水库防洪库容确定的一般方法

第16卷 第10期 中 国 水 运 Vol.16 No.10 2016年 10月 China Water Transport October 2016

收稿日期：2016-07-26

作者简介：陈 鋆（1983-），男，江西九江人，江西省水利规划设计研究院，工程师，主要从事水利规划工作。 基金项目：江西省水利厅科技项目（KT201323）。

水库防洪库容确定的一般方法

陈 鋆

（江西省水利规划设计研究院，江西 南昌 330029）

摘 要：对于有防洪任务的水库，防洪库容确定的方法一般采用典型年法或频率法，本文对这两种方法的具体操作步骤进行了详细论述，并对过程中出现的问题作了思考。 关键词：防洪库容；典型年法；频率法；防洪效果

中图分类号：TV697 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）10-0167-02

水库防洪库容的确定按规范要求，可选择典型年法和频率法。为了便于说明问题，先做几点假设：防洪保护对象为县城，县城与坝址都位于河道干流；水文站1代表防洪控制断面，水文站2代表坝址断面；区间洪水无代表站；县城的防洪标准为20年一遇，通过水库作用后达到50

年一遇。

图1 防洪示意图

一、典型年法 1．典型年选择

选择坝址为主、区间为主、流域均匀型三种洪水典型。具体做法如下：

（1）将站2历年洪水过程演进至站1，然后与站1相应的洪水过程相减，求得区间历年洪水过程。

（2）统计历年站1、2和区间的洪峰流量Q m 、时段最大洪量W xh 。洪量统计时段长度xh 值根据洪水特点及调洪控制时段长确定。

（3）计算历年站2、区间与站1的Q m 、W xh 的比值（Q m

用2/3次方，W xh 用1次方），然后与各控制流域面积的比值进行对比。如果区间的Q m 或W xh 的比值远大于区间的面积与站1的面积的比值，且坝址的Q m 或W xh 的比值远小于坝址的面积与站1的比值，那么典型年洪水是区间为主类型；反之，如果坝址的Q m 或W xh 的比值远大于坝址的面积与站1的比值，且区间的Q m 或W xh 的比值远小于区间的面积与站1的面积的比值，那么典型年洪水是坝址为主类型；如果坝址的Q m 或W xh 的比值接近坝址的面积与站1的比值，且区间的Q m 或W xh 的比值也接近于区间的面积与站1的面积的比

值，那么典型年洪水是流域均匀型。假设经过分析，1954年7月洪水为区间为主型、1998年6月洪水为坝址为主型、2010年5月洪水为流域均匀型。

2．缩放系数K

缩放系数K 值根据防洪控制断面（站1）确定。若水库调节性能较差，则K=Q p /Q m ，即用洪峰缩放，其中Q p 是防洪控制断面50年一遇设计洪峰流量，Q m 是防洪控制断面的典型年洪水的洪峰流量。若水库调节性能较好，则K=W p /W xh ，即用洪量缩放，其中W p 是防洪控制断面50年一遇时段最大洪量，W xh 是防洪控制断面的典型年洪水的时段最大洪量。通过分析计算，得到三场洪水典型的缩放系数，

分别为K 1954.7、K 1998.6、K 2010.5。

3．整体洪水

用K 值分别缩放坝址和防洪控制断面的各典型年的洪水过程。如果用洪量缩放后的坝址或防洪控制断面的洪峰流量值远大于或小于50年一遇的设计值，则可将该典型年洪水的缩放系数K 值改由洪峰确定，即各典型年洪水K 值既有按洪峰确定，也有按洪量确定。或者更换洪水典型，使得用洪量缩放后的坝址和防洪控制断面的洪峰流量值接近50年一遇的设计值。

4．调洪计算

拟定防洪调度方式，对50年一遇的不同典型年洪水过程进行调洪计算，然后将出、入库洪水过程之差演算至防洪控制断面后，与防洪控制断面洪水过程叠加。如果叠加后的洪水过程的洪峰流量小于等于20年一遇的安全泄量，则防洪调度方式满足要求，否则修正防洪调度方式，直到满足要求为止。

防洪调度方式的拟定主要根据泄洪设施运用条件、上游洪水及下游区间洪水的遭遇组合特性、防洪保护对象的防洪标准、防御能力及允许泄量情况，分别选择相应的调度方式：

（1）当坝址至防洪控制断面区间面积较小时、防洪控制断面洪水主要由水库下泄流量组成时，可采用固定泄量（含一级或多级）调度方式。

（2）坝址至防洪控制断面的区间较大、防洪控制断面洪

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水的遭遇组合多变时，宜采用补偿调度方式。

（3）其他情况，可视资料情况，选择固定泄量调度、补偿调度或组合调度方式。

5．防洪库容的确定

在调洪过程中，各典型年洪水最高调洪水位相应库容与起调水位相应库容的差值即为各典型年所需的防洪库容，假设分别为V防1954、V防1998、V防2010，三者的最大值为所求的水库的防洪库容。

二、频率法

按照洪水的组成分为三种情况，一种是防洪控制断面与坝址同频率，区间相应；第二种是防洪控制断面与区间同频率，坝址相应；最后一种是坝址与区间相应，防洪控制断面相应。在确定防洪库容时，我们只需研究前两种情况。

1．防洪控制断面与坝址同频率，区间相应

（1）计算站1、2设计洪峰流量、各时段设计洪量。

（2）选择防洪控制断面和坝址的洪水典型，比如1998年6月洪水典型。

（3）分别计算防洪控制断面的缩放系数K1_Q m、K1_W xh和坝址的缩放系数K2_Q m、K2_W xh，并求得相应洪水典型的设计洪水过程。K1_Q m、K2-Q m分别为防洪控制断面、坝址的洪峰缩放系数，K1_W xh、K2_W xh分别为防洪控制断面、坝址的洪量缩放系数。如果洪水过程控制的时段有多个（如24h、72h、120h），则洪量缩放系数相应有多个（如K_W24h、K_W72h-24h、K_W120h-72h）。缩放之后，坝址和防洪控制断面设计洪水过程的洪峰、各时段的洪量均为50年一遇的设计值。

（4）拟定防洪调度方式，调洪计算，然后将出、入库之差演算至防洪控制断面后，与防洪控制断面洪水过程叠加。如果叠加后的洪水过程的洪峰流量小于等于20年一遇的安全泄量，则防洪调度方式满足要求，否则修正防洪调度方式，直到满足要求为止。

2．防洪控制断面与区间同频率，坝址相应

（1）将站2历年的洪水过程演算至站1，然后与站1相应的洪水过程相减，从而得出区间历年的洪水过程，进而求得区间设计洪峰流量、各时段设计洪量。

（2）选择防洪控制断面和区间的洪水典型，比如1954年7月洪水典型。

（3）分别计算防洪控制断面的缩放系数K1_Q m、K1_W xh和区间的缩放系数K3_Q m、K3_W xh，经洪水过程同频率缩放求得相应洪水典型的洪水过程。K1_Q m、K3_Q m 分别为防洪控制断面、区间的洪峰缩放系数，K1_W xh、K3_W xh分别为防洪控制断面、区间的洪量缩放系数。如果洪水过程控制的时段有多个（如24h、72h、120h），则洪量缩放系数相应有多个（如K_W24h、K_W72h-24h、K_W120h-72h）。缩放之后，坝址和区间设计洪水过程的洪峰、各时段的洪量均为50年一遇的设计值。

（4）将缩放之后的防洪控制断面设计洪水过程与区间设计洪水过程的差值用马斯京根法反演算至坝址，求得坝址相应的洪水过程。

（5）拟定防洪调度方式，调洪计算，然后将出、入库之差演算至防洪控制断面后，与防洪控制断面洪水过程叠加。如果叠加后的洪水过程的洪峰流量小于等于20年一遇的安全泄量，则防洪调度方式可行，否则修正防洪调度方式，直到满足要求为止。

3．防洪库容的确定

在调洪过程中，两种组合洪水的最高调洪水位相应库容与起调水位相应库容的差值即为各自所需的防洪库容，假设分别为V防-区间相应、V防-坝址相应，两者的最大值为所求的水库的防洪库容。

三、汛限水位、防洪高水位、设计、校核洪水位

（1）选择对调洪不利的峰高量大的洪水典型，采用同频率放大法求得坝址各频率的设计洪水过程线。经缩放后的坝址设计洪水过程线的洪峰流量Q m等于设计值Q p，各时段最大洪量W xh等于相应时段设计洪量W p。

（2）在防洪库容确定后，在满足兴利要求的前提下，为了减少淹没损失和降低大坝高度，防洪库容与兴利库容尽可能结合。通过技术经济比较，合理安排防洪库容的位置和相应的汛限水位、防洪高水位。

（3）根据拟定的防洪调度原则进行调洪计算，求得设计、校核洪水位。

四、几点思考

（1）水库泄流能力要满足防洪调度要求。如果起调水位相应的泄流能力小于控泄流量，则水库会把洪水起涨前的小流量部分装入水库，浪费防洪库容。

（2）设计洪水地区组成是防洪库容确定的重要基础，但是在工程实践中，受水文资料条件的限制，在研究设计洪水地区组成时往往会碰到诸多问题，例如：

1）如果区间有测站3基本可以代表区间洪水，按理区间洪水过程可以直接采用实测成果，但实际上测站3洪水过程加上测站2洪水过程往往不会严格等于测站1洪水过程，这样水量出现不平衡，需要对分区洪水过程进行修正。

2）当水文资料条件不好时，设计洪水的地区组成研究非常麻烦。例如：某某水库坝址设计洪水过程采用瞬时单位线法计算，防洪控制断面设计洪水过程根据实测资料求得，区间洪水过程根据防洪控制断面与坝址的洪水过程相减求得。因坝址和防洪控制断面设计洪水计算的方法不协调，区间洪水过程由两者相减求得的合理性还需深入研究。

五、结语

本文所述及的仅仅是防洪库容求解方法一般方法，在实际运用中，不同工程的水文资料条件不同，设计洪水的地区组成特点不同，防洪布局也不同，防洪库容确定的方法应因地制宜，灵活运用。

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