楊艷英

（海城市水利水電工程移民局，遼寧海城114200）

上英水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與分析

楊艷英

（海城市水利水電工程移民局，遼寧海城114200）

海城市上英水庫(kù)工程存在歷史遺留和經(jīng)多年運(yùn)行部分工程老化等諸多病險(xiǎn)隱患，急需對(duì)上英水庫(kù)實(shí)施除險(xiǎn)加固工程。水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是設(shè)計(jì)洪水的復(fù)核。為確定除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，須進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與分析，為水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程提供設(shè)計(jì)依據(jù)。本文簡(jiǎn)述了工程概況，并就設(shè)計(jì)洪水復(fù)核中的幾個(gè)重點(diǎn)問題進(jìn)行了計(jì)算、分析與探討，旨在為工程建設(shè)提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)，同時(shí)為類似工程建設(shè)提供參考和借鑒。

除險(xiǎn)加固；暴雨；洪水；計(jì)算；上英水庫(kù)

1 工程概況

海城市上英水庫(kù)是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚和供水等綜合利用的中型水庫(kù)，水庫(kù)控制流域面積54km2。原水庫(kù)總庫(kù)容3170萬m3，正常庫(kù)容2037萬m3，防洪庫(kù)容為1133萬m3，死庫(kù)容220萬m3，淤積年限50年。水庫(kù)主要由攔河大壩、右岸輸水隧洞、左岸開敞式明渠溢洪道組成。原設(shè)計(jì)灌溉面積780hm2、可養(yǎng)殖面積有120hm2。目前，水庫(kù)工程存在歷史遺留和經(jīng)多年運(yùn)行部分工程老化等諸多病險(xiǎn)隱患。工程病險(xiǎn)隱患一旦引發(fā)水庫(kù)失事，勢(shì)必造成下游人民群眾的重大傷亡，使下游人民財(cái)產(chǎn)、城鎮(zhèn)設(shè)施、重要交通設(shè)施及大片農(nóng)田遭到嚴(yán)重破壞，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)帶來不可估量的損失。因此對(duì)上英水庫(kù)實(shí)施除險(xiǎn)加固工程措施，防患于未然，是十分必要的。

2 氣象概況

上英水庫(kù)地處中緯度，屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，其特點(diǎn)是冬季以西北季風(fēng)為主，嚴(yán)寒干燥；夏季以東南季風(fēng)為主炎熱多雨，四季冷暖干濕分明。以海城站為氣象代表站，統(tǒng)計(jì)40年氣候資料。多年平均降水量703.5m m；降水主要集中在6～9月，占全年降水量的62.92%；7、8兩月的降水量占全年降水量的51.25%。多年平均蒸發(fā)量為1659.3m m（20c m蒸發(fā)皿）；其中5月蒸發(fā)最大，占全年的17.41%；1月蒸發(fā)量最小，占全年的1.92%。多年平均氣溫：8.7℃，極端最高氣溫為36.6℃，極端最低氣溫為-34.9℃。最大凍土深度：1.18m，發(fā)生在2～3月。風(fēng)速：多年平均為3.4m/s，最大風(fēng)速可達(dá)20m/s，其相應(yīng)風(fēng)向位SSE，多年平均年最大風(fēng)速16.5m/s，多年平均汛期最大風(fēng)速13.5m/s。

3 暴雨洪水特性分析

上英水庫(kù)地區(qū)屬于季風(fēng)氣候區(qū)域中，水汽主要來自東南方太平洋上空高溫多濕的氣流中，季風(fēng)的強(qiáng)弱對(duì)降水量大小影響很大，是遼寧省多雨地區(qū)之一。形成本地區(qū)暴雨的主要天氣系統(tǒng)有華北氣旋、高空槽和臺(tái)風(fēng)。本地區(qū)暴雨比較集中，大部分發(fā)生在東南季風(fēng)勢(shì)力最強(qiáng)的7～8月，兩月降水量可占全年降水量的51%，暴雨一般持續(xù)1～2d，其中大部分在1d內(nèi)，最長(zhǎng)可達(dá)3d。本流域洪水主要由暴雨產(chǎn)生，一次洪水過程大部分在1天之內(nèi)，最長(zhǎng)可達(dá)3d，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪性河流。一次降雨即形成一次洪峰，其洪水過程線多為單峰型。

4 設(shè)計(jì)暴雨洪水分析

上英水庫(kù)由于無實(shí)測(cè)水文資料，其設(shè)計(jì)洪水采用無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法計(jì)算。水庫(kù)原設(shè)計(jì)暴雨洪水系采用《遼寧省水文手冊(cè)》（1975年由遼寧省水文局與遼寧省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院共同編制，以下簡(jiǎn)稱《手冊(cè)》）計(jì)算。水庫(kù)安全評(píng)價(jià)階段對(duì)上英水庫(kù)設(shè)計(jì)暴雨洪水重新進(jìn)行了分析計(jì)算，計(jì)算方法系采用《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》（遼寧省水文水資源勘測(cè)局1998年8月編，以下簡(jiǎn)稱《方法》）。本次水庫(kù)除險(xiǎn)加固階段對(duì)上英水庫(kù)設(shè)計(jì)暴雨洪水重新進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算，亦采用《方法》進(jìn)行計(jì)算?！妒謨?cè)》與《方法》在編制暴雨等值線圖中使用的降水資料年限不同，前者資料截止至1972年，后者資料截止至1995年。另外在設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算公式方面兩者亦有所不同，前者計(jì)算中僅需推算24h面雨量即可，而后者計(jì)算中除需推算24h面雨量外尚需推算6h、1h等短歷時(shí)面雨量。

4.1 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

上英水庫(kù)地處水文分區(qū)的Ⅲ4區(qū)，控制流域面積54km2，河長(zhǎng)16.2km，河道平均比降12.8‰。以壩址以上集水面積重心查讀各不同時(shí)段暴雨等值線圖和C v等值線圖。本次復(fù)核計(jì)算的上英水庫(kù)設(shè)計(jì)暴雨見表1。

式中：QP為設(shè)計(jì)洪峰流量；ψP為設(shè)計(jì)洪峰徑流系數(shù)；F為集水面積；iP為相當(dāng)于匯流時(shí)間τ的設(shè)計(jì)面暴雨強(qiáng)度；PτP面為一定頻率下τ歷時(shí)的設(shè)計(jì)面暴雨［2］；P24P面為一定頻率下24h歷時(shí)的設(shè)計(jì)面暴雨；n1P、n2P為短歷時(shí)暴雨指數(shù)；τ為匯流時(shí)間；L為河流長(zhǎng)度；J為河道平均坡度；x、y為地區(qū)匯流參數(shù)。

（2）設(shè)計(jì)洪量按如下公式計(jì)算：

式中：W三P、W（三-24）P、W24P分別為不同頻率的設(shè)計(jì)三日洪量、前鋒洪量、主峰洪量；P三P面、P（W-24）P為不同頻率的三日、24h設(shè)計(jì)面雨量；α三P、α（三-24）P為不同頻率的三日洪量、前鋒洪量的徑流系數(shù)。各不同頻率設(shè)計(jì)洪峰、最大24h洪量和三日洪量見表2。

表1中同時(shí)列出了上英水庫(kù)原設(shè)計(jì)暴雨成果和大壩安全評(píng)價(jià)階段計(jì)算的設(shè)計(jì)暴雨成果與本次計(jì)算成果，三者比較，原設(shè)計(jì)成果略大，安全評(píng)價(jià)與本次成果相差不多。本次仍以大壩安全評(píng)價(jià)階段的設(shè)計(jì)暴雨成果作為采用成果。

4.2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

本次對(duì)上英水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行的復(fù)核有設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算與設(shè)計(jì)洪量計(jì)算。

（1）設(shè)計(jì)洪峰流量按如下公式計(jì)算：

表1 上英水庫(kù)設(shè)計(jì)暴雨成果表（單位：m m）

表2 上英水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果表（單位：m3/s、萬m3）

表2中同時(shí)列出了上英水庫(kù)原設(shè)計(jì)洪水成果和大壩安全評(píng)價(jià)階段計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水成果，三者比較，原設(shè)計(jì)成果略大，安全評(píng)價(jià)與本次成果相差不多?？紤]安全評(píng)價(jià)階段和本次均使用新編圖表計(jì)算，以及在大壩安全評(píng)價(jià)階段選定該階段復(fù)核的設(shè)計(jì)洪水為采用成果，且該成果已通過審查，故本次仍以大壩安全評(píng)價(jià)階段的設(shè)計(jì)洪水成果作為采用成果。

4.3 設(shè)計(jì)洪水分析與安全評(píng)價(jià)

水庫(kù)安全評(píng)價(jià)階段和本次水庫(kù)除險(xiǎn)加固階段設(shè)計(jì)暴雨與設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算方法是相同的，但由于在點(diǎn)面折減系數(shù)KF等參數(shù)的取值略有不同，至使設(shè)計(jì)暴雨洪水略有不同。從上英水庫(kù)原設(shè)計(jì)暴雨成果和設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算成果同大壩安全評(píng)價(jià)階段計(jì)算的設(shè)計(jì)暴雨和設(shè)計(jì)洪水成果及本次設(shè)計(jì)的計(jì)算成果進(jìn)行比較分析可以看出：原設(shè)計(jì)成果略大，安全評(píng)價(jià)與本次成果相差不多。為此，為了確保水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的順利完成和確保水庫(kù)樞紐工程的安全，此次設(shè)計(jì)暴雨和設(shè)計(jì)洪水采用安全評(píng)價(jià)時(shí)的成果進(jìn)行計(jì)算與分析。

5 設(shè)計(jì)洪水過程線分析

依照采用的設(shè)計(jì)洪水，按無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法計(jì)算出各頻率設(shè)計(jì)洪水過程線，同時(shí)計(jì)算出各頻率洪水對(duì)應(yīng)的基流量，將各頻率基流平加于對(duì)應(yīng)頻率洪水過程線各時(shí)段上，得到設(shè)計(jì)洪水過程曲線，詳細(xì)情況見圖1。

圖1 上英水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過程曲線圖

6 設(shè)計(jì)洪水的合理性分析

將海城站和湯河水庫(kù)站由實(shí)測(cè)洪水資料計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰和三日設(shè)計(jì)洪量與上英水庫(kù)采用無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰和三日設(shè)計(jì)洪量進(jìn)行地區(qū)分布分析，詳見圖2和圖3。

圖2 上英水庫(kù)與海城站及湯河水庫(kù)設(shè)計(jì)洪峰與面積關(guān)系圖

圖3 上英水庫(kù)與海城站及湯河水庫(kù)設(shè)計(jì)3日洪量與面積關(guān)系圖

由圖2可以看出，三站相同頻率設(shè)計(jì)洪峰地區(qū)分布關(guān)系較好，呈面積比的2/3次方關(guān)系；由圖3可以看出，三站相同頻率設(shè)計(jì)三日洪量地區(qū)分布關(guān)系亦較好，呈面積比的1次方關(guān)系。上述關(guān)系符合該地區(qū)洪水地區(qū)分布規(guī)律，表明采用無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法計(jì)算的上英水庫(kù)的洪水是合理的。

7 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)海城市上英水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算與分析，可以看出該地區(qū)洪水地區(qū)分布規(guī)律，表明采用無資料地區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法計(jì)算的上英水庫(kù)的洪水是合理的。通過設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算與分析為工程建設(shè)提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)，同時(shí)為類似工程建設(shè)提供參考和借鑒，更為水庫(kù)除險(xiǎn)加固后發(fā)揮其防洪、改善生態(tài)環(huán)境和為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。

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T V 122+.5

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1672-2469（2015）06-0037-03

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.06.012

楊艷英（1969年—），女，工程師。

DOI：10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.06.013