湖北省云溪水库设计洪水分析.pdf

2023年1 1 月引用格式：陈亚健，瞿兰兰.湖北省云溪水库设计洪水分析J.水利水电快报，2 0 2 3，44（1 1）：31 34.水利水电快报EWRHI第 44 卷第 1 1 期湖北省云溪水库设计洪水分析陈亚健,瞿兰兰（长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局，湖北武汉430 0 1 0摘要：为分析计算云溪水库的设计洪水，采用实测降雨资料和查图法计算设计暴雨，基于最不利原则选择暴雨结果，通过推理公式法和瞬时单位线法进行不同重现期设计洪水推算，并与原除险加固设计洪水成果作对比。结果表明：利用瞬时单位线法计算的0.1%1%频率下的洪水设计成果与原除险加固成果差别在5%以内，相差不大，且千年一遇设计洪峰较原除险加固成果略小。因此，出于工程安全考虑，云溪水库除险加固工程最终采用原除险加固设计洪水成果。关键词：设计洪水；设计暴雨；推理公式法；瞬时单位线法；云溪水库中图法分类号：TV122.3文章编号:1 0 0 6-0 0 8 1(2 0 2 3)1 1-0 0 31-0 40引言水库设计洪水成果在工程的除险加固阶段至关重要，可为工程的加固建设规模以及后续运行管理方案的制订提供参考。无实测流量资料的水利工程一般采用雨量资料计算暴雨参数进行暴雨设计，再用设计暴雨推求设计洪水1-3云溪水库位于陆水上游支流菖蒲港分支云溪港上，是一座以灌溉为主,兼有防洪、供水、发电等任务的中型水库。主坝坝址坐落在通城县关刀镇上游12km处，距通城县城1 8 km。水库控制流域面积48.3km，总库容46 2 1 万m。云溪水库地理位置重要，水库下游保护通城县城、1 0 6 国道等重要城镇及基础设施，保护耕地0.33万hm（5万亩），保护人口8 万。云溪水库于1 9 7 0 年1 月经湖北省水利厅及咸宁地区水利局批准，由通城县水电局设计，于1970年7 月2 3日正式开工，1 97 1 年6 月基本建成，后经1 97 3 1 98 3年和2 0 0 3年两次加固形成现有规模。云溪水库于2 0 0 4年开展除险加固工程，该次设计洪水计算首先通过查询湖北省暴雨径流查算图表和湖北暴雨统计参数图集来确定暴雨设计参数，同时采用通城站1 958 2 0 0 3年1,6,2 4h实测暴雨资料进行频率分析，后续采用推理公式法和瞬时单位线法推求设计洪水，最终采用瞬时单位线法收稿日期:2 0 2 3-0 5-1 5作者简介：陈亚健，男，工程师，主要从事水文测验工作。E-mail:文献标志码：AD0I:10.15974/ki.slsdkb.2023.11.005成果。水库投人运行以来，为通城县的经济发展做出了较大贡献。2 0 1 5年8 月，水利部大坝安全管理中心对云溪水库三类坝安全鉴定成果进行了书面核查和现场核查，同意云溪水库大坝为三类坝的结论，提出需要进行除险加固。除险加固需要对水库设计洪水进行计算，分析最不利情况下的工程安全情况4。茹浚威5 通过流域暴雨资料和设计洪水参数对李夫田水库除险加固工程设计洪水复核计算，并进行调洪分析。代超等6 通过邻近站的暴雨资料确定暴雨参数，并对比分析了查图法、推理公式法和水文比拟法的设计洪水结果。柴扬7 在对渠首工程除险加固工程洪水分析计算时,采用P曲线确定参证站的统计参数并计算了洪峰流量。樊孔明等8 在对棉花滩水库设计洪水复核计算时，修正了洪水资料的一致性再计算洪水频率。由于云溪水库没有流量资料系列，本文根据暴雨资料推算设计洪水9-1 0 ,通过查图和实测资料两种方法推求设计暴雨，采用推理公式法和瞬时单位线法分别计算洪水,并与原除险加固成果进行对比，旨在为云溪水库除险加固工程提供参考。1流域水文气象特性陆水流域气候温和，平均气温1 6.1，实测最高气温39.1，最低气温-1 5.2，多年平均.31.2023年1 1 月最大风力1 0 级，风向为东南。云溪河属雨洪河流,水量丰沛，多年平均降雨量为1 6 0 0 mm，多年平均雨日为1 2 0 d，实测最大年降雨量达2 6 0 0mm,最小年降雨量1 1 0 0 mm。云溪水库多年平均人库径流量为40 7 0 万m，径流年内分配不均,38月径流量占年径流总量的8 0%,5 6 月最为集中，占40%。云溪河洪水多发生在6 7 月，系梅雨期大暴雨形成。根据本次对云溪水库降雨洪水统计资料分析，云溪水库建库前后，流域暴雨洪水特征基本一致。2设计暴雨根据2 0 0 8 年的湖北省暴雨径流查算图表湖北暴雨统计参数图集（简称“图表图集”）,查出1,6,2 4h暴雨设计参数,同时采用通城站1 958 2 0 2 1 年1,6,2 4h实测暴雨资料进行频率计算,频率曲线见图1 3,成果见表1。本次将系列延长至2 0 2 1 年后，其中1 999年出现特大暴雨，6，24h降雨量分别为2 34.6,38 4.6 mm;2011年出现特大暴雨，6,2 4h降雨量分别为2 50.0,2 7 6.5mm;2016年出现特大暴雨，6,2 4h降雨量分别为2 2 7.5，263.5mm。这3a最大2 4h暴雨均达到特大暴雨标准，相当于2 0 1 0 0 a一遇,结合实测洪水对比分析,1 999,2 0 1 1,2 0 1 6 年洪水量级只相当于2 0 a一遇洪水，因此本次暴雨频率计算中不作特大值处理。180rE,=47.6160FC,=0.4140FC/C,=3.5120100F60F40F20100注：Ex为均值,C,为变异系数,C为变差系数。图1 通城站最大1 h频率曲线Fig.1 Maximum 1 h frequency curve of Tongcheng Station对暴雨资料和设计成果再次复核,对1,6,2 4 h的暴雨设计参数C,进行了调整,使不同时段的C,之间合理协调,经复核后,采用本次暴雨设计成果。本次1 h设计暴雨成果与图表和原除险加固成果相当,6,2 4h设计暴雨成果有所增加。本次暴雨设计成果比图表和原除险加固成果有所增加。从设计安全角度考虑，推荐采用本次通城32水利水电快报EWRHI站设计暴雨成果作为云溪水库设计洪水成果复核依据。500r450F400F350u/鲁里刺300250200150100F50F05100Fig.2Maximum 6 h frequency curve of Tongcheng Station800E,=132.4700C,=0.52上C/C,=3.5600500区30 0200F100人05100Fig.3 Maximum 24 h frequency curve of Tongcheng StationTab.1Design rainstorm results of Yunxi Reservoir时段/均值/变异系数变差系数数据来源hmm本文计算成果147.6696.124132.4图表图集145.0682.066624128.000s除险加固成果144.0频率/%678.024120.03云溪水库设计洪水推求云溪水库没有流量资料系列，只能根据暴雨资料推算设计洪水。根据SL442 0 0 6 水利水电工程设计洪水规范，图表和图集由相关部门审定发布，可作为计算设计洪水的一种依据。按照“一法为主、多法比较、合理选用”的原则，采用推理公式法和瞬时单位线法分别计算洪水，并综合选用。第 44 卷第 1 1 期E,=96.1C,=0.5C/C,=3.58666频率/%图2 通城站最大6 h频率曲线o085图3通城站最大2 4h频率曲线表1 云溪水库设计暴雨不同设计频率下的暴雨/mmC0.1%0.2%1%2%3.3%0.4.3.50.503.50.523.50.403.50.503.50.503.50.423.50.483.50.523.5频率/%144.6134.3109.999.191.0364.0333.7 262.9232.2209.4522.7478.1374.0328.9295.6136.7127.0103.993.786.1310.6284.7 224.3198.1178.6484.8444.4350.2309.2278.8140.0129.6105.294.586.5283.2 260.3206.5 183.1165.7473.7433.3339.0 298.1267.9面积F关系图（图4)可以看出，本次计算的0.1%，陈亚健等湖北省云溪水库设计洪水分析时，利用收集的湖北省小流域设计洪水洪峰Qm与3.1推理公式法图表以原水科院推理公式方法为基础，采用湖北省编制的设计暴雨参数，根据具体情况在某些计算环节上作了一些改进，推得设计条件下全面汇流的洪峰流量计算公式1 2 为Qm=Ki(式中：F为流域面积,km;0为与流域特性有关的经验参数,=L/J/,L为主河道长度,km,J为主河道坡降,%o;m为与汇流有关的经验参数，m=0.2780/(Q4);为汇流时间,h,=0.78()0;s为雨力,相当于1 h 的暴雨强度,mm/h;u为平均损失率,u=0.038 4Rg,75,R24为净雨历时t。的面雨量;K,K,K,K4为暴雨递减指数n的函数,可在图表中查得。3.2瞬时单位线法云溪水库属于图表中瞬时单位线分片的第I片区,参数m,n 的地区综合经验公式1 3 为m=0.82 F0.29 LO.23 J-0.2因为 J 5%o,则:n=0.34 Fo.25/J-0.2式中：m,n为与汇流有关的参数;F为流域面积，km;L为主河道长度,km;J为主河道坡降,%o。m值已参照图表中所列公式及表格作了非线性改正。由 S(t)查算表,将瞬时单位线转换成1 h.10mm的时段单位线,再按图表中给出的雨型、前期影响雨量及稳渗、地下水计算经验公式即可推得各种频率的设计洪峰流量。3.3成果对比分析对不同的设计洪峰流量成果列表进行分析，见表2。原除险加固成果中,3.33%频率下的设计洪峰流量进行了非线性改正，而本文计算时按照手册要求,对频率2%以上的成果未作线性修正。云溪水库邻近的百丈潭水库集水面积为2 1.5km，千年一遇洪峰模数2 9.6 m（s km），云溪水库千年一遇洪峰模数2 8.9m/（s km）。两者相比，云溪水库洪峰模数较百丈潭水库要小。一般情况下，随着面积增大，洪峰模数减小,成果符合一般规律。总体来看，本次采用推理公式法及瞬时单位线法推求的设计洪峰流量成果与原除险加固成果基本一致。同1%频率下的设计洪峰流量值位于0.1%1%外包线之间，表明成果比较合理，故本次计算的设计洪水成果符合本地区规律。不同频率设计洪水过程线（除险加固成果）见表3。K2(SF)Ks-KquF(1)(2)(3）表2 云溪水库设计洪峰流量对比Tab.2Comparison of design flood peak dischargeof Yunxi Reservoir不同频率下的计算洪峰流量/ms-1)计算方法0.1%推理公式法1280(8.3)1170(6.4)瞬时单位线法1 37 0(-1.9)1260(0.8)除险加固成果1396注：()为相对误差,%。1500010000F5800400030001000F500F388注：直、间分别表示直接法和间接法。图4湖北省Qm-F关系Fig.4Qm-F relationship in Hubei Province表3云溪水库设计洪水过程线Tab.3Design flood process line of Yunxi Reservoir不同设计频率下的流量/（ms-）时段0.10%0.20%0371542105328149595139661003770184719349102681120012159131191410115881688注：t=0.9h。4结论对云溪水库除险加固进行设计洪水分析计算，33.0.2%1250本次0.1%本次1%2848流域面积/km1.00%2.00%3329484194752512138576741250950898720628490422351313259240195179158142112107849075796676571.0%915(-3.7)995(4.7)950lo8818257681261541930022116713596726456492.0%804(1.0)723(3.9)880(8.4)484(30.5)812696真0.1%简0.1%直1%888800012540643.33%间1%00ST3.30%21345515649469652735925718914311682625548422023年1 1 月由于没有实测流量资料，选择用设计暴雨推求设计洪水，采用推理公式法和瞬时单位线法两种方法计算设计洪水,并将计算结果与原除险加固成果进行对比分析。0.1%1%频率洪水设计成果与原除险加固成果差别在5%以内,相差不大,且千年一遇设计洪峰较原除险加固成果略小，因此仍推荐采用原除险加固成果。参考文献：【1 朱婷.广州市白妮河流域设计洪水分析J.水利水电快报,2 0 2 2,43(7):33-37.2李增国，张楠，张振杰，等.无资料小流域水库设计洪水计算方法分析J.水利水电快报,2 0 2 0,41（5：2 4-27.3蓝羽栖，胡义明，梁忠民.变化环境下由设计暴雨推求设计洪水方法研究J.水电能源科学,2 0 2 0,38（1）：13 16.4高仁杰，左冬，范立柱.高州水库大坝安全鉴定洪水复核计算分析J.东北水利水电,2 0 2 2,40（1 1）：59-62.5茹浚威.李夫田水库除险加固工程洪水复核计算J.Design flood analysis of Yunxi Reservoir in Hubei Province水利水电快报EWRHI山西水利,2 0 2 2,31 2(1 0):46-48.6代超，尹健梅.西静河水库除险加固工程设计洪水计算分析J.云南水力发电，2 0 2 2,38（1）：8 1-8 8.7柴扬.新疆白杨河巴依托海渠首除险加固工程洪水分析计算J.陕西水利,2 0 2 1,2 51（1 2）：45-47.8樊孔明,董增川,王聪聪，等.棉花滩水库设计洪水复核计算J.水电能源科学,2 0 1 1,2 9（4）：57-59.9郭生练，刘章君，熊立华.设计洪水计算方法研究进展与评价J.水利学报，2 0 1 6,47（3）：30 2-31 4.10 丁启，杨汉波，卢韦伟，等.长江上游支流区域洪水频率分析J.水利水电技术（中英文），2 0 2 2,53（1 1）：5059.11 李悦，范正行，叶绪纲.新疆叶尔羌河米斯克尼水电站坝址设计洪水计算方法探讨J.水利水电快报，2015,36(4):49-50,53.12 雷亚娇.基于推理公式法的某流域防洪设计流量计算研究J.地下水,2 0 2 3,45(1):2 1 4-2 1 5.13 陈立武.无资料地区设计洪水推求方法探究一一以龙胜各族自治县为例J.南方自然资源,2 0 2 2，2 40(11):70-75.(编辑：江文)第 44 卷第 1 1 期CHEN Yajian,QU Lanlan(Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey,Bureau of Hydrology of Changjiang Water ResourcesCommission,Wuhan 430010,China)Abstract:In order to analyze and calculate the design flood of Yunxi Reservoir,the measured rainfall data and themapping method were used to calculate the design rainstorm,and the rainstorm results were selected based on themost unfavorable principle.The design flood of different return periods was calculated by the reasoning formulamethod and the instantaneous unit line method,and compared with the original design flood results of risk removaland hardening.Results showed that the use of instantaneous unit line method to calculate the frequency of 0.1%to1%of design flood results with the original difference were within 5%,the consolidate results were similar,and thecoming design flood peak slightly smaller than the original and consolidate achievements.Therefore,considering thesafety of the project,the original flood design results were finally adopted in Yunxi Reservoir reinforcement project.Key words:design flood;design storm;reasoning formula method;instantaneous unit line method;Yunxi Reser-voir34.