杨庄水库设计洪水复核分析

2020-11-04李泽军

海河水利 2020年5期

陈敏，李泽军

（1.天津市水利勘测设计院，天津 300204；2.天津市水文水资源勘测管理中心，天津 300061）

杨庄水库位于天津市蓟州区北部山区，属泃河流域。泃河发源于河北省兴隆县大青山南侧，由黄崖关入蓟州境内，向南流经中营、下营至杨庄。杨庄水库于2002年2月正式开工建设，2003年6月开始蓄水，坝址以上流域面积296 km2，总库容2 700万m3。

杨庄水库坝址处无水文站，下游1.8 km有罗庄子水文站，属国家基本站。该站1974年6月由下游6 km处的泥河水文站上迁，建立罗庄子水文站。泥河水文站于1956年6月设立，观测年限为1956年6月至1974年6月，罗庄子水文站从1974年7月开始设站观测至今。

杨庄水库上游设有雨量站4处，分别为茅山、水厂、黄崖关及下营，下营雨量站位于天津市蓟州境内，设立年份为1953年。

由于杨庄水库坝址处无水文站，无法用水量平衡法反推入库洪水。水库上游的下营雨量站，为国家基本雨量站，且观测年份较长，因此考虑采用降雨资料，建立建库前下营站降雨与坝址洪水的相关关系，推求历年洪水，并依据水库较近的雨量站降雨资料插补入库洪水，对杨庄水库设计洪水进行复核。

1 洪水系列复核

本工程原设计洪水系列采用泥河、罗庄子水文站实测1956—2000年系列，并采用水文比拟法推求设计坝址年最大洪峰流量系列。

根据《1841—1970年海河流域水文特征资料》刊印的历史洪水调查表，查得泥河水文站5项特大洪水，其中属于调查考证的历史洪水有3次，即1890、1894、1919年，其洪峰流量分别为 2 510、3 280、2 140 m3/s；实测期内（1956—2000年）特大洪水有2次，即1958、1962年，其洪峰流量分别为1 820、1 750 m3/s。

根据《天津市水利志》卷一《蓟县水利志》刊载的水灾灾情表对1855—1974年水灾灾情描述，经调查考证的3次历史洪水确实是百余年来最大的3次洪水。根据历年《海河流域水文资料》的洪水要素摘录表，调查得到泥河水文站1985、1962年的洪峰流量分别为1 820、1 750 m3/s。

罗庄子、泥河水文站为国家基本水文站，资料详实可靠，经复核调查记录成果较可靠。

2 洪水系列延长

原坝址洪水依据罗庄子水文站洪水成果推算，洪水发生时间按罗庄子水文站统计，罗庄子水文站位于下营雨量站下游，因此洪水发生时间较降雨发生时间滞后。

下营雨量站最大24 h雨量P24h与年最大3 d雨量P3d发生时间基本一致，大多数年份发生在7月下旬至8月上旬，与罗庄子水文站年最大洪水的发生时间基本一致，尤其是大洪水年份一致性更好。1960—2000年下营雨量站年最大24 h雨量P24h与罗庄子最大洪水发生时间一致的年份共有25 a，占61%；年最大3 d雨量P3d与最大洪水发生时间一致的年份共有23 a，占56%。因此，采用年最大P24h雨量与洪峰流量Qm和最大P3d雨量与W3d洪量建立相关关系，推算回归方程，如图1—2所示。

从图1—2可以看出，点距均匀分布在回归线的两侧，降雨与洪水的相关性较好。这是由于杨庄水库流域面积较小，且下营雨量站距离杨庄水库较近，降雨与水库坝址洪峰同频率。根据回归方程，可以延长杨庄水库2000—2017年洪水系列。

图1 年最大P24h雨量与洪峰流量Qm相关分析

图2 年最大P3d雨量与W3d洪量相关分析

3 系列代表性分析

经过本次延长，杨庄水库共计有1956—2017年的62 a系列，同时还有1890、1894、1919年3 a历史洪水，其长度已能满足现行规范对洪水计算的要求。统计计算不同系列的洪峰、洪量的算术平均值，结果详见表1。

表1 不同系列洪峰、洪量算术平均值对比

从表1可以看出，延长后的1890—2017年系列与建库前的1890—2000年系列的均值较为接近，Qm、W3d相对差分别下降7.4%、10.5%；延长的2001—2017年系列较建库前的1890—2000年系列相对差减少很多，Qm、W3d相对差分别下降58.2%、61.7%。延长后系列均值降低是由于延长的2001—2017年系列均值降低较大的缘故。

由于建库前系列已经包含20世纪50—60年代的丰水系列、70—80年代的平水系列以及90年代的枯水系列，由此可见建库前系列具有较好的代表性。

4 洪水分析计算

根据延长后的1890—2017年系列，采用P—Ⅲ型频率曲线进行分析计算，结果详见表2。本次成果较初步设计成果有所降低，其中洪峰流量降低较少，均值降低，Cv值增加，稀遇洪水基本不变化，降低幅度由高标准向低标准增高；最大3 d洪量变化规律与洪峰流量的变化规律一致。

表2 杨庄水库坝址设计洪水计算成果

5 成果的合理性分析

将本次设计洪水的变化规律与《永定河系防洪规划》（2008年）中的官厅山峡站的设计洪水的变化规律进行比较发现，官厅水库山峡站设计洪水2008年成果系列为1925—1937、1939、1941—1944、1949—1997年共67 a，加入历史洪水1801、1893年后组成69 a，设计洪水成果较1984年成果洪峰、洪量均值均减少，但CV值增加，洪水设计值有所降低，稀遇洪水相差不大，常遇洪水减少较多。其原因是由于系列1980年延长至1997年造成的，该段大多数年份属于枯水年。官厅山峡站2008年成果与1984年成果比较，详见表3。