李冬升，高新梅

（牡丹江市水利勘测设计研究院，黑龙江牡丹江 157000）

1 工程概况

牛心水库坝址位于朱家镇牛心村1.6 km处的五虎林河支流牛心沟中游，距下游朱家镇14 km。牛心水库是一座以灌溉、防洪为主，兼顾养鱼、旅游等综合利用的小（1）型水库。水库控制流域面积78 km2，总库容453万m3，兴利库容413万m3，水库除险后，设计灌溉水田490.7 hm2;防洪保护下游农田2 133 hm2;保护1个乡镇，4个村屯，2.6万余人口及牡～佳线铁路。

牛心水库属于Ⅳ等4级工程，原洪水设计标准为30 a一遇洪水设计，500 a一遇洪水校核。水库枢纽主要由土坝、输水洞、溢洪道等组成。水库土坝采用均质土坝，水库现有土坝坝顶高程为 112.01～112.82 m，坝长273 m，最大坝高13.3 m，坝顶宽4.0 m，迎水坡比1∶3，背水坡比1∶2，溢洪道位于土坝左岸，为双孔开敞式正槽溢洪道，堰顶设有双孔弧形闸门，单孔净宽7 m，堰顶高程107.00 m，溢洪道由进口段、溢流段、连接段、陡坡段、消力池段和海漫段组成，两侧侧墙为浆砌石挡墙。

2 水文分析

2.1 流域概况

牛心沟是五虎林河一级支流，流域地形属低山丘陵。河道平均比降约为1/200。水库上游为天然次生林，植被良好，下游水库灌区是五虎林河流域4个666.7 hm2以上灌区之一。

本流域属于中温带大陆性季风气候区。特点是四季分明，春季（4～5月）多风干燥，夏季（6～8月）湿热多雨，秋季（9～10月）温凉早霜，冬季（11～3月）严寒漫长。

根据林口气象站资料统计，多年平均降雨量530 mm，多年平均蒸发量720 mm，多年平均径流深145 mm，多年平均气温2.5℃，无霜期120 d左右。最大风速20.7 m/s。日照时数为2 500 h，平均风速3 m/s，最大冻土深度1.8 m。

2.2 水文基本资料

本流域内没有水文站，该水库又无观测资料，故本次水文资料主要依据主要借用2005年由省水院完成的《勃利县城镇供水九龙水库可行性研究》报告中采用的勃利水文站径流系列为1959～2003年45 a径流系列成果和1996年版《黑龙江省水文图集》。

2.3 径流

牛心水库位于牡丹江右岸二级支流牛心沟上，该支流无水文站，本次借用临近流域勃利县的小汇水面积站勃利水文站的1959-2003年月旬径流分配成果。2005年由省水院完成的《勃利县城镇供水九龙水库可行性研究》报告中采用的勃利水文站径流系列为1959-2003年45 a径流系列，本次直接采用。

2.4 洪水

2.4.1 暴雨洪水特性

本流域大暴雨的天气系统主要是台风和气旋，暴雨发生时间多为7、8月份，暴雨历时集中，1 d降雨占3 d降雨的77%，。洪水和暴雨一致，主要发生在7、8月份，洪水一般为单峰型，一次洪水约为3 d。

2.4.2 设计洪水

采用1996年《黑龙江省水文图集》径流途径和暴雨途径分别推求本流域设计洪峰流量。见表1。

表1 设计洪峰流量成果表

由表1可知，两种途径结果有一定出入，将本次两种方法推求的成果与牛心水库现有的设计成果进行比较，径流途径推求的成果更接近原设计成果，本次设计采用径流途径计算洪水为设计洪水。

本流域无实测洪水记录，邻近有资料的测站流域面积及特性和本流域相差较大，相关不好。因此本次采用1996年《黑龙江省水文图集》径流途经推求设计洪水方法。

洪水计算成果见表2。设计洪水过程线采用1996年《黑龙江省水文图集》概化洪水过程线，见表3，图1。

表2 最大流量、不同时段洪量模比系数表

表3 各频率洪峰及洪量成果表

表4 牛心水库洪水过程线

2.5 水库损失

蒸发损失为水面蒸发与陆面蒸发的差值，陆面蒸发量按多年平均降水量与径流深的差值计算。牛心水库本身无蒸发、降水观测资料，本次借用1996年黑龙江省水文图集成果，查得水库站降水、蒸发资料，计算水库蒸发损失深度，公式如下：

式中：ΔE为水库蒸发损失深度，mm;E水多年平均水面蒸发量，696.5 mm;R为多年平均径流深，145 mm;P为多年平均降水量，530 mm。

库区渗漏损失按1.5 mm/d计。牛心水库多年平均水库总损失深度为859 mm，损失深度年内分配情况见表5。

2.6 泥沙与冰情

2.6.1 泥沙

该流域没有悬移质输沙率观测资料，查1996年版《黑龙江省水文图集》的悬移质输沙率等值线图，牛心水库处多年平均年输沙模数为70 t/k·m2/a，依据坝址以上流域面积推算水库坝址年悬移质输沙量为5 460 t。

图1 牛心水库设计洪水过程线

2.6.2 冰情

查1996年版《黑龙江省水文图集》，冰情特征值统计表，五虎林河流域多年平均开河日期为3月30日，封冻日期11月10日。多年平均封冻天数135 d，多年平均最大冰厚0.54 m。

2.7 水库坝下H-Q

牛心水库坝下100 m处H-Q曲线按牡丹江院实测河道断面，采用曼宁公式计算。糙率根据坝址附近河床及滩地组成情况，分析选定主糙率为0.035，滩地糙率为0.058，河道比降0.5%，H-Q曲线成果见表6，图3。

2.8 施工期洪水

依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）和《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338-89）的有关规定，本工程永久性主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，临时性建筑物级别采用5级。导流围堰属临时性5级建筑物，洪水标准采用5 a一遇，设计流量39 m3/s，设计水位108.07 m。

3 结论

牛心水库除险加固工程已于2009年末正式竣工验收。工程建筑满足设计要求，在工程交付使用后，功能运行良好。验证了此次水文成果的可靠性、准确性。

表5 牛心水库损失深度年内分配表 mm

表6 坝下游100 m水位～流量关系曲线

图2 牛心水库坝下H-Q曲线

表7 施工5 a一遇洪水过程线

图3 牛心水库施工洪水过程线

[1]蒋金珠.工程水文及水利计算[M].北京：水利电力出版社，2001.

[2]牡丹江市水利勘测设计研究院.黑龙江省林口县牛心水库除险加固工程初步设计报告[R].牡丹江：牡丹江市水利勘测设计研究院，2008.