鄭軍

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 流域工程概況

新疆某水電站工程位于001水利樞紐下游16.2 km，距下游水文站約300 m，距上游A河河口約12 km，承擔發(fā)電反調(diào)節(jié)任務(wù)。該水電站工程壩體為混合壩型（混凝土壩和土石壩），主壩為碾壓混凝土壩，總壩長963.10 m，最大壩高51 m，水庫總庫容1.21億m3，裝機容量140 MW。該工程由攔河壩、泄水建筑物和發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等主要建筑物組成。

2 由流量資料推求設(shè)計洪水

2.1 資料審查

在應(yīng)用資料前，首先要對原始水文資料進行審查，洪水資料必須可靠，具有必要的精度，而且要具備頻率分析所必須的某些統(tǒng)計特征。為使洪水資料具有一致性，要在調(diào)查觀測期中洪水形成條件相同，當使用的洪水資料受人類活動如修建水工建筑物、整治河道等的影響有明顯變化時，應(yīng)進行還原計算，使洪水資料換算到天然狀態(tài)的基礎(chǔ)上?，F(xiàn)收集有下游水文站近50年實測逐月月平均流量資料，徑流系列齊全完整，不需要進行插補延長工作。由于壩址下游有灌區(qū)分布，用水量歷年來呈遞增趨勢，故水文站實測徑流系列不能夠如實反映天然徑流狀況，必須進行徑流系列還原工作，需沿用上游水庫初設(shè)階段的徑流系列還原方案，進行徑流系列還原，還原后的徑流系列要繪制年徑流模比系數(shù)累積平均過程線及年徑流模比系數(shù)差積曲線，模比系數(shù)累積平均過程線于1981年起穩(wěn)定趨于1.0，差積曲線表明該系列具有一個完整的豐平枯周期。由此可以認為，經(jīng)還原后水文站的年徑流系列具有一定的代表性。

2.2 推求上游水庫壩址天然設(shè)計洪水

設(shè)計洪水包括設(shè)計洪峰流量、不同時段設(shè)計洪量及設(shè)計洪水3個要素。洪水處理的關(guān)鍵是重現(xiàn)期的確定和經(jīng)驗頻率計算，在洪水頻率計算中，經(jīng)驗頻率是用來估計系列中各項洪水的超過概率，以便在格紙上點繪洪水點子，構(gòu)成經(jīng)驗分布。實測系列的經(jīng)驗頻率仍按連續(xù)系列經(jīng)驗頻率公式計算，經(jīng)驗頻率計算公式為：

式中：Pm——實測系列第m項的經(jīng)驗頻率；m——實測系列由大至小排列的序號；n——實測系列的年數(shù)；PM——特大洪水第M序號的經(jīng)驗頻率；M——特大洪水由大至小排列的序號；N——自最遠的調(diào)查考證年份至今的年數(shù)。

在洪水頻率計算中，我國規(guī)范統(tǒng)一規(guī)定采用適線法，但矩法也是一種簡單的經(jīng)驗參數(shù)估計方法，它無需事先選定頻率曲線線型，因而是洪水頻率分析中廣泛使用的一種方法。在用矩法初估參數(shù)時，對于不連續(xù)系列，假定n-1年系列的均值和均方差與除去特大洪水后的N-a年系列相等，即：

由公式（2）可以導出參數(shù)計算公式：

由公式（1）、（3）和（4）計算后所得數(shù)值，可以繪制出該水電站上游水庫壩址年最大洪峰流量頻率曲線圖，見圖1所示。

圖1 上游水庫壩址年最大洪峰流量頻率曲線

2.3 推求A河河口的區(qū)間相應(yīng)洪水

考慮到該水電站壩址以上的大洪水主要來自上游水庫壩址以上區(qū)域，以及資料條件較差的因素，壩址以上設(shè)計洪水地區(qū)組成，按上游水庫與該水電站同頻率洪水、區(qū)間相應(yīng)洪水組成擬定，推求設(shè)計洪水工況下的A河河口的區(qū)間相應(yīng)洪水。為實際應(yīng)用，關(guān)于水庫回水計算所需設(shè)計洪水的推求，根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗，采用比擬方式推求。兩水庫壩址區(qū)間的相應(yīng)洪水，以考慮推求A河匯合口末端的相應(yīng)洪水進行，為簡化計算，采用上游水庫初步設(shè)計階段設(shè)計洪水過程，按面積比擬法反算水文站站址處的設(shè)計洪水過程。考慮到在推求A河匯合口的相應(yīng)洪水過程中出現(xiàn)回水現(xiàn)象，故從偏于安全角度考慮，洪峰的面積比指數(shù)取值為1（僅限于此），則面積比擬法推算公式為：

式中：F1，Q1，W1為上游水庫壩址以上流域面積、洪峰流量與時段洪量，n為洪峰面積比指數(shù)；再取水文站與上游水庫壩址兩處的設(shè)計洪水過程之差值，作為A河河口匯入的區(qū)間相應(yīng)洪水過程，并由此反推A河河口天然相應(yīng)洪水的時段設(shè)計洪量。水庫回水計算所需A河匯合口設(shè)計洪水的推求，根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗，干流100年一遇設(shè)計洪水相對應(yīng)于支流約50年一遇設(shè)計洪水，干流50年一遇設(shè)計洪水相對應(yīng)于支流約20年一遇設(shè)計洪水。取上游水庫壩址初步設(shè)計階段的天然設(shè)計洪水成果進行比較，得100年一遇與50年一遇的設(shè)計洪峰比值為1.26，50年一遇與20年一遇的設(shè)計洪峰比值為1.45，100年一遇與5年一遇間的各設(shè)計頻率檔次間洪峰、時段洪量的平均比值為1.267，故取該值。將前段所述推求的A河河口P=5%、P=10%、P=20%的相應(yīng)洪水過程再按同倍比法放大，得A河河口P=5%、P=10%、P=20%的設(shè)計洪水過程。A河河口的相應(yīng)洪水與設(shè)計洪水過程線參見圖2所示。

圖2 A河匯合口相應(yīng)洪水與設(shè)計洪水過程線

2.4 推求該水電站壩址天然設(shè)計洪水

采用上游水庫初步設(shè)計階段設(shè)計洪水過程，按面積比擬法反算水文站站址處的設(shè)計洪水過程，作為該水電站壩址處的天然設(shè)計洪水過程。依據(jù)所用面積比擬法推算公式（5）計算，式中n取值為0.6。由此反推水電站壩址處天然設(shè)計洪水的時段設(shè)計洪量，成果參見表1所示。

表1 水電站壩址天然設(shè)計洪水成果表

2.5 推求該水電站壩址洪水（入庫設(shè)計洪水）

對于設(shè)計頻率大于1%時，采用上游工程初步設(shè)計階段設(shè)計洪水過程，進行水庫調(diào)洪演算后，得上游水庫的出庫洪水過程，再與A河的相應(yīng)洪水過程相疊加，取疊加后峰量最大的過程作為本水電站入庫設(shè)計洪水過程，然后統(tǒng)計該入庫設(shè)計洪水成果。對于當設(shè)計頻率等于1%及小于1%時，采用上游水庫對下游承擔防洪任務(wù)時的最大控泄流量為基流，按偏安全考慮疊加上游水庫與本水電站兩庫區(qū)間的A河的相應(yīng)洪水與設(shè)計洪水過程，作為該水電站入庫設(shè)計洪水過程。最后統(tǒng)計該入庫設(shè)計洪水成果，如表2所示。

表2 入庫設(shè)計洪水成果表

3 結(jié)語

此水電站為上游水庫的后繼工程，由于壩址的徑流受上游水庫制約，來水的自然狀況受到影響，天然入庫與調(diào)節(jié)后的出庫水量不同頻，已無一一對應(yīng)關(guān)系，故該水電站壩址徑流分為上游水庫出庫泄水過程和區(qū)間A河天然匯入過程兩部分。

由流量資料推求設(shè)計洪峰流量及不同時段的設(shè)計洪量，可以使用數(shù)理統(tǒng)計方法，計算符合設(shè)計標準的數(shù)值，設(shè)計時根據(jù)建筑物級別選定不同頻率作為防洪標準，以概率形式估算未來的設(shè)計值，同時以不同頻率來處理安全和經(jīng)濟的關(guān)系。

[1]詹道江，葉守澤，等.工程水文學[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

[2]河海大學，長江水利委員會.三峽工程水文預報及設(shè)計洪水研究[R].1994.

[3]劉建基，等.新疆伊犁水電站工程初步設(shè)計報告（上冊）[R].2006.