小仕阳水库设计洪水复核

小仕阳水库设计洪水复核
王慧;刘永华;韩玉冬
【摘要】小仕阳水库1959年建库运行以来,历经几次加固改造,现状坝体及附属建筑仍可能达不到设计要求,故提出对大坝进行设计洪水复核。

根据1960年建库以
来积累的水文气象资料和水库运行记录,对入库洪水计算方法、特大洪水处理、资
料代表性分析、频率计算和成果的合理性论证等,均做了比较系统的探讨,保证了小
仕阳水库设计洪水复核成果的准确、可靠,为进一步研究大坝安全提供可靠的依据。

【期刊名称】《山东水利》
【年(卷),期】2012(000)002
【总页数】3页(P14-16)
【关键词】小仕阳水库;设计洪水;洪水复核
【作者】王慧;刘永华;韩玉冬
【作者单位】临沂水文水资源勘测局,山东临沂276000;临沂水文水资源勘测局,山
东临沂276000;临沂水文水资源勘测局,山东临沂276000
【正文语种】中文
【中图分类】TV122
小仕阳水库位于莒县东北28 km处，沭河支流袁公河上，始建于1958年10月，1959年6月主体工程竣工，控制流域面积281 km2。

水库枢纽工程由主坝、溢
洪闸、副坝、副溢洪道、放水洞、水电站6部分组成，水库总库容1.25亿m3，
兴利库容6 863万m3。

是一座以防洪和农业灌溉为主，结合发电和水产养殖等综合利用的大（2）型水库。

坝址以上流域内，有石亩子中型水库1座，石亩子水库控制流域面积16.3 km2，总库容 1 232 万 m3，兴利库容 790 万 m3。

为确保
水库的防洪安全，提高水库的防洪、发电效益，对小仕阳水库设计洪水进行了复核。

1 资料审查
水文资料是水文分析计算的依据，直接影响着此次设计洪水计算的精度、可靠性，是设计洪水计算的基础。

1.1 可靠性分析
小仕阳水库流域内现有雨量观测站3处，各站资料均能满足实测降水资料，实测
资料均进行过资料整编，达到了规范规定的要求，系列资料具有可靠性。

建库后，小仕阳水库水文站对水库水位、溢洪、输水洞放水等均有系统完整的观测记录，因此用水量平衡方程式推求的洪水过程是可靠的。

根据1977年9月小仕阳水库站历史洪水调查成果表记载，小仕阳水库有3次调
查洪水资料，分别为1914年、1928年和1947年，其洪水洪峰流量依次为2 610 m3/s、1 870 m3/s和2 160 m3/s。

经点绘实测资料系列峰量关系，将1914年洪水与实测资料系列的峰量对比分析，综合考虑流域下垫面条件的变化因素，以及资料处理存在的允许误差，认为1914年洪水定为70年一遇为宜。

经对1928年洪水进行综合分析，比1974年洪水要小，因此，本次历史洪水处理不考
虑1928年洪水。

1.2 一致性分析
用降水资料推求设计洪水时，考虑到小仕阳水库流域内雨量站设站时间有早有晚，为解决流域内雨量站设立时间不同的问题，本次计算分别采用了算术平均法和加权平均法2种方法计算流域平均降雨系列，以满足不同年代流域平均降雨资料的一
致性，经分析最终确定采用加权平均法计算的流域平均降雨系列。

用实测流量法推
求设计洪水时，小仕阳水库坝址以上各小型水库中，均缺少观测资料，且这些小型水库的库容较小，溢洪道也都为开敞式，对小仕阳水库入库洪水的影响主要为中小洪水，其影响程度较小。

因此在应用小仕阳水库实测入库洪水资料分析计算小仕阳水库设计洪水时，着重考虑石亩子水库的影响，对小型水库的影响可以根据规范规定对校核洪水做安全修正值处理解决。

因此认为本次还原计算的洪水系列具有一致性。

1.3 代表性分析
在1960—2004年45年降水资料系列中包括了5个连续丰水年组和4个连续枯
水年组，丰枯交替出现，系列代表性较好，为进一步分析资料系列代表性，本次采用邻近雨量站长系列降雨资料进行分析。

在小仕阳水库东偏北方向130 km处青
岛雨量站有1898—2004年107年的降雨系列资料，从同期年降水量的年际变化规律来看，两站变化规律基本一致，多年平均年降水量和变差系数Cv值相近，故以青岛站降水量长短系列资料，分析其样本对于总体的代表性。

经计算对比分析（见表1），青岛雨量站年降水量和最大一日降水量长短系列丰枯变化规律基本一致，其均值、Cv值相近，长短系列相对误差在3%以内；设计1%、0.1%、
0.05%、0.02%的年降水量相对误差在6%以内，最大一日降水量相对误差均在4%以内。

由青岛雨量站长短系列雨量资料分析成果看，1960—2004年短系列降雨
资料不存在偏枯或偏丰现象，短系列（样本）对于长系列（总体）有较好的代表性。

小仕阳水库有1964—2004年41年入库洪水实测系列，资料系列满足规范要求，本次计算系列中不仅包括丰水年份，也包括连续枯水年的资料，丰枯代表性好，此外由于加入了调查历史大洪水，也在一定程度上提高了系列的安全代表性。

同时，经对洪水系列与降雨系列对比分析，两系列丰枯变化规律基本一致，降雨系列的代表性也证明了本次采用的洪水系列具有较好的代表性。

以上表明，小仕阳水库暴雨系列和实测洪水系列均具有良好的可靠性、一致性和代
表性。

根据设计洪水计算要求，本次确定采用由实测洪水资料推求设计洪水的方法推求设计洪水。

表1 青岛雨量站降水量系列代表性分析表年降水量 1898—2004年 1960—2004
年相对误差(%) 年最大1日降水量 1898—2004年 1960—2004年相对误差(%)均值 680.0 700.6 3.0 均值 93.9 92.7 1.3 Cv 0.31 0.32 3.2 Cv 0.53 0.55 3.8 P=1% 1 329.4 1 395.7 5.0 P=1% 269.6 274.8 1.9 P=0.1% 1 662.2 1 757.5 5.7 P=0.1% 378.6 389.4 2.9 P=0.05% 1 758.8 1 859.3 5.7 P=0.05% 411.1 423.7 3.1
P=0.02% 1 884.9 1 995.7 5.9 P=0.02% 454.3 469.2 3.3
2 设计洪峰洪量计算
2.1 洪水频率分析
小仕阳水库为二级工程，按规范确定大坝设计洪水标准为100年一遇，即p=1%；校核标准为5 000年一遇，p=0.02%。

2.2 洪水洪峰和时段洪量推求
由于小仕阳水库上游的石亩子水库无实测水文资料，本次先由小仕阳水库实测水文资料及调查历史洪水资料计算小仕阳～石亩子区间的入库洪水过程与时段洪量，然后用面积比放大求得小仕阳水库入库洪水的时段洪量和洪峰。

3 设计洪水过程线推求
本次计算从小仕阳水库区间入库洪水资料中选取了6场较大洪水，根据选典型洪
水过程的原则，经对比分析，选取1970年7月29日洪水作为设计典型洪水过程。

采用典型洪水同倍比放大法，用放大系数，依据此典型洪水过程，分别推求出小仕阳水库全流域和小仕阳～石亩子区间不同频率的洪水过程。

小仕阳水库全流域和小仕阳～石亩子区间不同频率的洪水过程同时段相减得出的过程反演算到石亩子水库坝址处，即为石亩子水库各相应频率设计入库洪水过程。

对石亩子水库各相应频率的设计入库洪水进行调洪演算，将石亩子水库调洪演算后的出库流量过程演算到小
仕阳水库并与小仕阳～石亩子区间设计洪水过程线叠加，得到小仕阳水库受上游石亩子水库调蓄影响的设计洪水过程线。

小仕阳水库不受石亩子水库调蓄影响的设计洪峰、洪量及洪水过程线同上，采用典型年同倍比放大法推求。

4 水库调洪演算及安全复核
4.1 调洪原则
小仕阳水库坝址以下有农田、村庄和乡镇等保护对象，根据《小仕阳水库汛期控制运用方案》以及河道下游的安全泄量，取安全泄量800 m3/s，对本次计算的2%的实测流量法推求的设计洪水进行调洪验算，调算所得的最高水位作为本次调算的防洪高水位（155.10 m），确定小仕阳水库调洪演算按以下水位控制：
当水库水位低于155.10 m时，控制下泄流量不超过800 m3/s，当入流小于800 m3/s时按入流下泄；当水库水位超过155.10 m时，水库闸门全开，按自由出流敞泄。

当副溢洪道水位大于154.08 m时，按自由出流下泄。

4.2 调洪演算
将各种方法推求的设计洪水分别按照调洪原则进行调洪演算，其中由实测流量法考虑石亩子水库调蓄影响的调算结果为推荐洪水调算成果见表2（由暴雨资料推求设计洪水的调算成果略）。

4.3 防洪核算
通过计算得坝顶超高：正常运用为2.97 m；非常运用为1.50 m。

由此得出小仕阳水库大坝现状防洪安全复核成果见表3、表4。

表2 小仕阳水库各计算方案洪水调节计算成果表方案项目频率（%）5 2 1 0.1 0.05 0.02 0.01实测流量法副溢洪道参与泄洪考虑石亩子水库调蓄影响最高水位/m 154.52 155.13 155.39 156.62 156.99 157.35 157.68最大泄量/（m3/s）800 800 2 119 3 223 3 586 3 983 4 347实测流量法副溢洪道不参与泄洪最高水
位/m 154.48 155.10 155.37 156.60 156.97 157.32 157.65最大泄量/（m3/s）800 800 2 085 3 197 3 575 3 948 4 315不考虑石亩子水库调蓄影响最高水位/m 154.48 155.11 155.40 157.10 157.60 158.09 158.56最大泄量/（m3/s）800 800 1 726 2 306 2 490 2 672 2 853
表3 小仕阳水库主、副溢洪道共同泄洪时的防洪核算成果表 m项目各设计频率高程1% 0.1% 0.05% 0.02% 考虑地震安全静态最高水位 155.37 156.60 156.97 157.32 153.50坝顶超高 2.97 1.50 1.50 1.50 1.50核算坝顶高程 158.34 158.10 158.47 158.82 156.00粘土心墙安全加高 0.60 0.0 0.0 0.0核算粘土心墙顶高程155.97 156.60 156.97 157.32现状主坝顶高程 159.30现状副坝顶高程 159.69现状防浪墙顶高程 160.30现状粘土心墙顶有效高程 158.70备注地震安全加高1.0
表4 小仕阳水库副溢洪道不参与泄洪时的防洪核算成果表 m各设计频率高程1% 0.1% 0.05% 0.02% 考虑地震安全静态最高水位 155.40 157.10 157.60 158.09 153.50坝顶超高 2.97 1.50 1.50 1.50 1.50核算坝顶高程 158.37 158.60 159.10 159.59 156.00粘土心墙安全加高 0.60 0.0 0.0 0.0核算粘土心墙顶高程 156.00 157.10 157.60 158.09现状主坝顶高程 159.30现状副坝顶高程 159.69现状防浪墙顶高程 160.30现状粘土心墙顶有效高程 158.70备注地震安全加高1.0项目5 结语
本次计算在主、副溢洪道共同泄洪的条件下，现状主、副坝顶高程，心墙顶高程均达到100年一遇设计标准和5 000年一遇校核标准；因现状开敞式副溢洪道控制段以下均为耕地和村庄，不具备泄洪条件。

若副溢洪道不参与泄洪，则水库防洪能力也能达到100年一遇设计标准和5 000年一遇校核标准，符合规范要求。