石兜水库设计洪水成果分析

誊０００ｇ誊　薯一一≮ｌｌ《　　曩研究　石兜水库设计；共水成果分析　邵永建　水库及其流域特性　１．水库简介　河流发生洪水的主要原因。但在５￣６月间，由于受　太平洋暖湿气流和北方南下冷空气共同作用形成　石兜水库位于厦门市集美区．距厦Ｉ、－ｊ市西北约　３６　ｋｍ处，所在河流为荸溪，该水库是一座集防洪、　准静止峰的影响．常会带来暴雨天气．也发生过较　大的洪涝灾害。从历史资料分析，石兜水库流域多　年平均２４小时降雨量为１２６．４ｍｍ．平均最大三天　降雨量３８５ｍｍ。洪水发生历时一般为１￣２天。洪水　峰型多为单峰　灌溉、供水与养殖一体的多功能相结合的水库。水库　大坝控制流域面积５９．３０ｋｍ２．主河道长度１３．０５　ｋｍ．　主河道平均坡降１８．１０￣，４。　工程于１９５８年６月动工　兴建，１９５９年１０月工程竣工。水库建设时设计洪水　洪水复核计算　石兜水库洪水标准按山区、丘陵区标准确定：　防洪标准为１００￣５０年一遇设计．２０００￣１０００年一遇　标准采用５０年一遇。校核洪水标准采用５００年一　遇．保坝洪水为１００００年一遇．设计洪水位４７．５６ｍ　（８５国家高程基准，下同），相应库容５４２０．１万ｍ３；　校核洪水位４８．８６ｍ。相应库容５９７０．１万ｍ３：保坝洪　水位５１．８６ｍ，相应库容７３０８．６万ｍ３。本次安全鉴定　校核。考虑到石兜水库下游有坂头水库、集美区后　溪镇、厦漳泉高速公路、３２４国道、集美大学城、杏　林湾水库及镶嵌在杏林湾水库库区内的园博园公　园等重要设施．本次水库安全鉴定防洪标准复核采　用标准的上限值：１００年一遇设计．２０００年一遇校　核．溢洪道消能防冲建筑物洪水标准采用３０年一　遇。　复核设计洪水重现期为１００年一遇．相应洪水位为　５０．０１ｍ．相应库容为６４６９．５万ｍ３：复核校核洪水重　现期为２０００年一遇．相应洪水位为５０．４２ｍ，相应库　容为６６５４．０万ｍ３。　２．流域特性　１．设计洪水复核计算方法　水库所在的苎溪东溪发源于戴云山，河流属于　南方山溪性雨洪河流．溪流源短流急。洪水来势凶　猛。苎溪东溪没有建立水文站．在水库以上流域设　有石兜、坂头、黄地、许庄和新岭尾等５个雨量站，　并在１９９５年相应地建立了５个雨量自动测报点。　但只有坂头和石兜两个站有较完整的目降雨观测　由于石兜水库及邻近流域无实测洪水资料．无　法从实测资料直接推求设计洪水，因此．本次计算　根据《水利水电工程设计洪水计算规范》（ＳＬ４４—　２００６）．采用设计暴雨推求设计洪水的方法进行计　算。　２．洪水计算参数　资料。据１９６０￣２００９年的观测资料统计。年均降水　量１５５７ｍｍ。年均径流总量６４６７万ｍ３。降雨与径流　石兜水库坝头雨量站有１９６０－２００７年共计４８　年的实测年最大１日雨量资料。而下游的坂头水库　坝头雨量站有１９５８￣２００７年（缺７６年、７７年）共计　的年内分配极为不均。汛期即４－９月的降雨和径流　量占全年的７０％以上，６月份为最大。　苎溪流域的洪水多由台风暴雨所形成．每年　６～１０月份从太平洋登陆的台风对本流域造成影响　的有２　个．台风登陆时所带来的狂风暴雨，是该　４８年的实测年最大１日雨量资料．根据两站同期　观察资料进行年最大１日雨量的相关分析，相关系　数为０．８１４，因此，采用坂头雨量站１９５８年、１９５９年　年最大１日雨量推求石兜雨量站同期的年最大１　一，ｑｒ＝ｌｍＷ　日的降雨量．得到石兜雨量站１９５８￣２００７年共计５０　将推理公式法、瞬时单位线法推求的洪峰流量　年的年最大１日雨量资料。　拄行比较．可知推理公式法求得的洪峰流量成果大　根据年最大２４ｈ雨量＝１．１２ｘ年最大１日雨量　于＝瞬时单位线法求得的洪峰流量成果，出现这种结　的相关方程．可以推求得到石兜雨量站１９５８￣２００７　的原因．主要是因为推理公式适用于流域面积在　年共计５０年的年最大２４ｈ雨量资料，采用Ｐ—Ｉｌｌ型　１００ｋｍ２以下流域．而单位线法更适用于面积更大　频率曲线进行优化适线．最后得到石兜雨量站年最　向流域。考虑到单位线法在计算小流域时误差较　大２４ｈ雨量均值为Ｈ２４＝１３４．６ｍｍ，Ｃｖ＝０．４５，Ｃｓ＝　．而推理公式在计算山区、丘陵区小流域时，有较　３．５Ｃｖ。　优势，因此本次设计洪水采用推理公式法计算的　由于石兜水库流域内缺乏年最大１ｈ、年最大　吉果较为合适。　３ｈ和年最大６ｈ的短历时雨量资料。因此本工程设　将采用推理公式法推求的设计洪峰流量与采　计暴雨的短历时暴雨参数由暴雨递减指数法推求　地区综合法推求的成果进行比较可知，采用推理　成果与查《福建省暴雨径流查算图集》成果比较得　式法推求的成果大于地区综合法的成果。由于地　到。　蒌综合法是邻近各水文站大面积洪水均衡成果，只　由石兜水库坝头雨量站年最大２４ｈ暴雨参数　虑集雨面积一个因素，未考虑暴雨特性及河道长　采用递减指数法推求的各短历时暴雨数值与采用　、坡降等流域特性，较为简单，因此，其成果精度　《福建省暴雨径流查算图集》查得的数值在３ｈ与　得比推理公式法低。从工程安全考虑，本次洪水　６ｈ时相差不大，而在１ｈ情况相差较大，考虑到本　乏核采用推理公式推求的成果：２０００年一遇洪水　流域汇流时间一般在１￣３ｈ。同时从安全角度出发，　勺洪峰流量为１３２０ｍ３／ｓ．１００年一遇洪水的洪峰流　本次复核１ｈ、３ｈ、６ｈ短历时暴雨参数采用相对较大　垂为８７３ｍ３／ｓ。３０年一遇洪水的洪峰流量为６９０ｍ３／ｓ。　的《福建省暴雨径流查算图集》查得的成果。　４．洪水总量　根据《福建省暴雨径流查算图表》中设计暴雨　本次复核依据《福建省产汇流计算方法》，以　点面关系，计算石兜水库各频率面暴雨。各历时不　４ｈ设计暴雨不扣损失计算洪水总量。推求得：当　同频率设计面雨量详见表１。　０．０５％时。石兜水库入库洪水总量为２８４８万ｍ３；　表１　石兜水库各历时不同频率设计面雨■成果　・：１％时．石兜水库入库洪水总量为１９６１ｍ３；Ｐ＝　历时（ｈ）　点面　面雨量（ｍｍ）　．３３％时．石兜水库入库洪水总量为１５９５万ｍ３。　折算系数　Ｏ．Ｏ巩　１％　３．３３％　１　ｎ　８８７　ｌ５５．７　ｎ０　６　９１．５　３　ｏ　９Ｉｌ　２３５，１　ｌ６７　ｌ　ｌ３８　２　设计洪水成果合理性分析　６　ｏ　９４３　２６６．６　ｌ８９．５　１５６　７　将本次计算的洪峰流量与水库各阶段的洪峰　２４　ｏ．９７５　４８ａ　３　３３０　７　２６９　ｏ　３．设计洪水　量进行比较．详见表４。　表４历次洪水计算成果表　由于流域内无实测洪水资料．本次洪水设计采　时间　项目　１９８７　：　安全鉴定　２００２拒　本次安全鉴定　用推理公式法和瞬时单位线法进行计算。计算成果　控制流域面积（　ｍ　）　５９　３　ｒｇ．３　５９．３　详见表２。　流域　参数　主河道长度（　，）　１Ｏ．７　２２　１３　０５　河流平均坡降（‰）　３．５　５．１　ｌ８　１　设计标准（年）　５０　１０ｏ　ｌ０Ｏ　２４小时暴雨量（ｍⅢ）　３２３　３６ｌ　ｌ　３３０　７　设计　洪峰流量（ｍ’　）　９４０　８８９　８７３　利用邻近各水文站洪水资料．用地区综合法进　洪水总量（万Ｄ＇／’）　１９５３　２１４２　１９６ｌ　行计算分析。地区综合法计算结果如表３所示。　设计标准（年）　１０Ｏ册　２ｏ００　２０ｏ０　表３地区综合法计算洪峰流量成果表　单位：ｍ３／ｓ　２４小时暴雨量（Ⅻ）　７７６　５６７　６　４８０　３　校核　洪峰流量（　）　２７５０　ｌ５８０　ｌ３２０　洪水总量（万ｍ　）　５４ｌ８　３３６７　２８４８　一研究　其中１９８７年的相关资料是在１９８７年１２月由　实测年最大１日降雨量资料年限是１９５６￣２０００年．　得到的年最大２４ｈ雨量均值为再　＝１３２．０ｍｍ，Ｃｖ＝　０．５０，Ｃｓ＝３．５Ｃｖ；本次安鉴采用的坝头站实测年最　厦门市水利局编制的《厦门市水利水电工程资料汇　编》中查得的。　２００２年安全鉴定（简称“０２年安鉴”）设计洪水　大１日降雨量资料年限是１９５８￣２００７年。得到的年　最大２４ｈ雨量均值为再　＝１３４．６ｍｍ，Ｃｖ：０．４５，Ｃｓ＝　３．５Ｃｖ。两次安鉴得到的年最大２４ｈ雨量均值及　Ｃｖ值均通过优化适线得到，但因分析的资料年限　不同而有所差异，是合理的。从而导致两次安鉴同　频率洪水总量不同也是必然的　２００２年安鉴设计洪水采用的年最大短历时暴　雨参数由公式Ｈ　＝ＳｐＸｔ　，Ｓｐ＝Ｈ２４Ｘ２４ｒ￣～，及单一　ｐ．的推求采用的暴雨参数是将“福建省水文图集”和　坝头雨量站实测暴雨进行分析比较后选取的．采用　的计算公式为推理公式．其中汇流参数选用经验性　汇流参数ｍ＝０．０５９０￣．７７３　本次安全鉴定（简称“本次安鉴”）流域特征参　数是根据１：５０００地形图量算后得到的．本次设计　洪水的推求采用了由实测资料推求的年最大２４ｈ　雨量参数及查《福建省暴雨径流查算图集》得到的　短历时暴雨参数。采用的计算公式为推理公式．其　中汇流参数选用《水利水电工程设计洪水计算手　递减指数ｎ：＝０．７１计算得到，通过与邻近流域桉柄　雨量站各历时设计暴雨间的递减指数进行比较可　知，递减指数ｎ　取用０．７１远远大于本地区各历时　册》中的福建省沿海地区汇流参数ｍ＝Ｏ．０６２００　”。　比较２００２年安鉴洪水成果与本次安鉴洪水成　果可发现．两者在洪峰流量与洪水总量上相差较　大，经分析认为原因有以下几个方面：　１．流域特征参数相差较大　将２００２年安鉴复核的流域特征参数、本次安　设计暴雨间的递减指数．不符合本地区的暴雨特　性．计算出的各频率各短历时暴雨值偏大．存在不　合理性。而本次安鉴设计洪水采用的年最大短历时　暴雨参数则由石兜水库坝头雨量站年最大２４ｈ暴　雨参数采用递减指数法推求的各短历时暴雨数值　与采用《福建省暴雨径流查算图集》查得的数值比　较后，从安全的角度出发得到的。较为合理。　石兜水库集雨面积为５９．３ｋｍｚ。面积较大．应考　虑雨量的点面关系．而２００２年安鉴时暴雨参数直　接采用点雨量代替面雨量，较不合理．这也是造成　２００２年安鉴暴雨参数取用值大于本次安鉴暴雨参　数取用值的原因之一　鉴复核的流域特征参数与福建省水利规划院、长江　院及厦门水文局复核的成果相比较．详见表５．可　发现．本次安鉴复核的流域特征参数与其他单位复　核的成果比较接近，即主河道长度都是从上游分水　岭计到水库出水口．而２００２年把水库出水口下游　约９ｋｍ长河道也计算在内．因此安鉴复核的流域　特征参数与其他单位复核的成果相差较远．所以本　３．汇流参数取用值不一　２００２年安鉴设计洪水计算时所采用的汇流参　次安鉴复核的流域特征参数较为合理　表５石兜水库流域特征参数成果表　区域　集水面积　（ｋｉｎ￣－）　５９　３　５９　３　数为经验性的汇流参数ｍ＝０．０５９０￣－ｍ．该参数大于　备注　主河道蚝　河流平均坡降　度（ｋｍ）　（‰）　】３　ｌＩ　ｌ３．１０　１９．４　１９　４　本次安鉴所采用的汇流参数（《水利水电工程设计　洪水计算手册》中的福建省沿海地区汇流参数ｍ＝　０．０６２０￣．６１，），从而使得２００２年安鉴计算出的各频率　省水利规划院　长汀院　石兜水库以上流域　５９．３　５９　３　５９　３　ｌ２，１０　ｌ３　０５　２２　ｌ５．３　１８　ｌ　５　１　厦门水文局　本次安鉴复核　０２年安鉴　洪峰大于本次安鉴对应洪峰值。　结论　总的来说．本次安鉴在设计洪水的计算过程　２．暴雨参数的取用值相差较大　２００２年安鉴设计洪水与本次安鉴复核设计洪　水采用的年最大２４ｈ暴雨参数均由坝头站实测年　最大１日降雨量乘以换算系数经频率分析优化适　线后计算得到，其中，２００２年安鉴时采用的坝头站　中，无论是流域特征参数的确定、暴雨参数的选取　还是汇流参数的选用上．都较２００２年安鉴来得合　理．因此．本次安鉴设计洪水计算成果虽小于２００２　年安鉴成果．但是本次安鉴设计洪水计算成果是合　理的　（作者单位：厦门水务集团有限公司）　｜　０