李 萍，蔡炳云

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，成都，610072)

巴河流域設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成研究

李 萍，蔡炳云

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，成都，610072)

本文以平昌(風(fēng)灘)斷面以上的巴河流域?yàn)檠芯繉ο螅ㄟ^對流域洪水遭遇情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析了流域的洪水地區(qū)組成情況，采用設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成法(典型年法)推求本流域各規(guī)劃水庫、區(qū)間及防洪控制斷面分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。該成果可為巴河流域規(guī)劃的9座防洪水庫的庫容選擇提供數(shù)據(jù)支持。

巴河流域 設(shè)計(jì)洪水 地區(qū)組成

1 研究背景

巴河是渠江的主要支流，洪災(zāi)頻繁而且嚴(yán)重，2000年以來受災(zāi)情況越加頻繁，在最近的六次大洪水中，巴中市四縣區(qū)損失嚴(yán)重。其中，2004年、2005年、2006年、2007年、2010年和2011年洪水，巴中市洪災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失77.59億元，因?yàn)?zāi)死亡、失蹤人數(shù)95人。巴河流域目前無防洪水庫工程，防洪主要以堤防為主，現(xiàn)狀行洪能力僅為2～20年一遇，局部河段不足2年一遇。同時流域內(nèi)防洪治理缺乏系統(tǒng)規(guī)劃，防洪標(biāo)準(zhǔn)不足，防洪減災(zāi)迫在眉睫。

隨著對大江大河防洪治理的日益重視，在整治河道提高行洪能力的基礎(chǔ)上，結(jié)合流域上中游主要干支流修建控制性防洪水庫，滿足下游防洪對象的防洪要求的需求愈加迫切。而上游設(shè)計(jì)水庫對下游有防洪任務(wù)時，需計(jì)算水庫、區(qū)間及防洪控制斷面設(shè)計(jì)洪水，分析計(jì)算防洪控制斷面以上的洪水地區(qū)組成，提出分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線，作為選擇水庫防洪庫容的依據(jù)，因此設(shè)計(jì)洪水的地區(qū)組成分析是至關(guān)重要的。

2011年四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院完成了《四川省渠江流域防洪規(guī)劃報(bào)告》的編制，并于2012年3月以水規(guī)計(jì)〔2012〕81號文獲得水利部及四川省政府的批復(fù)。根據(jù)渠江流域防洪規(guī)劃，巴河流域?qū)⒔?座防洪水庫(圖2)，但各個水庫的庫容選擇未做深入研究。對于防洪水庫群的庫容選擇，目前國內(nèi)外進(jìn)行的研究較少，其研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)洪水的地區(qū)組成。

本文在分析研究巴河平昌(風(fēng)灘)以上各規(guī)劃防洪水庫及區(qū)間暴雨洪水地區(qū)組成特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合防洪要求和工程特點(diǎn)，采用地區(qū)組成法(典型年法)推求各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程。計(jì)算成果可為9座防洪水庫的庫容選擇提供數(shù)據(jù)支持。

2 技術(shù)路線

在資料收集和現(xiàn)場調(diào)研后，分析暴雨洪水特性，然后分析流域的洪水地區(qū)組成。在計(jì)算防洪控制斷面以上分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線時，首先對各水庫、水文站及控制斷面的洪水傳播時間進(jìn)行分析，確定各斷面間的洪水傳播時間；然后根據(jù)防洪控制斷面以上暴雨的地區(qū)分布規(guī)律、不同量級洪水的地區(qū)組成及其變化、各分區(qū)洪水的峰、量關(guān)系分析以及各分區(qū)之間及與設(shè)計(jì)斷面之間洪水的組合遭遇情況分析，各防洪控制斷面選擇五場典型洪水；再采用水文比擬法或間接法推求各分區(qū)典型洪水過程線；最后根據(jù)防洪控制斷面近、遠(yuǎn)期防洪標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)頻率的設(shè)計(jì)洪峰、24h洪量及三日洪量與典型年對應(yīng)年份的該斷面各場典型洪水洪峰流量、24h洪量及三日洪量的比值為控制，放大各分區(qū)各場典型洪水過程線，從而得到各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。巴河設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成技術(shù)路線見圖1。

圖1 巴河設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成技術(shù)路線

3 巴河流域概況

巴河是渠江的主要支流，平昌縣城至渠縣三匯鎮(zhèn)為巴河干流，平昌縣城以上分為通江、南江兩支，均發(fā)源于陜西省米倉山南麓。其中，西支南江為主源，發(fā)源川陜交界處米蒼山南麓的南江縣玉泉平溪山澗；東支通江，發(fā)源于陜西省南鄭縣廣家店鄉(xiāng)境內(nèi)的大紅巖，海拔高程2500m。巴河河長368.4km，河道平均坡降1.74‰，控制流域面積19927km2，流域形狀呈扇形。南江主要支流有神潭河、恩陽河；通江主要支流有月灘河、小通江、澌灘河。巴河流域水文站資料情況見表1。

巴河的洪水主要由暴雨形成，與暴雨出現(xiàn)頻率基本相對應(yīng)，暴雨多發(fā)季節(jié)也是洪水多發(fā)季節(jié)。根據(jù)巴河各水文站多年洪水資料統(tǒng)計(jì)，各站年最大流量主要發(fā)生在5～10月，3月、4月、11月偶有發(fā)生，但量級小，7月最多。洪水特性與暴雨特性基本一致，還與流域特性密切相關(guān)。因流域呈扇形，水系發(fā)育，中上游坡面及河道縱坡較大，利于洪水匯集，匯流迅速，流域?qū)偕絽^(qū)性河流，受大巴山暴雨的影響，暴雨洪水頻繁。

表1 巴河流域水文測站資料情況一覽

4 設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成

巴河流域防洪控制斷面包括恩陽、巴中、南江、通江、平昌(南江)、平昌(通江)和平昌(風(fēng)灘)，共7個防洪控制斷面，規(guī)劃防洪水庫9個，因此需要研究各防洪控制斷面以上設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成?？紤]到巴河平昌(風(fēng)灘)以上集雨面積較大(集雨面積16595km2)、支流較多、洪水組合復(fù)雜，因此，設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成采用典型年法推求各防洪控制斷面近期和遠(yuǎn)期對應(yīng)頻率的各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線，作為選擇各水庫防洪庫容的依據(jù)。

由于各防洪控制斷面過多，并且7個防洪控制斷面設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成分析方法相似，因此本文主要以巴河最下游的平昌(風(fēng)灘)防洪控制斷面為例進(jìn)行分析。

4.1 平昌(風(fēng)灘)防洪控制斷面洪水組成

4.1.1 洪水傳播時間分析

南江洪水傳播時間的分析是選擇多場洪水，對馬掌鋪水文站和巴中水文站2個測站的同場洪水峰現(xiàn)時間進(jìn)行分析，得洪水平均傳播速度約16.9km/h，以此類推分析南江各區(qū)間傳播時間。

通江洪水傳播時間分析選擇多場洪水，對小通江青峪水位站、大通江碧溪水文站、通江杜家河水文站3個測站的同場洪水峰現(xiàn)時間進(jìn)行分析，得洪水平均傳播速度約13.3km/h，以此類推分析通江各區(qū)間傳播時間。

4.1.2 洪水遭遇分析

通江與南江在平昌縣相匯，下游為巴河干流。匯口下游約10km處有風(fēng)灘水文站，控制流域面積16595km2。南江干流有七里沱水文站，控制流域面積6382km2，占南江流域面積的83.9%。通江干流杜家河水文站控制流域面積為6742km2，占通江流域面積的75.1%。選擇風(fēng)灘站的前10大洪水，分析七里沱站、杜家河站及風(fēng)灘站同場洪水的洪峰遭遇情況(見表2和表3)，得出主要結(jié)論如下：

表2 七里沱站、杜家河站、風(fēng)灘站各水文站 最大洪峰遭遇年數(shù)統(tǒng)計(jì)

表3 七里沱站、杜家河站對應(yīng)風(fēng)灘站前10大洪水的洪峰遭遇情況統(tǒng)計(jì)

(1)巴河干流的洪水由南江與通江洪水組成。52年中風(fēng)灘站發(fā)生年最大洪水時，七里沱站發(fā)生年最大洪水的有38年，占73.1%，杜家河站發(fā)生最大洪水的也有38年，占73.1%，七里沱站與杜家河站同時發(fā)生年最大洪水的有27年，占51.9%。南江、通江與巴河的年最大洪水同時不發(fā)生的年份只有3年(1964年、1970年與1981年)，占5.77%；

(2)當(dāng)風(fēng)灘站發(fā)生大洪水時，南江與通江均發(fā)生較大洪水，風(fēng)灘站年最大洪水為5年一遇以上的12場洪水樣本中，七里沱站均發(fā)生年最大洪水，占100%，而杜家河站有10年發(fā)生年最大洪水，占83.3%；

(3)風(fēng)灘水文站洪峰持續(xù)時間0.5～2.5h，七里沱洪峰持續(xù)時間0.5～4h，杜家河站的洪峰持續(xù)時間0.5～2h。當(dāng)七里沱、杜家河兩站峰現(xiàn)時間相差約2h，兩站洪峰或洪水的高水段將在平昌縣遭遇；

(4)同場洪水南江、通江洪峰遭遇的概率較小。一旦遭遇，便構(gòu)成巴河的特大洪水，如風(fēng)灘水文站實(shí)測首大2011年918洪水。對于風(fēng)灘站的前十大洪水，最大三日洪量范圍19.3億m3～36.8億m3。其中，七里沱站對應(yīng)3日洪量所占比例約為39.4%～61%，通江或杜家河站對應(yīng)3日洪量所占比例約為39%～60.9%。除2011年918洪水風(fēng)灘、七里沱、杜家河站的洪峰持續(xù)時間較長，洪峰遭遇外，其余年份南江與通江的洪峰均未遭遇。

4.2 典型洪水選擇

4.2.1 水文站典型洪水選擇

通過洪水地區(qū)組成規(guī)律的分析，根據(jù)設(shè)計(jì)流域暴雨的地區(qū)分布規(guī)律、不同量級洪水的地區(qū)組成及其變化、各分區(qū)之間及與設(shè)計(jì)斷面之間洪水的組合遭遇情況，選擇了不同洪水來水類型和不同洪水量級組合情況的5場洪水作為典型洪水(詳見表4)。

4.2.2 各分區(qū)典型洪水過程推求

巴河平昌風(fēng)灘以上需計(jì)算防洪水庫、區(qū)間及防洪控制斷面共27個分區(qū)的典型洪水過程。根據(jù)各分區(qū)特點(diǎn)，上下游有水文站的斷面采用水文比擬法按面積比的n次方(面積比指數(shù)根據(jù)不同區(qū)域分析而得)考慮傳播時間后移用水文站典型洪水過程，無資料地區(qū)的斷面或區(qū)間根據(jù)實(shí)際降雨過程采用瞬時單位線推求典型洪水過程。

表4 平昌(風(fēng)灘)斷面典型洪水選擇 洪峰：m3/s；洪量：億m3

4.3 分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線

在分析研究平昌(風(fēng)灘)斷面以上暴雨洪水地區(qū)組成特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合防洪要求和工程特點(diǎn)，選用典型洪水組成法推求各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。典型洪水地區(qū)組成分別按以平昌(風(fēng)灘)斷面的峰、最大24h洪量和最大三日洪量控制同倍比放大法推求各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。平昌(風(fēng)灘)近期防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，遠(yuǎn)期為20年一遇。

(1)以洪峰控制同倍比放大法

根據(jù)選擇的5場典型洪水的洪峰流量，近期與遠(yuǎn)期分別以平昌(風(fēng)灘)斷面P=10%與P=5%設(shè)計(jì)洪峰與該斷面各場典型洪水洪峰流量的比值為控制，放大各分區(qū)各場典型洪水過程線，從而得到各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。

(2)以最大24h洪量控制同倍比放大法

以各分區(qū)5場典型洪水線為典型，近期與遠(yuǎn)期分別以平昌(風(fēng)灘)斷面P=10%與P=5%最大24h設(shè)計(jì)洪量與該斷面各場典型洪水最大24h典型洪量的比值為控制，放大各分區(qū)各場典型洪水過程線，從而得到各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。

(3)以三日洪量控制同倍比放大法

以各分區(qū)5場典型洪水線為典型，近期與遠(yuǎn)期分別以平昌(風(fēng)灘)斷面P=10%與P=5%最大三日設(shè)計(jì)洪量與該斷面各場典型洪水最大三日典型洪量的比值為控制，放大各分區(qū)各場典型洪水過程線，從而得到各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。

根據(jù)以上方法得到的各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線，平昌(風(fēng)灘)斷面洪峰、最大24h或者最大三日洪量顯著超標(biāo)的洪水過程線不采用，其余的可供巴河規(guī)劃防洪水庫調(diào)洪演算。再結(jié)合分別以南江、巴中、通江、平昌(南江)、平昌(通江)6個防洪控制斷面洪水地區(qū)組成計(jì)算而得的分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線成果，綜合確定各水庫防洪庫容，保證各防洪控制斷面的防洪要求。

5 小結(jié)

巴河流域內(nèi)目前規(guī)劃有9座防洪水庫，對于水庫群的庫容分配目前國內(nèi)外進(jìn)行的研究較少，其研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)洪水的地區(qū)組成。巴河流域水系復(fù)雜，防洪控制斷面達(dá)7個，本文以最下游平昌(風(fēng)灘)斷面以上巴河流域?yàn)槔M(jìn)行研究。通過對流域暴雨分布規(guī)律、洪水傳播時間、洪水遭遇情況等暴雨洪水特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析了流域的洪水地區(qū)組成情況，采用設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成法(典型年法)推求本流域各規(guī)劃水庫、區(qū)間及防洪控制斷面分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。此外，還需對其余6個防洪控制斷面同樣進(jìn)行洪水地區(qū)組成研究，分別提出各防洪控制斷面以上各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線，為巴河流域規(guī)劃的9座防洪水庫群庫容選擇提供依據(jù)。本文僅著力于研究設(shè)計(jì)洪水的地區(qū)組成，對于如何合理確定各防洪水庫分?jǐn)偟姆篮閹烊?，還需對各防洪水庫調(diào)度方式進(jìn)行深入研究。

李 萍(1982.3-)，女，四川成都人，大學(xué)本科，工程師，從事水文設(shè)計(jì)工作；

蔡炳云(1981.12-)，男，河北石家莊人，碩士研究生，工程師，從事水文規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。

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