劉曉宏

(四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都，610072)

1 研究背景

達(dá)州市位于四川盆地東北部，大巴山南麓，州河穿城而過，州河是渠江的主要支流，洪災(zāi)頻繁而且嚴(yán)重。2004-2011年以來8年有6年發(fā)生大洪災(zāi)，洪災(zāi)有愈來愈頻繁、損失愈來愈嚴(yán)重的趨勢。其中2004年、2005年、2007年、2009年、2010年和2011年洪水，據(jù)達(dá)州市七縣區(qū)不完全統(tǒng)計(jì)，直接經(jīng)濟(jì)損失246.11億元，因?yàn)?zāi)死亡、失蹤人數(shù)162人，洪災(zāi)損失嚴(yán)重。頻繁發(fā)生的洪災(zāi)，嚴(yán)重威脅人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，制約了流域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，流域防洪治理迫在眉睫。

針對渠江流域長期以來缺乏系統(tǒng)的、整體的流域防洪規(guī)劃的實(shí)際，按照省政府部署，四川省水利廳組織編制《四川省渠江流域防洪規(guī)劃報(bào)告》，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)《四川省渠江流域防洪規(guī)劃》，州河上規(guī)劃的防洪水庫分別為前河上的土溪口水庫、中河上的固軍水庫、后河上的鮮家灣水庫，與已建的江口水庫聯(lián)合運(yùn)行調(diào)度(見圖1)。但未對水庫的庫容選擇做深入研究，要合理確定各防洪水庫庫容，必須要弄清達(dá)州洪水的組成情況，對各種洪水可能組合進(jìn)行分析。

本文在研究達(dá)州達(dá)縣水位站斷面洪水地區(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)組成法推求各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水。研究成果可為州河流域防洪水庫的庫容選擇及流域水庫群聯(lián)合調(diào)度提供依據(jù)。

2 州河流域概況

州河是渠江左岸最大的一級支流，發(fā)源于大巴山南麓，上游分為前河、中河、后河三支流，于宣漢縣城東匯合始稱州河，經(jīng)宣漢、達(dá)縣市至渠縣三匯鎮(zhèn)注入渠江。州河控制流域面積11102km2。擬建土溪口水庫位于前河干流中上游渡口鄉(xiāng)，壩址以上控制集水面積1041km2，河道長87.6km，平均比降8.5‰；擬建固軍水庫位于中河干流中上游固軍鄉(xiāng)大塘壩大橋，壩址以上控制集水面積617km2，河道長51.4km，平均比降10.6‰；規(guī)劃的鮮家灣水庫位于后河上游左岸支流白沙河下游，水庫壩址以上控制集水面積488km2。

州河流域在建國前設(shè)有達(dá)縣、萬源兩個(gè)氣象站，建國后從1958年起，氣象部門相繼增設(shè)了大竹、開江、宣漢等3個(gè)氣象站，觀測項(xiàng)目齊全，資料完整。水文部門先后設(shè)有40余個(gè)雨量站。州河在羅江口以上有東林、土黃、南壩、毛壩、黃金口、清溪水文站，以下在支流明月江設(shè)有明月潭站、明月潭站撤消后在下游建有大風(fēng)站，州河達(dá)州市區(qū)河段設(shè)有達(dá)縣水位站。州河流域水系站網(wǎng)及工程位置分布見圖1。

圖1 州河流域水系站網(wǎng)及工程位置分布

3 洪水特性

州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)。年最大流量主要發(fā)生在5-10月，4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。由于暴雨中心位置、強(qiáng)度、籠罩范圍及持續(xù)時(shí)間等的不同，使得各場洪水在流域不同河段的量級大小和稀遇程度各不相同。強(qiáng)降水增多，量級加大和暴雨時(shí)空分布的耦合是近年州河特大洪水頻發(fā)的直接原因。

4 設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成

達(dá)州城區(qū)以達(dá)縣水位站作為防洪控制斷面，規(guī)劃防洪水庫3個(gè)，因此，需要研究防洪控制斷面以上設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成。

4.1 達(dá)州達(dá)縣水位站防洪控制斷面洪水組成分析

4.1.1 洪水遭遇分析

州河達(dá)州以上主要河流有前河、中河、后河及明月江。中河于普光鄉(xiāng)匯入后河，后河與前河于宣漢縣城東匯合始稱州河。明月江在達(dá)縣水位站上游約2.69km匯入州河。根據(jù)前河控制站土黃水文站(控制面積1309km2)，中河控制站黃金口水文站(控制面積1245km2)，后河控制站毛壩水文站(控制面積1428km2)及前、中、后河匯流后的州河?xùn)|林水文站(控制面積6462km2)實(shí)測水文資料分析前、中、后河洪水遭遇情況；明月江上有明月潭水文站，控制面積736km2，以明月潭水文站和東林水文站實(shí)測資料分析明月江與州河洪水遭遇情況。得出主要結(jié)論如下：

(1)州河?xùn)|林站大洪水主要由全流域降雨形成的洪水或中、后河洪水形成。51年中東林站發(fā)生年最大洪水時(shí)，前、中、后河相應(yīng)土黃、黃金口、毛壩三站年最大洪峰遭遇的有17年，占33.3%；前、中河遭遇的有7年，占13.7%；中、后河遭遇的有9年，占17.6%；前、后河遭遇的有3年，占5.9%。東林站洪水組成屬全流域型的有22年，占43.1%；主要由中后河組成的有19年，占37.3%。若前、中、后河洪水在高洪段遭遇，會出現(xiàn)州河洪水重現(xiàn)期大于前、中、后河情況，主要出現(xiàn)在大洪水或特大洪水年份。

(2)明月江洪水與州河干流洪水同步性一般較差，一旦遭遇對達(dá)州城區(qū)防洪威脅往往較大。52年中明月江站年最大洪峰與州河年最大洪水遭遇的僅有6年，占11.5%，且基本是在州河峰后高洪段遭遇。這與州河流域暴雨中心基本位于流域中上游，明月江洪水基本是由暴雨中心向下游移動或波及產(chǎn)生的特性相一致。

4.1.2 傳播時(shí)間分析

水庫壩址到控制斷面之間的傳播時(shí)間以分析的水文站之間的傳播時(shí)間類推。如前河洪水傳播時(shí)間的分析，通過選擇多場洪水，對土黃水文站、東林水文站的同場洪水峰現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行分析，得洪水平均傳播速度約12.8km/h，以此類推分析前河各區(qū)間傳播時(shí)間，見表1。

表1 各水庫壩址、水文站及控制斷面之間距離及洪水傳播時(shí)間

4.2 典型洪水選擇

4.2.1 水文站典型洪水選擇

通過流域洪水地區(qū)組成規(guī)律的分析，根據(jù)暴雨的地區(qū)分布規(guī)律、不同量級洪水的地區(qū)組成、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，選擇了不同來水類型和不同洪水量級組合情況的8場洪水作為典型洪水，詳見表2。

表2 州河達(dá)縣水位站斷面典型洪水選擇 洪峰：m3/s；洪量：億m3

4.2.2 各分區(qū)典型洪水過程推求

州河達(dá)縣水位站斷面以上需計(jì)算防洪水庫、區(qū)間及防洪控制斷面共6個(gè)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(shí)間后移用水文站典型洪水過程，水庫區(qū)間典型洪水過程根據(jù)已推求出的水庫典型洪水過程，以江口水庫典型洪水過程，考慮各水庫分別到江口水庫的傳播時(shí)間，減去各水庫典型洪水過程而得。

4.3 設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成

在分析研究達(dá)州達(dá)縣水位站斷面洪水地區(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)組成法推求設(shè)計(jì)洪水。分別選用典型洪水組成法和同頻率洪水組成法推求各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線?？紤]到達(dá)州以上集雨面積較大，支流較多，洪水組合復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成采用典型洪水組成法為主，同頻率洪水組成法為輔。

4.3.1 典型洪水組成法推求分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線

典型洪水組成法分別按洪峰、24h洪量及3日洪量控制同倍比放大推求各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。達(dá)州近期防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，遠(yuǎn)期為50年一遇。

根據(jù)選擇的8場典型洪水洪峰流量、24h洪量及3日洪量，分別以達(dá)州城區(qū)控制斷面P=5%、P=2%設(shè)計(jì)洪峰、24h洪量及3日洪量與對應(yīng)年份的該斷面各場典型洪水洪峰流量、24h洪量及3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，并結(jié)合各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果對設(shè)計(jì)洪水過程線的合理性進(jìn)行分析，對于部分設(shè)計(jì)特征值出現(xiàn)明顯超標(biāo)的設(shè)計(jì)洪水過程線應(yīng)予以排除使用，如1965、2005、2010年以24h洪量控制放大后江口、達(dá)州洪峰顯著超標(biāo)準(zhǔn)，因此，不采用這3年以24h洪量控制放大后的分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程。

4.3.2 同頻率洪水組成法推求分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線

同頻率洪水組成的典型洪水選擇原則：江口水庫與達(dá)州同頻、區(qū)間相應(yīng)的典型洪水，宜選擇州河干流東林站實(shí)測洪水中較大的洪水，且4水庫區(qū)間也相對較大，本次選擇了1982年、2004年、2010年共3個(gè)年份；江口～達(dá)州區(qū)間與達(dá)州同頻、江口水庫以上為相應(yīng)洪水，宜選擇明月江漲水且與干流遭遇的洪水，本次選擇了1989年、2004年共2個(gè)年份。

(1)江口水庫(東林水文站)與達(dá)縣水位站控制斷面同頻率(江口～達(dá)州區(qū)間為相應(yīng)洪水)

以1982年、2004年、2010年3場典型洪水為典型。江口水庫以上各分區(qū)又分以下兩種情況：一種是江口水庫以上各分區(qū)按典型洪水組成法推求；一種是江口水庫以上4水庫區(qū)間與江口水庫同頻率(3個(gè)水庫為相應(yīng)洪水)。

江口水庫及達(dá)州斷面分別以3場典型洪水為典型，以P=2%設(shè)計(jì)值控制，按同頻率放大法計(jì)算而得江口水庫及達(dá)州斷面P=2%設(shè)計(jì)洪水過程線，以達(dá)州斷面P=2%設(shè)計(jì)洪水過程線減去江口水庫P=2%設(shè)計(jì)洪水過程線，得江口～達(dá)州區(qū)間相應(yīng)洪水過程線。P=5%同理。

(2)江口～達(dá)州區(qū)間與達(dá)縣水位站控制斷面同頻率(江口水庫為相應(yīng)洪水)

以1989年、2004年2場典型洪水為典型。江口～達(dá)州區(qū)間及達(dá)州控制斷面分別以P=2%設(shè)計(jì)值控制，按同頻率放大法計(jì)算得區(qū)間及達(dá)州斷面P=2%設(shè)計(jì)洪水過程線，以達(dá)州斷面P=2%設(shè)計(jì)洪水過程線減去區(qū)間P=2%設(shè)計(jì)洪水過程線，得江口水庫相應(yīng)洪水過程線。

以達(dá)州P=2%的3日洪量減去區(qū)間P=2%的3日洪量，得江口水庫相應(yīng)3日洪量，以江口水庫相應(yīng)3日洪量與江口水庫典型洪水3日洪量的比值，同倍比放大3水庫及4水庫區(qū)間各典型洪水過程，得3水庫及4水庫區(qū)間相應(yīng)洪水過程線。P=5%同理。

由于采用同頻率洪水組成法分配洪量時(shí)，各分區(qū)洪水過程線放大倍比是不一樣的，雖然總的時(shí)段洪量已得到控制，但逐時(shí)段流量就不一定都能滿足水量平衡要求，因此，對各分區(qū)洪水過程線從水量平衡方面進(jìn)行合理性檢查，對差別較大的，以控制斷面的設(shè)計(jì)洪水過程線為準(zhǔn)，修正各分區(qū)的洪水過程線。

從達(dá)州控制斷面以上洪水的地區(qū)組成來看，根據(jù)東林、明月潭及達(dá)縣水位站幾十年的洪水資料分析，明月江洪水與州河干流洪水同步性一般較差，且大洪水時(shí)州河干流東林站洪水頻率往往大于達(dá)縣水位站，采用同頻率洪水組成法會造成東林江口～達(dá)州區(qū)間洪水偏大，與達(dá)州控制斷面以上洪水的地區(qū)組成特性不相符合，因此，針對達(dá)州控制斷面以上洪水的地區(qū)組成時(shí)建議采用典型洪水組成法推求的各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。

5 結(jié)語

本文以達(dá)州以上的州河流域?yàn)檠芯繉ο?，通過對流域洪水遭遇情況、洪水傳播時(shí)間等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析了流域的洪水地區(qū)組成情況，分別選用典型洪水組成法和同頻率洪水組成法推求各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。經(jīng)綜合分析，考慮達(dá)州控制斷面以上洪水特性，推薦采用典型洪水組成法推求的各分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線。研究成果可為州河流域防洪水庫的庫容選擇及流域水庫群聯(lián)合調(diào)度提供依據(jù)，對其他流域防洪具有一定的參考價(jià)值。