巴河流域設(shè)計洪水地區(qū)組成研究

李 萍，蔡炳云

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，成都，610072)

巴河流域設(shè)計洪水地區(qū)組成研究

李 萍，蔡炳云

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，成都，610072)

本文以平昌(風灘)斷面以上的巴河流域為研究對象，通過對流域洪水遭遇情況進行統(tǒng)計，分析了流域的洪水地區(qū)組成情況，采用設(shè)計洪水地區(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)計洪水 地區(qū)組成

1 研究背景

巴河是渠江的主要支流，洪災頻繁而且嚴重，2000年以來受災情況越加頻繁，在最近的六次大洪水中，巴中市四縣區(qū)損失嚴重。其中，2004年、2005年、2006年、2007年、2010年和2011年洪水，巴中市洪災直接經(jīng)濟損失77.59億元，因災死亡、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，防洪標準不足，防洪減災迫在眉睫。

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)計水庫對下游有防洪任務時，需計算水庫、區(qū)間及防洪控制斷面設(shè)計洪水，分析計算防洪控制斷面以上的洪水地區(qū)組成，提出分區(qū)設(shè)計洪水過程線，作為選擇水庫防洪庫容的依據(jù)，因此設(shè)計洪水的地區(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)計研究院完成了《四川省渠江流域防洪規(guī)劃報告》的編制，并于2012年3月以水規(guī)計〔2012〕81號文獲得水利部及四川省政府的批復。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)外進行的研究較少，其研究的重點和難點在于設(shè)計洪水的地區(qū)組成。

本文在分析研究巴河平昌(風灘)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，采用地區(qū)組成法(典型年法)推求各分區(qū)設(shè)計洪水過程。計算成果可為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。在計算防洪控制斷面以上分區(qū)設(shè)計洪水過程線時，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、遠期防洪標準對應頻率的設(shè)計洪峰、24h洪量及三日洪量與典型年對應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)計洪水過程線。巴河設(shè)計洪水地區(qū)組成技術(shù)路線見圖1。

圖1 巴河設(shè)計洪水地區(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，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，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)計洪水地區(qū)組成?？紤]到巴河平昌(風灘)以上集雨面積較大(集雨面積16595km2)、支流較多、洪水組合復雜，因此，設(shè)計洪水地區(qū)組成采用典型年法推求各防洪控制斷面近期和遠期對應頻率的各分區(qū)設(shè)計洪水過程線，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(風灘)防洪控制斷面為例進行分析。

4.1 平昌(風灘)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%。選擇風灘站的前10大洪水，分析七里沱站、杜家河站及風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、風灘站各水文站 最大洪峰遭遇年數(shù)統(tǒng)計

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

(1)巴河干流的洪水由南江與通江洪水組成。52年中風灘站發(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)當風灘站發(fā)生大洪水時，南江與通江均發(fā)生較大洪水，風灘站年最大洪水為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，如風灘水文站實測首大2011年918洪水。對于風灘站的前十大洪水，最大三日洪量范圍19.3億m3～36.8億m3。其中，七里沱站對應3日洪量所占比例約為39.4%～61%，通江或杜家河站對應3日洪量所占比例約為39%～60.9%。除2011年918洪水風灘、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

巴河平昌風灘以上需計算防洪水庫、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，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)計洪水過程線

在分析研究平昌(風灘)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，選用典型洪水組成法推求各分區(qū)設(shè)計洪水過程線。典型洪水地區(qū)組成分別按以平昌(風灘)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)計洪水過程線。平昌(風灘)近期防洪標準為10年一遇，遠期為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，近期與遠期分別以平昌(風灘)斷面P=10%與P=5%設(shè)計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，近期與遠期分別以平昌(風灘)斷面P=10%與P=5%最大24h設(shè)計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，近期與遠期分別以平昌(風灘)斷面P=10%與P=5%最大三日設(shè)計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)計洪水過程線。

根據(jù)以上方法得到的各分區(qū)設(shè)計洪水過程線，平昌(風灘)斷面洪峰、最大24h或者最大三日洪量顯著超標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)組成計算而得的分區(qū)設(shè)計洪水過程線成果，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)外進行的研究較少，其研究的重點和難點在于設(shè)計洪水的地區(qū)組成。巴河流域水系復雜，防洪控制斷面達7個，本文以最下游平昌(風灘)斷面以上巴河流域為例進行研究。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行統(tǒng)計，分析了流域的洪水地區(qū)組成情況，采用設(shè)計洪水地區(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)計洪水過程線。此外，還需對其余6個防洪控制斷面同樣進行洪水地區(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)計洪水的地區(qū)組成，對于如何合理確定各防洪水庫分攤的防洪庫容，還需對各防洪水庫調(diào)度方式進行深入研究。

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

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)計工作。

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