坝址处至齐古水库坝址区间设计洪水。

（3）根据石门水电站调洪原则，对石门水电站坝址处设计洪水进行调洪演算。

（4）最后将石门水电站调洪后的下泄洪水与区间设计洪水进行叠加，得到经石门水电站调蓄后的齐古水库设计设计洪水成果，见表2。

表2 两种方法计算成果对比表

3.2 区间同频法

（1）根据卡勒格牙水文站设计洪水成果，采用面积的一次方将卡勒格牙水文站设计成果放大至齐古水库坝址，作为齐古水库天然状态设计洪水成果。

（2）根据《新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集》相关成果，采用调蓄单位经验线法计算石门水电站至齐古水库坝址处区间设计洪水。

（3）将齐古天然设计洪水减去区间设计洪水，从而推求石门水电站坝址处设计洪水。根据石门水电站调洪原则，对入库洪水进行调洪演算。

（4） 将石门水电站下泄洪水与区间设计洪水进行叠加，得到经石门水电站调蓄后的齐古水库设计洪水成果，见表2。

3.3 成果对比分析

本文通过两种方法对石门水库建成后齐古水库入库洪水进行分析计算，计算成果见表2。

从表中可以看出，两种方法中，方法一计算成果洪峰流量要略小于方法二，而时段洪量要略大于方法二，两种方法计算成果总体相差不大。根据下游不同防洪对象应按照对工程最不利影响进行选择。对石门水电站厂房，洪峰流量的危害要大于时段洪量，因此推荐方法二计算成果；而对齐古水库而言，时段洪量对水库的规模影响较大，因此推荐方法一计算成果。

4 结语

对于流域梯级开发，设计洪水成果对工程规模的确定具有较大的影响，合理拟定设计洪水地区组成直接关系到设计洪水成果的可靠性和合理性。本文根据同频率地区组成法的基本原理，采用坝址同频法和区间同频法对齐古水库及石门电站断面设计洪水进行计算对比分析。实际应用中，应结合对下游防护对象的不利影响，合理选用成果，为后续工程设计提供依据。

石门水文站与卡拉格牙水文站没有平行的同期观测资料，无法采用典型年法进行分析，而区间洪水采用暴雨图集法进行计算，计算方法简单，对最终成果精度起到保障作用。