饮马河流域设计洪水地区组成分析计算

王 洁，孙 依

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021）

洪水地区组成是设计洪水分析计算的重要组成部分，它对流域开发和工程规模的确定具有较大的影响。当设计水库对下游有防洪任务或设计断面上游有调蓄作用较大的水库时，应分析洪水的地区组成。常用的洪水地区组成分析方法有地区组成法（典型年法和同频率法）、频率组合法和随机模拟法。其中，地区组成法中的同频率法目前应用最为广泛，本文就此方法对饮马河流域洪水组成进行分析计算。

1 概况

饮马河是松花江南源下游左岸最大的一条支流，发源于伊通县地局子乡老爷岭东南侧，流经磐石市、永吉县、双阳区、九台区、德惠市、农安县和长春市二道区等县（市、区），在农安县靠山乡红石垒屯东南汇入第二松花江，流域集水面积为17 392 km2，河道长386 km，河道平均比降为0.03%。流域内平均高程在300 m 左右，南部多为棕色森林土和灰棕色森林土，北部台地多为黑土及黑钙土，土质肥沃，宜于耕作，是国家重要的商品粮基地。

饮马河流域（伊通河口以上）目前建有2 座大型水库：星星哨水库，位于岔路河中游，集水面积为845 km2，水库总库容为2.65×108m3，是以灌溉为主，结合防洪发电养鱼等综合利用大（2）型水库；石头口门水库，位于饮马河中游，集水面积为4 944 km2，总库容为12.77×108m3，是以供水、防洪为主，结合灌溉发电养鱼等综合利用的大型枢纽工程。

2 设计洪水计算

2.1 洪水还原与演进

此次还原星星哨水库、石头口门水库6—9 月逐日入库流量，其中，石头口门水库还原时充分考虑星星哨水库蓄水变量，洪峰流量按洪水要素摘录还原。

饮马河石头口门水库坝址以下河道比降逐渐减缓，河槽调蓄量明显增加，因此，德惠水文站、石头口门水库～德惠水文站区间天然洪水的还原，采用马斯京根法推求，计算公式：

Q2=C0I2+C1I1+C2Q1

式中：Q1，Q2为时段初、末河段出流，m3/s；I1，I2为时段初、末河段入流，m3/s；C0，C1，C2为洪水演进系数，分别取0.091，0.636，0.273。

采用马斯京根法将石头口门水库出流、入流分别演进到德惠水文站，得出石头口门水库～德惠水文站区间的洪水过程和德惠水文站天然洪水过程。

2.2 洪水系列采用

星星哨水库站洪水系列为1934—1940，1951—2020 年。其中，1934—1940，1951—1953 年各时段洪量是通过与石头口门相应时段洪量建立相关关系插补得出，洪峰流量由该站的峰、量关系插补得出。1953—1956 年由该站水位推流，1957—1972 年为实测资料，1973—1980 年为保坝还原系列，1981—1995 年为水库增容还原系列，1996—1998 年为饮马河流域防洪规划还原系列，1999—2020 年为此次星星哨水库还原系列。

石头口门水库站洪水系列为1934—1940，1951—2020 年。其中，1934—1940，1951—1952 年由该站水位插补，1952—1958 年为实测系列，1959—1980 年为保坝设计还原系列，1981—1995年为水库增容还原系列，1996—1998 年为饮马河流域防洪规划还原系列，1999—2020 年为此次石头口门水库还原系列。

德惠站洪水系列为1953—2020 年。石头口门水库建库后，德惠站天然成果由石头口门水库入流演进到德惠站后加石头口门水库～德惠水文站区间过程得来。

2.3 设计洪水计算成果

根据以上各站及区间洪水过程，按年极值法统计，统计时段洪量包括洪峰流量Qm、1 d 洪量W1、3 d 洪量W3、7 d 洪量W7。采用矩法公式计算洪水统计参数，采用P-Ⅲ型频率曲线，用经验适线法目估适线，偏态系数Cs采用与变差系数Cv值的经验倍比关系，按适线最佳原则确定洪水参数。将此次计算成果与水利部规划总院审批的《吉林省德惠市饮马河重点段治理工程可行性研究报告》中成果进行对比分析，主要参证站设计洪水参数及成果见表1。由表1 可知，星星哨水库站洪峰流量设计值较原成果（系列采用到2010 年）略大，主要原因在于系列延长后考虑了2017 年大洪水。星星哨水库为大型水库，调洪库容为2.03×108m3，调洪库容较大，根据调洪设计经验，矮胖型洪水过程线对调洪不利，即洪量对调洪成果影响较洪峰大。星星哨水库洪量及其余各参证站洪峰、洪量设计值均小于原成果，因此，星星哨、星石区间、石头口门、石德区间、德惠站设计洪水仍采用已批复的《吉林省德惠市饮马河重点段治理工程可行性研究报告》中成果，见表2。

表1 主要参证站不同阶段设计洪水计算成果比较表

表2 主要参证站及区间设计洪水计算成果表

3 洪水地区组成

通过拟定以不同分区来水为主的组成方案，对每个组合方案计算上游工程所在断面和区间洪水的峰、量，以及各断面相应洪水过程线，由调洪计算得到水库下泄洪水过程线，将水库下泄洪水过程线与区间洪水过程线及洪水演进洪水过程进行组合，推求出不同设计断面的洪水过程线。

3.1 洪水地区组成方案

根据饮马河流域暴雨洪水特性和流域内水利工程的现状，石头口门水库以下各频率设计洪水采用同频率地区组成法计算。组合方案：1）石头口门水库控制，星～石区间同频，星星哨水库相应；2）德惠站控制，石头口门水库～德惠区间同频，石头口门水库相应，石头口门水库相应考虑了星星哨水库的调蓄作用；3）德惠站控制，石头口门水库～德惠区间相应，石头口门水库同频。

3.2 设计洪水过程线

从各站洪水还原资料中选择资料比较完整、测验精度较高、对水库及下游防洪偏不利的大洪水过程为典型过程，石头口门水库控制各典型过程线选择1953 年7 月30 日至8 月28 日典型过程；德惠站控制区间同频和水库同频分别选择1956 年7 月6 日 至8 月4 日、1953 年7 月30 日至8 月28 日典型过程。

各控制点和区间为主的设计洪水过程线，采用同频率分时段控制放大的方法推求。星～石区间为主的设计洪水过程线采用同倍比W7控制放大的方法推求，其余各控制点和区间为主的设计洪水过程线采用同频率分时段控制（Qm，W7控制）放大的方法推求。德惠站控制，石～德区间相应的设计洪水过程线采用德惠设计洪水过程与石头口门水库设计洪水过程线演进到德惠后相减得出。德惠控制石头口门水库相应设计洪水过程线，由德惠设计洪水过程线减去石头口门水库～德惠水文站区间设计洪水过程线，并反向演进至石头口门水库坝址得出。

3.3 组合洪水

饮马河干流各控制点设计洪水组合情况：1）石头口门水库以上洪水，各控制点设计洪水由饮马河石头门口水库以上地区综合图求得。2）石头口门入库洪水采用星星哨水库出流错1 d 与星～石区间的流量过程组合的方法求得。3）将石头口门水库同频率出流（相应出流）过程演进到德惠，与石～德区间相应（同频)设计洪水过程线组合，得到德惠站组合洪水过程线（两种组合选大值），求出德惠站组合洪峰流量。通过方案比选，区间同频、水库相应的组合成果较大，为最终选用成果。4）石头口门水库到德惠区间各控制点的组合洪水，根据石头口门水库最大泄量与德惠站组合洪水成果，采用各区间面积内插方法求得。5）石头口门～伊通河河口以上区间设计洪水采用与石头口门水库～德惠水文站区间面积比的n次方求得。

各控制点组合洪水成果见表3。

表3 饮马河干流各控制断面组合设计洪水计算成果表

4 水库调度原则

在保证水库安全的前提下，按下游防洪需要对洪水进行调蓄，确定水库洪水调节原则：

1）星星哨水库调度原则。从汛限水位241 m起调，当水库遭遇10 年及10 年以下一遇洪水时，水库控制泄流350 m3/s，超过10 年一遇洪水时，按泄洪洞泄流能力泄流，遭遇100 年及100 年以上一遇洪水时输水洞辅助泄流。

2）石头口门水库调度原则。大于5年（库水位达到188.83 m）小于等于20年洪水控制放流700 m3/s，大于20 年（库水位达到190.18 m）小于等于100 年洪水控制放流量为800 m3/s，大于100 年（库水位达到191.54 m）小于等于200 年洪水控制放流量为1 000 m3/s，200年以上洪水当水库水位达到192.14 m时，按水库泄洪建筑物最大泄流能力泄流。

5 结语

饮马河流域地处吉林省中部地区，是国家重要的商品粮基地，也是长春地区主要的生产生活水源，流域内人口和产业密度高，在吉林省经济社会发展和生态安全方面具有十分重要的地位。饮马河流域的地区洪水组成分析，是吉林省众多的流域洪水分析计算实例中较为典型的一个，上文充分结合流域的气象和自然地理条件，分析地区洪水组成规律，选择了最符合实际的遭遇组合类型，合理地调度洪水，保障河道下游两岸人民生命财产安全。该成果对今后饮马河流域水利水电工程建设和防洪体系的建设具有重要的参考意义。