大中型水库设计洪水计算方法探讨

【摘要】水库设计洪水计算，一般采用频率分析途径，由流量资料或暴雨资料分别进行水库设计洪水的推求计算。不论采用何种方法得出的计算结果，都应进行审慎的合理性分析比对，以选择最有代表性的计算成果，用于确定水库的防洪规模。

【关键词】设计洪水；流量资料；暴雨资料；地区综合频率

【中图分类号】TV122.3 【文献标识码】B 文章编号】1009-6159（2011）-03-0029-02

设计洪水计算是防洪工程规划中的重要组成部分，是确定防洪工程规模的重要依据。准确合理地估算设计洪水，对水利工程的规划设计和运行管理而言至关重要。目前，设计洪水分析计算主要有两种途径，一是采用统计方法(频率分析计算)推求设计洪水；二是从水文气象的成因途径(PMP/PMF)推求设计洪水。

水文频率分析法的应用已有近百年历史，我国的统计途径计算设计洪水，要求根据设计流域的资料条件，对于有实测流量资料的大、中型水利水电工程应尽可能采用流量资料来计算设计洪水。当工程所在河段附近没有可以直接引用的流量资料时，进行设计洪水计算一般采用由暴雨资料推求设计洪水。

可能最大降水PMP 与可能最大洪水PMF 首先由美国提出，并用于工程设计，作为重要水坝和泄洪道的普遍设计标准。我国开展可能最大降水PMP 与可能最大洪水PMF 工作绝大部分是在20 世纪70年代后期，特别是1975 年8 月河南省驻马店地区发生特大暴雨之后进行的全国性水库防洪安全复核工作中完成的，但这些成果由于种种原因，特别是PMF，基本上存在偏大的现象。

山东省大、中型水库除险加固洪水复核及初设工作目前已基本完成，设计洪水计算是其中必不可少的重要环节。对于洪水频率分析计算，不同区域会根据实际情况选择最适合自己的分布形式，山东省水库设计洪水计算多选用皮尔逊Ⅲ型分布，并根据水库的实际情况和经验，通过由流量资料和暴雨资料分别进行设计洪水的推求计算，经分析比对，选择最有代表性的计算成果。

1 由实测流量资料推求设计洪水

对于有实测流量资料的大、中型水库都要求计算由流量资料推求设计洪水。并且必须进行历史洪水的调查和考证工作，利用历史(古)洪水调查考证的结果，可以提高频率曲线的可靠性，通过对水库坝址处河段历史洪水资料进行调查，得到较可靠的历史洪水洪峰流量。采用流量资料来计算设计洪水，主要内容包括推求设计洪水三要素，即设计洪峰流量、设计时段洪量和设计洪水过程线的分析计算。

2 由暴雨资料推求设计洪水

2.1 设计面雨分析计算

采用流域内实测暴雨平均法、实测暴雨地区综合频率法和查暴雨参数等值线图法三种方法分别计算不同频率设计面雨量，进行对比分析。

2.2 产流与汇流计算

为确定净雨计算中采用的降雨径流关系线，对《山东省水文图集》中降雨径流关系线与水库由实测降雨径流资料点绘的降雨径流关系线、外包线做比较，将三条线绘于同一张图上，对比分析，综合考虑。实测暴雨法可采用水库实测降雨径流外包线进行设计净雨计算，等值线图法可采用《山东省水文图集》线型进行设计净雨计算。

根据各频率设计面雨量，分别查选降雨径流关系线，可求出实测暴雨流域平均法、实测暴雨地区综合频率法、等值线图法各频率设计净雨量。净雨时程分配，采用《山东省大中型水库防洪安全复核洪水计算办法》中的时程分配和当地典型实测暴雨对比分析确定。

汇流计算可采用瞬时单位线和经验单位线两种方法对比计算。

3 计算成果的比较选定

通过采用不同方法计算设计洪水，综合比较，不难发现，若直接采用实测流量系列计算时，原始资料精度、系列代表性、历史洪水调查考证深度等因素均会影响到统计参数和设计值的合理性。采用暴雨资料计算设计洪水，涉及因素和中间环节更多，如点面关系的换算、长短历时设计暴雨的确定、雨型及雨图等。当设计暴雨选定之后，再通过产流、汇流计算设计洪水，其中又有多个环节。资料条件和计算方法都会给计算成果带来影响。设计洪水成果是水利水电工程设计的重要依据，若成果偏小，将造成工程失事；若成果偏大，将造成经济上的浪费。采用不同的方法存在各自的优缺点，因此，对设计洪水计算应对各方面因素和计算环节进行综合分析，多方面检查、论证其合理性，同时，对设计洪水计算应尽可能采用几种方法，对成果进行对比分析，合理选用。

流量法成果是以国家雨量站实测流量资料为基础，原始精度及代表性较好，在充分考虑洪水计算成果的合理性和可靠性，并充分满足水库防洪安全要求基础上，综合各方面因素，优先推荐由实测流量资料推求的设计洪水成果。如果中型水库没有实测流量资料，采用由暴雨资料推求设计洪水时，推荐采用由地区综合频率法推求的设计洪水成果。

4 计算实例

为了研究不同方法推求的设计洪水，选择了威海市的米山水库为典型实例。米山水库是威海市最大的城市供水水源地，水库总库容2.8 亿m3，兴利库容1.07 亿m3，控制流域面积440 km2。米山水库采用流量资料和暴雨资料分别推求的设计洪水代表性成果比较详见表1。

表1 米山水库设计洪水成果综合比较表

从表1 中对比可看出，由实测流量法推求的设计（校核）洪水成果比实测暴雨地区综合法推求的设计（校核）洪水成果偏小，而设计洪峰成果则偏大。通过计算分析可知，采用实则流量资料推求的设计洪水成果，因选用的典型洪水及实则流量资料系列长短等因素对分析计算成果有不同的影响。而采用实测暴雨地区综合法推求的设计洪水成果，因选用的周边雨量站资料、面雨计算、产流计算、汇流计算等各阶段计算方法及采用资料系列等因素不同而影响设计洪水成果的大小。

表1 米山水库设计洪水成果综合比较表

由表1 可知，各种计算方法都有着各自的优缺点，在具体的设计分析过程中要多种方法同时分析，综合考虑，最终采用最佳的设计计算方法。

5 结语

在对大中型水库设计洪水分析计算时，若水库本身有实测流量资料，由流量资料推求设计洪水时，首先还原出水库天然入库洪水过程，设计洪水过程线采用放大典型洪水过程线的方法推求，并选择能反映洪水特性、对工程防洪运用较不利的大洪水作为典型洪水过程，从而分别求得不同频率的设计洪水过程线。由暴雨资料计算设计洪水，产流计算采用由实测暴雨资料方法和查等值线图的方法推求，汇流计算采用瞬时单位线和经验单位线两种方法分别求得设计洪水过程线。经分析比对，选择最有代表性的计算成果。

山东省大、中型水库众多，如何合理地估算水库设计洪水，做到既确保防洪安全又能最大限度发挥水利工程的综合效益，对水利工程的规划设计和运行管理而言至关重要。

参考文献

[1] 郭生练.设计洪水研究进展与评价[M].北京：水利电力出版社，2005.

[2] 周芬.设计洪水估算方法的比较研究[D].武汉大学硕士学位论文，2004.

作者简介：张明芳（1973-），女，工程师。