亮甲山水库设计洪水复核计算

孙 依，王 洁

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春 130021）

1 工程及流域概况

亮甲山水库位于吉林省舒兰市卡岔河上游亮甲山乡，水库始建于1966年，1968年10月竣工并投入运行，1976 年开始安全加固设计，1982 年7 月竣工验收。水库于2002年进行除险加固设计，工程设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为2 000 年一遇。亮甲山水库坝址以上控制流域面积为618.0 km2，总库容1.264×108m3，主要由土石坝、溢洪道、输水洞等组成，是一座以防洪除涝为主、兼顾灌溉养鱼等功能的大（2）型水库，为卡岔河流域洪涝灾害的防治起到了重要作用。

亮甲山水库位于拉林河流域卡岔河上。卡岔河为拉林河流域左岸第二大支流，发源于舒兰市老爷岭山脉庆岭山朱家小院屯，流经舒兰和榆树市，最终汇入拉林河。卡岔河河道全长213.0 km，河道平均比降0.03%，流域形状呈柳叶形，流域面积为3 136.0 km2，地势南高北低，以丘陵岗地面积为主，占整个流域面积的61.00%，分布于河谷平原两侧，山地和河谷平地的面积占比分别为11.10%和27.90%。

2 暴雨洪水特性

卡岔河流域暴雨常年多发生于7—8 月，原因是吉林省处于副热带高压的西北部，有利于西南气流的输送，同时，台风、气旋的频繁活动也极易造成流域大暴雨。根据卡岔河流域历年降雨资料分析，一次降雨不超过5 d，常为1～3 d，一次降雨量的60.00%～70.00%主要集中在1 d。

卡岔河流域的大洪水主要由暴雨形成，多发生在7—8 月。暴雨多集中在流域的上游区，主要是由于暴雨集中，历时较短，且卡岔河上游为山丘区性河流，河道比降较陡，汇流速度较快，洪水常常陡涨陡落、来势凶猛。流域洪水过程通常表现为1～3 d，以单峰型为主，特殊情况（如连续降雨）可能出现双峰型。

3 水文资料

亮甲山水位站于1951 年设立，1956 年7 月1 日改为流量站，1966 年10 月1 日在断面上游700 m处修建水库，水库于1967 年9 月30 日合拢蓄水，原断面观测撤消，改为亮甲山水库观测站，观测坝下出流和坝上水位至今。此次采用的水文系列为1956—2020 年，其中，1956—1967 年为水文站观测资料，1968—2020 年为水库站观测资料。

亮甲山水库以上有响水水库和太平水库两座中型水库。响水水库控制流域面积为76.3 km2，始建于1966 年12 月，1969 年合拢蓄水，1974 年10 月竣工，该水库从1972 年开始有观测资料，大部分年份没有洪水要素摘录资料，此次采用系列为1972—2020年。太平水库控制流域面积为109.0 km2，该水库始建于1956 年10 月，1966 年7 月竣工，无任何观测资料。

4 设计洪水复核分析

亮甲山水库自2002 年除险加固设计后距今已有20 余年，此次将水文系列延长至2020 年，对水库开展设计洪水成果复核工作。根据《亮甲山水库2018 年洪水调度方案》，将亮甲山水库汛期划分为3 期：前汛为6 月1 日—7 月10 日，主汛为7 月11日—8 月20 日，后汛为8 月21 日—9 月30 日。

4.1 主汛设计洪水

4.1.1 历史洪水及重现期

根据《吉林省洪水调查资料》《吉林省场次洪水》等文献资料记载及多次洪水定量进行调查和访问工作，沿河段共访问村屯4个，被访人数近40人，共指认洪痕13 处，其中，1909 年3 处、1936 年10处。经分析，历史洪水顺位为1856，1909（878 m3/s，较可靠），1936（749 m3/s，较可靠）[1]。由于1856 年洪水没有定量，且可靠性较差，不予采用。此次将1909 年洪水按1909 年以来的首位洪水处理，重现期为112 年。

4.1.2 洪水系列的还原

2002 年，《吉林省舒兰市亮甲山水库除险加固工程初步设计报告》中分别对亮甲山水库、响水水库和太平水库观测资料进行洪水还原。其中，响水水库采用水库观测资料还原；太平水库因没有观测资料，除险加固阶段还原借用响水水库的入库与出库水量，用面积比的方法推求太平水库的入库与出库流量；亮甲山水库入库洪水成果通过亮甲山水库出库及响水、太平两水库蓄水变量还原计算得出。响水、太平～亮甲山水库（下文简称亮～响太）区间洪水还原分为两个部分：1956—1967 年，由亮甲山水文站实测资料与响水、太平两水库入库流量作差的方法得出；1968—2002 年，由亮甲山水库入库流量与响水、太平两水库出库流量作差推得。还原公式：

式中：Q入为水库入库流量，m3/s；△V为前后时段库容差，104m3；△T为前后时段时间间隔，s；Q出为水库坝下出流量，m3/s。

4.1.3 设计洪水复核

亮甲山水库在除险加固时，最终采用了亮甲山水库控制，亮～响太区间为主，响水、太平水库相应的组合方案，因此，此次主要复核该组合方案的设计洪水成果。亮甲山水库和亮～响太区间洪水参数依据还原后洪水系列及洪水调查成果，采用矩法公式计算洪水统计参数[2-4]。洪峰流量按不连序系列计算，各时段洪量按连序系列计算。

式中：PM为第M项特大洪水经验频率；M为特大洪水序位；N为历史洪水调查考证期；a为特大洪水个数；Pm为第m项洪水的经验频率；m为洪水连序系列中的序位；n为洪水连序系列项数；l为从n项连序系列中抽出的特大洪水个数[5，6]。

采用P-Ⅲ型曲线目估适线[7]，洪峰流量Qm、1 d 洪量W1d、3 d 洪量W3d按照Cs=2.5Cv的倍比关系计算，7 d 洪量W7d按照Cs=2.0Cv的倍比关系计算，计算成果见表1。

表1 设计洪水复核成果比较表

由表1 可以看出，此次设计洪水复核成果均比除险加固阶段有所减小。为延续工程设计洪水的一致性，且从保证水库安全度汛的原则考虑，此次亮甲山水库设计洪水复核推荐采用《吉林省舒兰市亮甲山水库除险加固工程初步设计报告》设计洪水成果。

4.1.4 设计洪水过程线

由于亮甲山水库、响水水库及太平水库近年来未发生较大洪水，故此次设计洪水过程线仍采用除险加固阶段过程线成果。亮甲山水库控制与亮～响太区间选用1965 年8 月1 日—8 月7 日实测洪水过程作为典型洪水过程，洪水历时7 d，时段为3 h。采用分时段同频率控制放大法求得设计洪水。根据实地调查及2002 年洪水的分析，响水、太平水库至亮甲山水库传播时间分别采用6，3 h。

4.2 前、后汛设计洪水

分别在前汛、后汛期内按照天然洪水系列统计Qm，W1d，W3d，W7d，设计洪水采用系列为1956—2020 年，共计65 年，洪峰、洪量均按连续系列计算，理论频率曲线采用P-Ⅲ型曲线，根据适线最佳原则调整各时段洪水参数。前、后汛设计洪水成果见表2。

表2 前后汛设计洪水成果表

亮甲山水库前、后汛洪水地区组成采用方案与主汛期一致。根据典型年洪水过程线选取原则[8]，选用峰高量大、对工程最不利的来水过程作为典型。因此，前汛选用2013 年6 月30 日—7 月7 日实测入库洪水过程作为典型，后汛选用2020 年9 月6日—9 月13 日实测入库洪水过程作为典型，洪水过程历时均为7 d，时段为3 h。

5 结语

设计洪水复核工作不仅是水库除险加固设计的依据，同时，在水库防洪度汛中也扮演着较为重要的角色。随着水文资料系列的延长，水文计算的方法更加全面与成熟，定期对水库进行设计洪水复核也使得计算结果更加趋于可靠。本文不仅对原有设计洪水成果进行复核，还根据水库最新调度规程补充计算前、后汛设计洪水成果，在满足防洪度汛要求的基础上，可以更好地调度与利用水资源，为水库日后的水资源管理与发展起到了十分必要的作用。