乌云河新村拦河坝工程水文计算分析

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摘 要：设计洪水是水利工程立项规划前期的重要水文分析计算工作，是为工程防洪安全所提供的重要参考依据。文章采用间接法根据工程实际地理位置水文气象特性，针对工程主要社会经济作用和价值，以流域径流和洪水为主要分析方面对工程位置区域的水文特性进行了分析计算和论述。为工程坝址区位置选择和坝体设计提供了可行性参考建议。

关键词：设计洪水；面积倍比；坝体设计；防洪标准；径流分析

1 流域概况

乌云河新村拦河坝工程位于黑龙江省伊春市嘉荫县境内乌云河河口附近，行政区域隶属于嘉荫农场，乌云河为黑龙江右岸一级支流，流域范围在东经129°02′～130°00′，北纬48°35′～49°09′之间，流域面积2949km2，流域形状是上宽下窄略呈三角形，流域呈西南东北走向，属典型山溪性河流。流域平均坡降5.31‰。流域主要支流左岸有福民河汇入，河长42km，集水面积489km2。右岸有樟子气河汇入，河长40km，集水面积302km2。乌云河流域地貌属小兴安岭北麓山地，流域内山岭连绵，沟谷纵横，森林茂密，植被良好，广布阔叶林，有少部分针叶林。上游多为高山峡谷构成的山地特征地貌，海拔最高点606m，河流沿岸山势地形起伏较大，平均起伏量在30～86 m，平均坡度为40度。下游主要以低丘陵和漫岗山地为主，坡地角度在30度以下。山谷中除少量沼泽湿地外，还广泛分布着经流水切割而成的熔岩台地，台地表层土壤含丰富有机质，部分已被开垦为耕地。

2 流域水文及工程概况

2.1 流域代表站

流域代表站东风水文站位于黑龙江省嘉荫农场良种场，属乌云河出口控制站，属国家二类精度站，地理坐标为东经129°58′，北纬48°59′，集水面积为2272km2，断面以上河长126km，至河口距离为8.5km。东风站水文测验项目有水位、流量、冰清、水温、岸温、降雨、蒸发等，观测资料年限为53年。

2.2 水文特性

本区域属寒温带大陆性季风气候区，属大陆性季风气候，春天较晚多大风，夏季较短而湿热，秋季霜来早，冬季严寒漫长。流域年平均气温为零下0.5℃。最低气温出现在1月份，；最高气温出现在7月。流域水文要素在年际和年内的变化差异较大，年径流深在60～350mm之间，多年平均径流深161.0mm，历年平均径流量为4.20×108m3，径流的年内分配和年际变化都存在较大差异。洪水包括春季凌汛和夏汛，春季凌汛发生在4～5月间，主要由融雪径流和冰凌卡塞所形成。凌汛水位有时高于夏汛水位，成为本年最高洪水位。夏汛洪水发生在6～9月份，以7～8月份出现次数为最多，约占总数73%左右，多因局部暴雨或全流域降雨所产生。大气降水为乌云河主要补给水源，属多雨地区，局部暴雨多发区。多年平均降水量561.7mm，降水量年内分配极不均匀，年内降水集中在6～9月份，降水量418.1mm，汛期降水量占年降水量74.4%。这期间的降雨是形成本区雨洪、内涝的主要原因。

2.3 流域内工程现状

乌云河流域水利资源较为丰富，多年平均来水量为5.65×108m3。目前在流域中游仅有一小型水电站，控制面积2200km2，防洪标准为10年一遇。水库规模二等，电站规模四等，总装机容量1200千瓦，有单机容量200千瓦水轮发电机组6台，流域内现有村屯及农场连队5个，人口约12600人。流域干流现状综合防洪标准约为五年一遇，主要由河道控制泄量。

2.4 拟建拦河坝工程简介

坝址处地理坐标为东经128°59′02″～129°00′15″，北纬48°59′13″～49°00′02″，位于乌云河河口附近，库区主要功能为旅游观光和水产养殖，兼顾一定的防洪作用。设计坝高9.0m，长度100m，坝顶宽度6.0m。设计防洪标准为10年一遇洪水。坝体上游设两处20m宽导流泄洪渠道，如遇超标准洪水时坝体自然溢流。

3 径流分析

3.1 径流成因

乌云河流域径流成因以降雨径流为主，其次是融雪径流，枯水期还有少量的地下水和泉水补给。径流的年内分配主要集中在5～9月，可占年径流总量的85%，冬季径流很少，11月至次年的3月径流量仅占年径流总量的8%。

3.2 年径流系列丰枯水分析

分析计算东风站年径流系列差积曲线和历年径流变化，东风站年径流具有明显的丰平枯周期。丰枯变化大周期约为20年。实测最大年径流为11.1×108m3（1991年），实测最小年径流为的0.949×108m3（2008年），最大年径流为最小年径流的11.7倍。

3.3 年径流频率分析

利用东风站1959～2011年53年连续径流系列进行频率计算，按P-Ⅲ型理论频率曲线，分析统计参数，适线确定变差系数Cv值、取Cs=2.0Cv。统计参数及设计值如表1所示。

表1 东风站年径流频率计算成果表

3.4 坝址径流

3.4.1 坝址设计年径流

东风站集水面积2272km2，多年平均径流深161.0mm，多年平均径流量为4.2×108m3。工程坝址以上集水面积2949km2，二者比值为1.30，利用面积倍比法计算坝址多年平均径流量为5.46×108m3，折算多年平均径流深为185.0mm，坝址设计年径流成果如表2所示。

表2 乌云河拦河坝工程坝址设计年径流成果表

3.4.2 年月径流系列

乌云河水库工程坝址以上集水面积2949km2，是东风站的1.3倍，故坝址年径流系列可采用多年平均来水系列法推求。用东风站的年径流系列进行倍比即可求得坝址1959～2011年共53年径流系列。坝址月径流系列可借用按东风站历年平均各月径流年内分配比计算，坝址年月径流系列计算成果表略。

4 洪水

4.1 暴雨洪水特性

洪水来源为上游暴雨径流和干流乌云河，支流福民河、樟子气河来水为主。洪水多发生在8月份，以干流乌云河，支流福民河、樟子气河洪水叠加形成。根据实测资料，最大洪水年份为1961年、1999年、2005年、1974年、1968年。历年最大洪峰流量为3250m3/s（1961.8.7，调查值）；重现期相当于百年一遇。历年最小洪峰流量为13.8m3/s（1978.8.6）；乌云河系山溪性河流，洪水暴涨暴落，洪峰滞留时间一般为1～2小时，洪峰形式为单峰型。涨洪历时2～3天，落洪历时15～18天。

4.2 单站设计洪水

4.2.1 代表站设计洪水

利用乌云河东风站1959～2011年53年洪峰及1、3、7天洪量连续系列，统计分析其经验频率，按P-Ⅲ理论频率曲线适线确定均值和Cv值。洪水参数及设计洪水如表3所示。

4.2.2 坝址设计洪水

坝址设计洪水成果。乌云河水库工程坝址设计洪水按我省综合的面积指数公式计算。设计洪峰流量计算公式为：Qmp=Qm站（F坝/F站）0.67

式中：Qmp、Qm站-分别为坝址和代表站不同频率的设计洪水，m3/s；F坝、F站-分别为坝址和代表站集水面积，km2。

设计洪量计算公式为：Wip=Wi站（F坝/F站）n

式中：Wip、Wi站-分别为坝址和代表站不同时段的设计洪量，104m3；i-洪量时段，i=1、3、7d；P-设计频率；n-面积比指数，按我省综合成果，1、3、7天洪量n=0.83、0.85和0.87。

按上述公式推求坝址洪水均值，Cv值采用东风站适线成果，Cs值为2.5倍的Cv值。坝址设计洪水成果如表4所示。

5 结束语

经分析，乌云河新村拦河坝工程设计标准基本符合流域径流、洪水等水文特性，坝址选择合理，坝高达到设计洪水泄量要求。工程设计在水文计算方面技术上可行，适宜立项兴建，以便流域资源尽快发挥效益。

参考文献

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[4]伊春市水务局.黑龙江省伊春市地下水资源开发利用规划报告[R].伊春：伊春水务局，2002：27-30.

作者简介：栗彦博（1972，1-），男，内蒙古丰镇人，工程师。