杨彦龙，李 健，郑子祥

(1.国家能源局大坝安全监察中心，浙江 杭州 311122；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

小流域除集水面积小之外，在暴雨洪水产汇流方面也具有独特的特点[1- 4]。我国大部分小流域水文测站多于20世纪60年代甚至更晚才开始设站[5- 6]，在早年水利水电工程设计中，由于测站水文资料系列长度不足或者无水文测站等原因，设计暴雨、设计洪水一般根据省(自治区、直辖市) 水文手册、水文图集中绘制的暴雨参数等值线图推求[7- 10]。我国各省市目前采用暴雨参数等值线图大部分是20世纪80年代、90年代绘制，对无水文资料地区中、小型水利水电工程的设计洪水计算起到了关键性的作用。随着小流域测站水文资料系列增加，有些地区又增加了一些新的测站，对产流、汇流参数的确定提供了更多的信息[11- 12]，特别近年来极端特大暴雨频发，对小型水库原设计洪水成果和防洪安全有一定的影响。

抽水蓄能电站上水库一般位于小流域，大多无降雨和洪水资料，设计阶段采用查地区暴雨等值线图计算设计洪水。以张河湾抽水蓄能电站上水库为例，通过投运后积累的降雨资料，对原设计采用暴雨等值线图计算设计洪水的不确定性进行分析，复核水库防洪安全性。

1 研究区概况及水库设计洪水成果

张河湾抽水蓄能电站位于河北省石家庄市井陉县测鱼镇附近的甘陶河上，距井陉县城公路里程45km，距山西昔阳县约66km，位于两省交界处，电站装机容量为1000MW，在系统中承担调峰、填谷、调频、调相及事故备用任务。枢纽建筑物由上水库、水道系统、地下厂房系统和地面出线场及下水库工程等组成。上水库为一封闭的库盆，集雨面积约0.3km2，总库容770万m3，死库容55万m3。正常蓄水位810.00m，死水位779.00m，设计洪水位(P=1%)810.32m，校核洪水位(P=0.1%)810.50m。混凝土面板堆石坝坝顶高程812.00m，防浪墙顶高程813.20m，最大坝高57m。

由于下张河湾水库雨量站资料系列不够，设计时采用《河北省石家庄市水文水资源手册》[13]推求上水库设计洪水。考虑到该手册采用的资料系列为1956—1991年，在手册出版后1996年8月发生大洪水和暴雨[14]，设计计算时考虑该暴雨对设计洪水的影响。通过手册查得该区的多年平均最大24h暴雨量为80mm，暴雨变差系数Cv=0.75，Cs=3.5Cv，根据P- III型频率曲线计算24h暴雨量设计值。由于库盆外降水不会进入库内，故上水库设计洪量即为库盆内24h降水量。

2 特大暴雨对原设计洪水的影响

2.1 “7.19”特大暴雨

2016年7月19日发生的“7·19”暴雨是河北省中南部地区近几十年来发生的较为罕见的特大暴雨[15- 18]。根据张河湾坝址附近雨量站资料统计，“7·19”降雨主要集中在7月19日8：00至20日8：00，最大24h降雨量占次降雨量的94%，降雨过程均为单峰型，1、3、6、12h降雨量分别占最大24小时的12%、27%、41%、70%。

根据《井陉县“7·19”暴雨洪水调查分析报告》，井陉县境内绵河、甘陶河、小作河和台头沟流域，最大24小时点暴雨重现期分别为357—667年一遇、106～667年一遇、100年一遇和100—200年一遇。以上分析均是在原有设计暴雨基础上分析“7·19”暴雨及洪水的重现期，未对“7·19”暴雨及洪水重现期进行考证，但从以上分析及电站附近雨量站实测资料统计，“7·19”暴雨最大24小时暴雨强度比 “96·8”和 “63·8”暴雨明显偏大，“7·19”暴雨其重现期应大于实测系列的长度，无法对其暴雨重现期进行量化。如图1—2所示。

图1 张河湾水库附近雨量站分布及“7·19”降雨量

图2 各雨量站“7·19”暴雨降雨—历时关系图

2.2 设计暴雨及洪水复核

张河湾水库 “7·19”暴雨实测最大24h降雨量达到465mm，超过1996年实测最大降雨量，接近上库校核工况(1000年一遇)降雨量482mm。国家能源局组织的张河湾抽水蓄能电站大坝安全首次定期检查时，为评估“7·19”特大暴雨对上水库大坝防洪安全影响，加入“7·19”降雨资料对上水库进行了防洪复核分析。

2.2.1降雨资料系列

张河湾抽蓄上水库2004年设立了上库气象站观测降雨，期间有缺测(资料系列为2004—2008年和2017—2018年)，资料系列不足，仅作为参考。张河湾下水库于1983年设有坝址雨量站，观测至今，其上游设有泉口雨量站，有1958—2018年共61年最大24h降水量系列。通过建立了张河湾水库坝址雨量站与泉口雨量站1983—2018年同期最大24h雨量相关关系，根据相关关系插补出张河湾水库坝址站1958—1982年系列，相关系数为0.93。如图3所示。

图3 张河湾水库坝址站与泉口站最大24h雨量相关关系图

2.2.2设计洪水计算

根据插补延长的张河湾水库坝址站1958—2018年61年降雨量系列，按连续系列进行频率计算设计暴雨。由于2016年“7·19”暴雨，张河湾水库周边雨量站均出现了实测系列的最大值，加入该次暴雨，原设计根据《河北省石家庄市水文水资源手册 1996年》查得的Cv值0.75增加到1.20，使稀遇暴雨、洪量设计值增加较多。复核计算上水库100年一遇24h洪水洪量为16.7万m3，1000年一遇24h洪水洪量为29.6万m3，分别较原设计值增加71.6%和98.7%。见表1。

表1 张河湾上水库设计洪水成果表

2.2.3设计暴雨合理性分析

计算降雨系列中包括了“63·8”、“96·8”、“7·19”等特大暴雨，因无法对特大暴雨进行重现

期考证，直接按连续系列对暴雨进行频率计算，这样计算出的设计暴雨成果是偏安全的。上水库位置与下游的苍岩山、柏山岩同处于太行山的迎风区，该两站24h暴雨量均已超过坝址处的24h暴雨量，达到600mm以上，考虑小区域暴雨的可移置性，上水库位置也可能发生同等量级的暴雨。另外，张河湾水库坝址站设计成果与距离上水库较近的测鱼站成果接近，大于上游泉口站设计成果，小于下游的胡家滩站、柏山岩站。将各雨量站实测点据与采用的成果综合在一张频率曲线图上，加入了苍岩山2016年“7·19”暴雨值619.2mm，周边多站的设计暴雨综合频率曲线显示，计算成果是合理的。见表2和图4。

表2 各临近站设计暴雨成果表

图4 设计暴雨地区综合频率曲线成果图

2.3 水库防洪复核

根据上水库复核后24h天然洪量成果，进行上水库洪水调节计算，在不考虑机组发电的情况下，分别计入上水库100年一遇和1000年24h洪水总量之后的水位，分别作为上水库复核后设计、校核洪水位，复核计算的水位为810.56m和810.98m，分别高于原设计值0.24m和0.48m。原设计大坝为1级建筑物，设计洪水位工况为坝顶高程计算控制工况，复核计算坝顶高程813.41m，原设计坝顶高程813.20m不满足要求。见表3。

表3 防洪安全性分析表 单位：m

根据现行规范DL 5180—2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》，上水库大坝建筑物级别可为2级，设计洪水位工况安全超高可取1.0m，计算防浪墙高程为812.91m，设计坝顶高程仍能满足规范要求。同时，经分析认为，即使遇到1000年一遇的暴雨，此时上水库水位为810.98m，上水库坝顶高程为812.00m，防浪墙顶高程为813.20m，所有降水量全部都可以存在上水库内，对上水库的安全不会产生影响。在遇到设计或校核暴雨时，电站可以通过发电，将上水库部分水量放到下水库，这样上水库的水位均不会超过正常蓄水位，以确保上水库的安全。

3 结论与建议

(1)由于运行期发生特大暴雨，导致张河湾上水库设计洪水增大明显，校核洪水增大近1倍。经复核张河湾上水库设计和校核洪水位分别为810.56m和810.98m，若按原设计建筑物级别，大坝防洪能力不能满足要求。考虑按现行规范大坝建筑物级别可为2级，坝顶安全超高可以降低，上水库大坝防洪安全可满足现行规范要求。

(2)《河北省石家庄市水文水资源手册1996年》及《河北省短历时暴雨设计暴雨图集 1984年》中暴雨参数拟定时均未包括“96·8”及“7·19”，现无法对暴雨参数进行长考证期大范围的分析，建议水文部门对地区暴雨参数及洪水参数进行综合分析，电站积累上水库站、张河湾水库坝址站足够长的实测暴雨系列后，对设计洪量成果进行复核。

(3)直接采用各省己审定 的《暴雨洪水图集》计算设计洪水时，也应注意暴雨和产流、汇流参数的检验问题。现各省采用的《暴雨洪水图集》一般编制于20世纪70年代后期，没有包括20世纪80年代以来的雨洪资料。如有新的大暴雨发生，应对暴雨查算成果进行验证，必要时作一定调整。如有较大量级的实测洪水资料 应充分利用其对《暴雨洪水图集》中产流和汇流参数进行检验。若工程位于省界河流时，应充分考虑邻省暴雨洪水分析成果，并应用邻省(暴雨洪水图集》进行查算，以作进一步的地区综合分析和检验。