肖 玲，雷雙超，楊 剛

(遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 遵義 563002)

1 概 述

清水河水庫(kù)位于烏江左岸一級(jí)支流魚(yú)塘河左岸一級(jí)支流清水河上，地處貴州省遵義市播州區(qū)尚嵇鎮(zhèn)清水村境內(nèi)。壩址地理位置為東經(jīng)106°58′，北緯27°26′，距尚嵇鎮(zhèn)8 km，距遵義市城區(qū)63 km。水庫(kù)現(xiàn)狀正常蓄水位880.20 m，正常蓄水位庫(kù)容285×104m3，死庫(kù)容19.0×104m3，興利庫(kù)容266×104m3,供水對(duì)象為清水河水庫(kù)灌區(qū)及尚嵇鎮(zhèn)。灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉面積2.06萬(wàn)畝，供水人口約1.77萬(wàn)人。根據(jù)尚嵇鎮(zhèn)輸水管網(wǎng)損失、水廠自用水量等用耗水情況推算，至2030年，無(wú)論水質(zhì)還是水量，現(xiàn)狀水源均不能滿足用水需求。另外，水庫(kù)現(xiàn)狀庫(kù)容系數(shù)僅為8.50%，只具有年調(diào)節(jié)性能，水量利用率偏低，水資源未能得到充分利用[1_2]。為了給工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和投資提供詳細(xì)決策數(shù)據(jù)依據(jù)，確保水庫(kù)均質(zhì)大壩及水庫(kù)防洪調(diào)度安全，運(yùn)用水庫(kù)運(yùn)行期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展全面水文分析[3]，以獲得與清水河流域水資源整體開(kāi)發(fā)規(guī)劃實(shí)際相切合的設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算成果，確保水庫(kù)擴(kuò)建改造工程高效優(yōu)質(zhì)的規(guī)劃建設(shè)。

2 流域概況

清水河屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅担~(yú)塘河左岸一級(jí)支流，烏江左岸二級(jí)支流，發(fā)源于播州區(qū)龍坪鎮(zhèn)尖山子，河源山頂高程1 077.2 m，由北向南流經(jīng)板子堰至水口寺納左岸支流甘溪，在沙塘廟匯入魚(yú)塘河。流域水系較為發(fā)育，沿途由多條小支溝匯集成主河道清水河。清水河全流域面積140 km2，主河道全長(zhǎng)33.4 km，主河道加權(quán)平均坡降為3.75‰，多年平均徑流量5 620×104m3。清水河水庫(kù)位于清水河中游，壩址以上流域面積82.6 km2，占全流域面積的58.8%，主河道長(zhǎng)21.1 km，主河道加權(quán)平均坡降4.00‰，流域形狀系數(shù)0.186，流域幾何特征參數(shù)43.3，壩址以上多年平均徑流量3 110×104m3。

流域?qū)僦衼啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤(rùn)，雨量豐沛，四季分明，光水熱同季。據(jù)鄰近的遵義市氣象站系列資料統(tǒng)計(jì)：多年平均氣溫14.6 ℃，多年平均風(fēng)速0.9 m/s，多年平均最大風(fēng)速11.0 m/s，無(wú)霜期340 d，年平均日照時(shí)數(shù)1 000～1 100 h，全年無(wú)霜期250～280 d，多年平均相對(duì)濕度77.9%左右。據(jù)鄰近的團(tuán)溪雨量站系列資料統(tǒng)計(jì)：多年平均降水量1 035.0 mm，最大年降水量1 256.9 mm(1971年)，最小年降水量708.5 mm(1966年)，實(shí)測(cè)最大日暴雨量183.5 mm(1971年5月22日)。

3 暴雨洪水特性

3.1 暴雨特性

清水河水庫(kù)壩址以上流域面積82.6 km2，水庫(kù)所在清水河流域內(nèi)無(wú)水文站，無(wú)實(shí)測(cè)洪峰流量資料。與流域鄰近的測(cè)站有團(tuán)溪雨量站，實(shí)測(cè)有1963—2015年連續(xù)最大日暴雨資料。另外，距離設(shè)計(jì)流域較近湘江干流上的湘江水文站，其控制流域面積554 km2，與清水河水庫(kù)流域面積相差較大。因此，設(shè)計(jì)主要依據(jù)團(tuán)溪雨量站暴雨成果及等值線圖確定設(shè)計(jì)流域暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)。團(tuán)溪雨量站1963—2015年最大一日暴雨系列值適線后得H日=74.8 mm，Cv=0.45，經(jīng)折算得H24=83.8 mm。根據(jù)《貴州省短歷時(shí)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖集》之“年最大24 h點(diǎn)雨量均值等值線圖”和“年最大24 h點(diǎn)雨量Cv值等值線圖”在流域的查值成果為H24=88.0 mm，Cv=0.5。出于對(duì)區(qū)域降水規(guī)律分析及偏安全考慮[4]，設(shè)計(jì)流域洪水計(jì)算暴雨成果采用值H24=88.0 mm，Cv=0.50，Cs=3.5Cv(見(jiàn)表1)。

表1 流域設(shè)計(jì)暴雨成果

3.2 洪水特性

設(shè)計(jì)流域洪水由暴雨形成，受流域地形地貌的影響，造成該流域洪水的主要特點(diǎn)為峰高量大且匯流集中，洪水漲勢(shì)兇猛，歷時(shí)不長(zhǎng)，一般1 d以內(nèi)；洪量主要集中在24 h之內(nèi)；洪水陡漲陡落，多呈單峰型。洪水量級(jí)主要受暴雨量、暴雨強(qiáng)度控制，前期降雨和前期土壤含水量等也起一定作用[5]。洪水主要發(fā)生在5～10月，尤其以5～7月份發(fā)生洪水的量級(jí)大而頻繁。1966年至今50年間，2002年洪水最大，洪水重現(xiàn)期為50年一遇，洪水水位為883.00 m，入庫(kù)洪峰流量370 m3/s，最大下泄流量198 m3/s。

4 設(shè)計(jì)洪水分析

4.1 參證站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

清水河水庫(kù)壩址以上流域地理參數(shù)根據(jù)1∶10 000地形圖量算，水庫(kù)流域面積82.6 km2，河道總長(zhǎng)21.1 km，主河道平均坡降4.00‰，流域形狀系數(shù)f=(F/L2)f(f=F/L2)為0.19，流域幾何特征參數(shù)θ=L/(J1/3·F1/4)=43.3，θ值大于30。雨洪法洪峰流量根據(jù)《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》中公式計(jì)算。設(shè)計(jì)流域?qū)儆谏絽^(qū)間山丘，少量巖溶，植被一般[6]。經(jīng)綜合分析，產(chǎn)匯流分區(qū)定為Ⅱ2區(qū)，Ⅱ2區(qū)匯流系數(shù)r1取值范圍為0.06～0.068，清水河水庫(kù)取0.066，徑流系數(shù)C3取值0.63～0.86，暴雨衰減指數(shù)n3取0.8，Δn3為Ⅳ區(qū)。

洪峰流量表達(dá)式為：

Qmp=0.375r10.922·f0.125·J0.082·F0.834·[C3H24P]1.23

(1)

式中，r1為匯流系數(shù)，取0.066；f為流域形狀系數(shù)，取0.19；F為流域面積，82.6 km2；C3為洪峰徑流系數(shù)，取0.63～0.86；H24P為設(shè)計(jì)頻率下最大24 h暴雨量。

洪量表達(dá)式為：

Wmp=0.1Fh24P

(2)

式中，F(xiàn)為流域面積，82.6 km2；h24P為設(shè)計(jì)頻率洪量徑流深。

根據(jù)式(1)、(2)計(jì)算得水庫(kù)壩址處各頻率洪水洪峰流量及洪量成果(見(jiàn)表2)。

表2 清水河水庫(kù)壩址處設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果

4.2 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線根據(jù)《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》洪水過(guò)程線“概化過(guò)程線”推算，確定清水河水庫(kù)不同頻率設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(見(jiàn)圖1)。

圖1清水河水庫(kù)壩址不同頻率洪水過(guò)程線

4.3 設(shè)計(jì)洪水成果合理性分析

設(shè)計(jì)流域?qū)傩×饔?，流域面積82.6 km2。選用“雨洪法”計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，其中：雨洪法以鄰近的團(tuán)溪雨量站為參證站，采用《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》中雨洪基本計(jì)算式；該公式是根據(jù)貴州省具有代表性的若干中小流域水文站實(shí)測(cè)資料擬定有關(guān)參數(shù)，并經(jīng)過(guò)了大量的實(shí)際工程驗(yàn)證，符合貴州省特定的地理環(huán)境、水文地質(zhì)條件和暴雨產(chǎn)、匯流條件，廣泛應(yīng)用于貴州省中小流域的暴雨洪水計(jì)算，在公式的采用中對(duì)公式適用條件(如流域下墊面條件、流域面積、流域幾何特征值θ等)進(jìn)行了合理判定，所選擇的公式是正確合理的。從暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)來(lái)看，以團(tuán)溪雨量站為參證站，并結(jié)合周邊雨量站分析區(qū)域暴雨規(guī)律，暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)與貴州省最新的有關(guān)暴雨等值線圖是吻合的。

從區(qū)域綜合分析角度，清水河水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水P=0.1%～20%洪峰模數(shù)為8.25～1.85 m3/s· km2，與流域其他工程(上水水庫(kù)洪峰模數(shù)為8.72～1.73 m3/s· km2、茍江水庫(kù)洪峰模數(shù)為7.85～1.53 m3/s· km2)及鄰近流域(龍巖水庫(kù)洪峰模數(shù)為7.35～1.62 m3/s· km2)相差不多，符合該地區(qū)洪水的地區(qū)分布規(guī)律。計(jì)算推求的50年一遇洪水洪峰流量為371 m3/s，調(diào)查的2002年洪水洪峰流量為370 m3/s，該年洪水重現(xiàn)期50年，計(jì)算洪水成果基本與調(diào)查歷史洪水接近，成果基本合理。

4.4 壩址處洪水復(fù)核結(jié)論

清水河水庫(kù)“可研階段”采用的設(shè)計(jì)洪水是采用“雨洪法”計(jì)算的，“可研階段”設(shè)計(jì)暴雨成果取值是結(jié)合參證站團(tuán)溪雨量站及等值線圖查圖成果綜合取值得到，H24=88.0 mm，Cv=0.50，Cs=3.5Cv。洪水計(jì)算公式中，匯流系數(shù)γ1取值為0.066，徑流系數(shù)C3取值為0.63～0.86(見(jiàn)表3)。

表3 清水河水庫(kù)壩址處可研階段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果

經(jīng)對(duì)可研階段洪水計(jì)算方法及成果進(jìn)行復(fù)核，并將參證站團(tuán)溪雨量站資料延長(zhǎng)至2015年，暴雨資料系列為1963—2015年，本階段設(shè)計(jì)暴雨取值同樣是根據(jù)參證站及等值線圖查圖成果綜合取值得到，H24h=80 mm，Cv=0.55，Cs=3.5Cv。洪水計(jì)算公式中，各參數(shù)取值與“可研階段”一致。經(jīng)復(fù)核，“可研階段”與初步設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法相同，水庫(kù)壩址處洪水成果一致可信。因此，采用團(tuán)溪雨量站實(shí)測(cè)洪水計(jì)算清水河水庫(kù)洪水是合適的，成果也是合理的。

5 結(jié) 論

清水河水庫(kù)擴(kuò)建工程是合理利用清水河流域水資源、優(yōu)化尚嵇集鎮(zhèn)供水水源結(jié)構(gòu)、保障供水安全和促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的再創(chuàng)造過(guò)程。通過(guò)對(duì)清水河水庫(kù)壩址以上流域的暴雨洪水特性規(guī)律進(jìn)行推演計(jì)算，結(jié)合“雨洪法”計(jì)算分析獲得水庫(kù)壩址處的設(shè)計(jì)洪水成果，為水庫(kù)擴(kuò)建工程科學(xué)的規(guī)劃建設(shè)提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)，確保水庫(kù)供水、防洪、興利調(diào)度和改善生態(tài)環(huán)境等功能正常穩(wěn)定發(fā)揮。