1、Journal of Water Resources Research 水资源研究水资源研究,2023,12(3),296-305 Published Online June 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/jwrr https:/doi.org/10.12677/jwrr.2023.123034 文章引用文章引用:罗坚,佘凯,储守成,陈行勇,王磊.变化环境下双牌水库设计洪水过程分析J.水资源研究,2023,12(3):296-305.DOI:10.12677/jwrr.2023.123034 变化环境下双牌水库设计洪水过程分析变化环境下
2、双牌水库设计洪水过程分析 罗罗 坚，佘坚，佘 凯，储守成，陈行勇，王凯，储守成，陈行勇，王 磊磊 汇杰设计集团股份有限公司，湖南 长沙 收稿日期：2023年4月20日；录用日期：2023年5月27日；发布日期：2023年6月30日 摘摘 要要 水库自身防洪安全是保障流域水安全的最重要环节之一，但过去半个世纪外部环境的不断变化给大坝防洪安全水库自身防洪安全是保障流域水安全的最重要环节之一，但过去半个世纪外部环境的不断变化给大坝防洪安全带来了更严峻的挑战。本文以潇水流域下游大型水库“双牌水库”为典型案例，评估了变化环境下相同标准设带来了更严峻的挑战。本文以潇水流域下游大型水库“双牌水库”为典型案例
3、，评估了变化环境下相同标准设计洪水对大坝防洪安全的影响。首先，根据统计学方法验证了历史期洪水序列仍服从一致性假定，并采用皮尔计洪水对大坝防洪安全的影响。首先，根据统计学方法验证了历史期洪水序列仍服从一致性假定，并采用皮尔逊逊III型分布对洪水序列进行拟合，百年一遇设计洪水与早年估计结果仅下降了约型分布对洪水序列进行拟合，百年一遇设计洪水与早年估计结果仅下降了约5%左右，进一步采用同频率左右，进一步采用同频率法确定设计洪水过程线；其次，通过实地测量获取了库区地形数据，对比分析了库区泥沙淤积对库容的影响；法确定设计洪水过程线；其次，通过实地测量获取了库区地形数据，对比分析了库区泥沙淤积对库容的影响
4、；根据最后的调洪计算结果，同一标准设计洪水将库区设计洪水位上升根据最后的调洪计算结果，同一标准设计洪水将库区设计洪水位上升0.95 m，而库区淤积是最直接的影响因素。，而库区淤积是最直接的影响因素。结果表明，变化环境下不仅要考虑非一致性极值统计方法，也应重视库区环境变化所带来的潜在影响。结果表明，变化环境下不仅要考虑非一致性极值统计方法，也应重视库区环境变化所带来的潜在影响。关键词关键词 变化环境，防洪安全，皮尔逊变化环境，防洪安全，皮尔逊III型分布，泥沙淤积，调洪计算型分布，泥沙淤积，调洪计算 Analysis of Design Flood Process in the Shuangpa
5、i Reservoir Considering Changing Environment Jian Luo,Kai She,Shoucheng Chu,Xingyong Chen,Lei Wang Huijie Design Group Co.,Ltd.,Changsha Hunan Received:Apr.20th,2023;accepted:May 27th,2023;published:Jun.30th,2023 Abstract Reservoir flood control is one of the most important measures to ensure the wa
6、ter safety of the river ba-sin.However,the continuous change in the external environment has brought more serious challenges to flood control during past half-century.The Shuangpai Reservoir,a large reservoir in the lower reaches of the Xiaoshui River basin,is selected as case study.This paper evalu
7、ated the impact of design flood(un-作者简介：罗坚(1989-)，男，工程师，注册建造师，主要研究方向为水利水电工程管理，Email: 变化环境下双牌水库设计洪水过程分析 DOI:10.12677/jwrr.2023.123034 297 水资源研究 der the same standard)on reservoir safety in the changing environment.Firstly,it is verified that the historical flood series is still stationary based on th
8、e statistical tests.The Pearson type III distribution is adopted to fit the samples.Compared with the previous result,the estimated 100-year return level only is decreased by about 5%,and the design flood hydrograph is determined by the peak and volume am-plitude method.Secondly,we analyzed the infl
9、uence of sediment deposition on the reservoir capacity by measuring the surface and underwater topography in the reservoir area.Finally,the design flood level(100-year return period)would have an increase of 0.95 m based on the reservoir routing,suggesting that the accumulation of sediment is the mo
10、st direct influencing factor.The results indicated that al-though nonstationary statistical theories should be considered in the changing environment,the poten-tial impact of environmental change in the reservoir area is of great significance.Keywords Changing Environment,Flood Control Safety,Pearso
11、n Type III Distribution,Sediment Deposition,Flood Routing Copyright 2023 by author(s)and Wuhan University.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 设计洪水是确定水利工程规模的重要依据，也为工程建成后的运行管理提供了科学参考。然而，联合国政府间气候变
12、化专门委员会(IPCC)和国内外大量研究结果已经表明，全球范围内的气象、水文条件正在持续变化，极端事件呈现出频发趋势。另一方面，人类活动中的开垦、植树造林等工程以及库区泥沙淤积等外部因素均在不断影响流域及库区环境，从而改变了洪水过程1 2。由于洪水过程在变化环境下发生了一定的变化，前人研究中通常采用最新的观测资料对流域设计洪水进行复核或修订3 4。从根本原因来看，变化环境对设计洪水过程的影响主要体现在以下几个方面：首先，许多地区的气候条件已经呈现出了非一致性变化特征，极端气象事件发生频率的变化直接改变了设计洪水频率；其次，随着水利工程运行时间的延长，库区泥沙淤积问题也在不同程度的加剧，将侵占一
13、部分防洪库容，即相同规模下的设计洪水将给水库防洪安全带来更大的风险；最后，随着流域上水利(水保)工程数量的增多，流域调节能力的增强对下游地区的洪水过程也有一定削减作用。综上，在变化环境下分析水库入库洪水的影响时，应综合多方面因素开展全面的分析，且丘陵地区洪水具有峰现时间短、洪峰流量大、洪水过程集中等特征，对外部环境变化的响应更为敏感。本文以潇水流域下游大型水库“双牌水库”为典型案例开展研究。变化环境下的设计洪水过程可能具有非一致性变化特征，而传统水文频率分析要求样本序列服从独立同分布假设，需对非一致性样本序列进行还原或引入时变参数拟合样本序列5。因此，本文先通过统计学方法检验洪水序列的一致性，
14、从而确定本文选用的极值统计方法，并结合同频率法获取设计洪水过程线；为分析环境变化的影响，采用 GPS 控制测量和多波束测探仪测绘库区水上及水下地形，获取最新水位库容关系曲线，在基础上通过调洪计算定量揭示了库区泥沙淤积对防洪安全的影响。综上，本文基于上述方法分析了研究对象在变化环境下面临的防洪新形势，并结合实际情况提出了相关建议及对策。2.数据及方法数据及方法 2.1.研究区概况研究区概况 潇水为湘江一级支流，干流长 354 km，流域面积 12,220 km2，河流坡降 0.76，多年平均流量 345 m3/s，Open AccessOpen Access变化环境下双牌水库设计洪水过程分析 D
15、OI:10.12677/jwrr.2023.123034 298 水资源研究 多年平均径流量 108.8 亿 m3。双牌水库于 1958 年冬动工兴建，1961 年大坝完工，开始拦洪蓄水发挥效益，是一座以防洪、灌溉、发电、综合利用的水利水电工程。双牌水库位于潇水中下游，库区干流长度约 76 km，控制流域面积 10,594 km2，多年平均径流总量 97.3 亿 m3，多年平均流量 309 m3/s(图 1)。水库属于大(二)型水库，设计总库容 7.12 亿 m3，正常高水位 170.00 m，相应库容 4.136 亿 m3，死水位 158.0 m，相应库容 1.32 亿 m3；根据最近一次洪
16、水复核成果(1984 年)，百年一遇设计洪水的洪峰流量为 12,600 m3/s，调洪演算后对应设计洪水位 173.40 m。Figure 1.Overview of the study area 图图 1.研究区概况图 2.2.实测数据实测数据 本研究采用的水文资料包括入库观测水文站道县站、出库观测水文站双牌站在 19592017 年实测逐日平均变化环境下双牌水库设计洪水过程分析 DOI:10.12677/jwrr.2023.123034 299 水资源研究 流量资料，并获取了历史期有考据的 2 场大洪水数据(1915 和 1946 年)。为考虑变化环境对库区地形的影响，本研究分别开展了双牌水库库区的坡面和水下地形测绘工作，共完成814 个横断面测量工作(各断面测量间距 20 m，总测量河段长度 76.28 km)。其中，坡面地形采用 GPS 控制测量完成；水下地形采用 EM 3002 浅水型高分辨率多波束测深仪获取。另一方面，为模拟调洪期间库区水位变化过程，本研究收集了水库闸门全开时的坝前水位下泄流量统计资料。需要说明的是，本次研究时段内(19592017 年)，上游涔天河扩建工程
