摘 要：設(shè)計(jì)洪水是水利工程立項(xiàng)規(guī)劃前期的重要水文分析計(jì)算工作，是為工程防洪安全所提供的重要參考依據(jù)。文章采用間接法根據(jù)工程實(shí)際地理位置水文氣象特性，針對(duì)工程主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)作用和價(jià)值，以流域徑流和洪水為主要分析方面對(duì)工程位置區(qū)域的水文特性進(jìn)行了分析計(jì)算和論述。為工程壩址區(qū)位置選擇和壩體設(shè)計(jì)提供了可行性參考建議。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)洪水；面積倍比；壩體設(shè)計(jì)；防洪標(biāo)準(zhǔn)；徑流分析

1 流域概況

烏云河新村攔河壩工程位于黑龍江省伊春市嘉蔭縣境內(nèi)烏云河河口附近，行政區(qū)域隸屬于嘉蔭農(nóng)場，烏云河為黑龍江右岸一級(jí)支流，流域范圍在東經(jīng)129°02′～130°00′，北緯48°35′～49°09′之間，流域面積2949km2，流域形狀是上寬下窄略呈三角形，流域呈西南東北走向，屬典型山溪性河流。流域平均坡降5.31‰。流域主要支流左岸有福民河匯入，河長42km，集水面積489km2。右岸有樟子氣河匯入，河長40km，集水面積302km2。烏云河流域地貌屬小興安嶺北麓山地，流域內(nèi)山嶺連綿，溝谷縱橫，森林茂密，植被良好，廣布闊葉林，有少部分針葉林。上游多為高山峽谷構(gòu)成的山地特征地貌，海拔最高點(diǎn)606m，河流沿岸山勢地形起伏較大，平均起伏量在30～86 m，平均坡度為40度。下游主要以低丘陵和漫崗山地為主，坡地角度在30度以下。山谷中除少量沼澤濕地外，還廣泛分布著經(jīng)流水切割而成的熔巖臺(tái)地，臺(tái)地表層土壤含豐富有機(jī)質(zhì)，部分已被開墾為耕地。

2 流域水文及工程概況

2.1 流域代表站

流域代表站東風(fēng)水文站位于黑龍江省嘉蔭農(nóng)場良種場，屬烏云河出口控制站，屬國家二類精度站，地理坐標(biāo)為東經(jīng)129°58′，北緯48°59′，集水面積為2272km2，斷面以上河長126km，至河口距離為8.5km。東風(fēng)站水文測驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、冰清、水溫、岸溫、降雨、蒸發(fā)等，觀測資料年限為53年。

2.2 水文特性

本區(qū)域?qū)俸疁貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，屬大陸性季風(fēng)氣候，春天較晚多大風(fēng)，夏季較短而濕熱，秋季霜來早，冬季嚴(yán)寒漫長。流域年平均氣溫為零下0.5℃。最低氣溫出現(xiàn)在1月份，；最高氣溫出現(xiàn)在7月。流域水文要素在年際和年內(nèi)的變化差異較大，年徑流深在60～350mm之間，多年平均徑流深161.0mm，歷年平均徑流量為4.20×108m3，徑流的年內(nèi)分配和年際變化都存在較大差異。洪水包括春季凌汛和夏汛，春季凌汛發(fā)生在4～5月間，主要由融雪徑流和冰凌卡塞所形成。凌汛水位有時(shí)高于夏汛水位，成為本年最高洪水位。夏汛洪水發(fā)生在6～9月份，以7～8月份出現(xiàn)次數(shù)為最多，約占總數(shù)73%左右，多因局部暴雨或全流域降雨所產(chǎn)生。大氣降水為烏云河主要補(bǔ)給水源，屬多雨地區(qū)，局部暴雨多發(fā)區(qū)。多年平均降水量561.7mm，降水量年內(nèi)分配極不均勻，年內(nèi)降水集中在6～9月份，降水量418.1mm，汛期降水量占年降水量74.4%。這期間的降雨是形成本區(qū)雨洪、內(nèi)澇的主要原因。

2.3 流域內(nèi)工程現(xiàn)狀

烏云河流域水利資源較為豐富，多年平均來水量為5.65×108m3。目前在流域中游僅有一小型水電站，控制面積2200km2，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇。水庫規(guī)模二等，電站規(guī)模四等，總裝機(jī)容量1200千瓦，有單機(jī)容量200千瓦水輪發(fā)電機(jī)組6臺(tái)，流域內(nèi)現(xiàn)有村屯及農(nóng)場連隊(duì)5個(gè)，人口約12600人。流域干流現(xiàn)狀綜合防洪標(biāo)準(zhǔn)約為五年一遇，主要由河道控制泄量。

2.4 擬建攔河壩工程簡介

壩址處地理坐標(biāo)為東經(jīng)128°59′02″～129°00′15″，北緯48°59′13″～49°00′02″，位于烏云河河口附近，庫區(qū)主要功能為旅游觀光和水產(chǎn)養(yǎng)殖，兼顧一定的防洪作用。設(shè)計(jì)壩高9.0m，長度100m，壩頂寬度6.0m。設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水。壩體上游設(shè)兩處20m寬導(dǎo)流泄洪渠道，如遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)壩體自然溢流。

3 徑流分析

3.1 徑流成因

烏云河流域徑流成因以降雨徑流為主，其次是融雪徑流，枯水期還有少量的地下水和泉水補(bǔ)給。徑流的年內(nèi)分配主要集中在5～9月，可占年徑流總量的85%，冬季徑流很少，11月至次年的3月徑流量僅占年徑流總量的8%。

3.2 年徑流系列豐枯水分析

分析計(jì)算東風(fēng)站年徑流系列差積曲線和歷年徑流變化，東風(fēng)站年徑流具有明顯的豐平枯周期。豐枯變化大周期約為20年。實(shí)測最大年徑流為11.1×108m3（1991年），實(shí)測最小年徑流為的0.949×108m3（2008年），最大年徑流為最小年徑流的11.7倍。

3.3 年徑流頻率分析

利用東風(fēng)站1959～2011年53年連續(xù)徑流系列進(jìn)行頻率計(jì)算，按P-Ⅲ型理論頻率曲線，分析統(tǒng)計(jì)參數(shù)，適線確定變差系數(shù)Cv值、取Cs=2.0Cv。統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)值如表1所示。

表1 東風(fēng)站年徑流頻率計(jì)算成果表

3.4 壩址徑流

3.4.1 壩址設(shè)計(jì)年徑流

東風(fēng)站集水面積2272km2，多年平均徑流深161.0mm，多年平均徑流量為4.2×108m3。工程壩址以上集水面積2949km2，二者比值為1.30，利用面積倍比法計(jì)算壩址多年平均徑流量為5.46×108m3，折算多年平均徑流深為185.0mm，壩址設(shè)計(jì)年徑流成果如表2所示。

表2 烏云河攔河壩工程壩址設(shè)計(jì)年徑流成果表

3.4.2 年月徑流系列

烏云河水庫工程壩址以上集水面積2949km2，是東風(fēng)站的1.3倍，故壩址年徑流系列可采用多年平均來水系列法推求。用東風(fēng)站的年徑流系列進(jìn)行倍比即可求得壩址1959～2011年共53年徑流系列。壩址月徑流系列可借用按東風(fēng)站歷年平均各月徑流年內(nèi)分配比計(jì)算，壩址年月徑流系列計(jì)算成果表略。

4 洪水

4.1 暴雨洪水特性

洪水來源為上游暴雨徑流和干流烏云河，支流福民河、樟子氣河來水為主。洪水多發(fā)生在8月份，以干流烏云河，支流福民河、樟子氣河洪水疊加形成。根據(jù)實(shí)測資料，最大洪水年份為1961年、1999年、2005年、1974年、1968年。歷年最大洪峰流量為3250m3/s（1961.8.7，調(diào)查值）；重現(xiàn)期相當(dāng)于百年一遇。歷年最小洪峰流量為13.8m3/s（1978.8.6）；烏云河系山溪性河流，洪水暴漲暴落，洪峰滯留時(shí)間一般為1～2小時(shí)，洪峰形式為單峰型。漲洪歷時(shí)2～3天，落洪歷時(shí)15～18天。

4.2 單站設(shè)計(jì)洪水

4.2.1 代表站設(shè)計(jì)洪水

利用烏云河?xùn)|風(fēng)站1959～2011年53年洪峰及1、3、7天洪量連續(xù)系列，統(tǒng)計(jì)分析其經(jīng)驗(yàn)頻率，按P-Ⅲ理論頻率曲線適線確定均值和Cv值。洪水參數(shù)及設(shè)計(jì)洪水如表3所示。

4.2.2 壩址設(shè)計(jì)洪水

壩址設(shè)計(jì)洪水成果。烏云河水庫工程壩址設(shè)計(jì)洪水按我省綜合的面積指數(shù)公式計(jì)算。設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算公式為：Qmp=Qm站（F壩/F站）0.67

式中：Qmp、Qm站-分別為壩址和代表站不同頻率的設(shè)計(jì)洪水，m3/s；F壩、F站-分別為壩址和代表站集水面積，km2。

設(shè)計(jì)洪量計(jì)算公式為：Wip=Wi站（F壩/F站）n

式中：Wip、Wi站-分別為壩址和代表站不同時(shí)段的設(shè)計(jì)洪量，104m3；i-洪量時(shí)段，i=1、3、7d；P-設(shè)計(jì)頻率；n-面積比指數(shù)，按我省綜合成果，1、3、7天洪量n=0.83、0.85和0.87。

按上述公式推求壩址洪水均值，Cv值采用東風(fēng)站適線成果，Cs值為2.5倍的Cv值。壩址設(shè)計(jì)洪水成果如表4所示。

5 結(jié)束語

經(jīng)分析，烏云河新村攔河壩工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)基本符合流域徑流、洪水等水文特性，壩址選擇合理，壩高達(dá)到設(shè)計(jì)洪水泄量要求。工程設(shè)計(jì)在水文計(jì)算方面技術(shù)上可行，適宜立項(xiàng)興建，以便流域資源盡快發(fā)揮效益。

參考文獻(xiàn)

[1]金光炎.水文水資源隨機(jī)分析[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1992：35-65.

[2]黑龍江省水利廳.黑龍江省水文圖集[M].哈爾濱：黑龍江省水利廳，1996.

[3]黑龍江省水文總站.黑龍江省水資源研究[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1991：7-14.

[4]伊春市水務(wù)局.黑龍江省伊春市地下水資源開發(fā)利用規(guī)劃報(bào)告[R].伊春：伊春水務(wù)局，2002：27-30.

作者簡介：栗彥博（1972，1-），男，內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)人，工程師。