锦绣川水库流域设计面雨量推求方法

李 双，王芙蓉

（济南市锦绣川水库管理处，山东 济南 250112）

锦绣川水库总库容4100万m3，是济南市重要的中型水库。水库有效灌溉面积566.67hm2，年城市供水2000万m3。水库下游有2个乡镇，担负着仲宫街道办事处、济泰高速、历城一中、济南酿酒厂等重要的企事业单位及卧虎山水库的防洪安全。锦绣川水库汛中限制水位248.5m，限制库容3115万m3，汛中允许超蓄水位250m，超蓄库容3460万m3，汛末蓄水位250m，水库超蓄水位和限制水位之间仅有1.5m，可调节库容也仅有几百万立方米，防汛压力较大。

因锦绣川水库流域雨量站较少，仅有西营、枣林2处雨量站，周边流域有柳埠、邱家庄2处水文站，同时流域内长系列水文资料缺乏，因此为保障大坝和人民群众生命财产安全选择合适的面雨量计算方法，推求设计洪水，为水库防汛调度提供可靠数据，十分重要。

1 设计雨期

锦绣川水库流域受气候、地形地势影响较大，常出现短时强降雨，因此暴雨是造成本流域洪水的主要原因。

锦绣川水库流域内有西营、枣林2处雨量站，同属于玉符河水系位于水库周边的还有柳埠、邱家庄2处雨量站。这4处雨量站中，西营站设立时间为1952年，位于流域上游，水文资料系列较长，代表性较高。

通过对典型雨量站西营站较大暴雨资料进行分析，降雨持续时间一般在30h左右，个别场次降雨持续时间较长。经过进一步分析，在这些场次的暴雨中，短历时和强降雨（最大24h降雨量）占最大72h降雨量的90%以上。由此可看出，对锦绣川水库洪水大小起主要作用的是最大24h降雨量。但是在超过最大24h以外时间的降雨仍然会对洪水总量有一定的影响，考虑到锦绣川水库所处地理位置的重要性，确保锦绣川水库大坝安全，本次面雨量推求设计雨期定为72h。

2 设计雨量

分别运用直接面雨量法、山东省暴雨洪水查算图表法和地区暴雨综合频率曲线法三种不同方法进行推求锦绣川水库设计面雨量。

2.1 直接面雨量法

采用锦绣川水库流域内南山区枣林、西营雨量站实测资料，以流域内较多单站年最大值发生日期为线索，按同一起迄时间统计计算同一场暴雨的年最大24h、72h面雨量。面雨量的计算采用算术平均法。

以数理统计法来对锦绣川水库设计面雨量进行不同频率的分析计算；针对不同历时暴雨量的统计参数以矩法进行初估，取偏态系数Cs=3.5Cv，运用P-Ⅲ型频率曲线进行适线，以理论频率曲线与经验点据拟合较好为原则。通过上述计算和类比推求，结果见表1。

表1锦绣川水库设计雨量分析计算成果表（直接面雨量法）

2.2 地区暴雨综合频率曲线法

由地区暴雨综合频率曲线法分析计算水库设计雨量时，除采用水库流域内的枣林、西营两站外，还采用了在流域周边，同在玉符河流域暴雨洪水一致区的柳埠、邱家庄2处雨量站实测资料。流域北侧、东侧虽还有王家庄、官营、垛庄等雨量站，但这三站均属于小清河水系，因此本次未采用。采用地区暴雨综合频率曲线法，不仅雨量系列的代表性会大大提高，而且又增加了大的暴雨点据来控制频率曲线的外延，对水库防洪安全有利。

根据枣林、西营、柳埠、邱家庄各雨量站历年实测暴雨资料，按年最大值选样方法取得各站历年最大24h、最大72h雨量连序系列。采用P－Ⅲ型频率曲线，取偏态系数Cs=3.5Cv进行适线，以理论频率曲线与经验点据拟合较好为原则，确定统计参数计算成果。根据规范要求及出于安全考虑，地区综合频率曲线年最大24h、最大72h点雨量均值采用四站平均值，分别为99.1mm、118.4mm。适线Cv分别采用0.57、0.55。经点面折减换算后，可求得水库不同频率设计面雨量。经点雨量和面雨量折减换算后，计算结果见表2。

表2锦绣川水库设计雨量分析计算成果表（地区综合频率曲线法）

2.3 暴雨等值线图法

通过查找山东省暴雨等值线图，锦绣川水库流域中心处多年平均最大24h点暴雨量为103mm，相应Cv为0.57。最大72h点暴雨量为126mm，相应Cv为0.54，采用点面折减推求设计面雨量。由山东省暴雨等值线图法分析所得数据见表3。

3 方法比选

通过以上三种方法，比选后的结果见表4。

由表4可看出：直接面雨量法与等值线图法计算的最大24h面雨量基本相当，比地区暴雨综合频率曲线法计算值略大，差别在5%以内。直接面雨量法与地区暴雨综合频率曲线法计算的最大72h面雨量基本相当，比等值线图法计算值略小，差别在4%以内。

表3锦绣川水库设计雨量分析计算成果表（暴雨等值线图法）

暴雨等值线编绘时所采用的雨量资料均取自于1975年以前，资料系列短，代表性不强，因此采用等值线图查算得面雨量成果有偏大的可能性。由于采用的系列较短，系列的代表性不高，为防洪安全考虑，用此方法计算存在一定风险；以地区暴雨综合频率曲线法对锦绣川水库流域进行设计面雨量推求时，首先采用了本流域的两雨量站的实测数据，还将同在玉符河流域暴雨洪水一致区的流域周边的南山区柳埠、邱家庄2处雨量站的实测数据纳入其中。这两个雨量站位于水库下游和流域外侧，由于上述原因，计算结果同直接面雨量法相比较要小很多；直接面雨量法采用了流域内西营、枣林两处雨量站实测雨量资料，资料系列满足规范要求，因锦绣川水库流域面积较小，两处雨量站应能代表流域暴雨的分布情况。同时，同地区暴雨综合频率曲线法相比，本方法计算的设计面雨量更大一些，偏于安全。

表4锦绣川水库不同方法设计面雨量成果表 mm

综上所述，通过分析比较，由直接面雨量法对流域进行计算，比其他两种方法更合理，同时偏重于安全，所采用的雨量站数据代表性也较好，在后续的设计洪水等水文计算中应以直接面雨量法计算结果为依据，推算洪水演进过程。

本次对流域设计面雨量的计算和比选，得到符合水库流域实际情况的模型参数，通过对入库流量进行产汇流计算，预测洪水行进过程，对水文模型符合计算，从而提高预报精度，并根据预报结果提出优化的调度方案，为水库防洪调度提供可靠的技术支撑。