紅水河與清水河干、支流洪水遭遇分析

潘桂芬

（廣西水利電力勘測設計研究院，南寧 530023）

紅水河與清水河干、支流洪水遭遇分析

潘桂芬

（廣西水利電力勘測設計研究院，南寧 530023）

以紅水河與清水河匯合口遷江鎮(zhèn)河段為例，通過分析干流紅水河與支流清水河洪水的組合情況，推算受干流紅水河頂托影響的支流清水河河口段設計洪水位。河段設計洪水水面線是堤防設計的主要依據(jù)，對于有干支流洪水相互頂托的河段，需分析其洪水組合和遭遇規(guī)律，進行不同組合情況的水面線推算，以外包線作為設計的依據(jù)。

干流；支流；洪水組合；設計洪水；相應洪水；紅水河；清水河

在水利水電工程水利計算中，常常遇到干、支流洪水組合和遭遇問題。如在防洪工程的計算中，對于干支流洪水、河湖（水庫）洪水相互頂托的河段，應分析其洪水組合和遭遇規(guī)律，進行不同組合情況的水面線推算，以上包線作為設計水面線[1]。本文結合廣西主要支流黔潯江治理工程在來賓市遷江鎮(zhèn)紅水河、清水河干支流河段洪水遭遇規(guī)律分析，提出其洪水組合，為治理河段設計水面線計算確定流量參數(shù)，同時通過總結其洪水組合規(guī)律，為同類項目在沒有實測資料進行洪水組合分析情況下的設計作參考。

1 流域概況

1.1 紅水河流域概況

紅水河是珠江流域西江水系的主干流，上游段南盤江，發(fā)源于云南省曲靖市沾益縣烏蒙山余脈馬雄山南麓，經(jīng)廣西西林、隆林、田林與貴州的興義、安隆、冊亨，至黔桂邊界的貴州省望謨縣蔗香村雙江口與北盤江匯合后稱紅水河，再流經(jīng)廣西的天峨、南丹、東蘭、巴馬、大化、馬山、都安、忻城、合山、興賓、象州等縣（市、區(qū)），至象州縣石龍鎮(zhèn)三江口（柳江匯入處）止，流域集水面積137 719 km2。紅水河與柳江匯合后稱黔江，流至貴港市的桂平市與郁江匯合后進入潯江，往東流經(jīng)平南縣、藤縣、蒼梧縣和梧州市區(qū)，與桂江匯合后稱西江，再往東流經(jīng)廣東省肇慶市、廣州市進入珠江三角洲入海。紅水河河段干流長659 km，平均坡降0.37‰，區(qū)間流域面積（不含北盤江）54 543 km2，其中廣西境內干流長553 km，流域面積38 699 km2。紅水河段廣西境內流域面積50 km2以上的各級支流共136條，其中流域面積在1 000 km2以上的一級支流有11條見圖1。

1.2 清水河流域概況

清水河是紅水河的一級支流，發(fā)源于上林縣西燕鄉(xiāng)大明山望兵山峰（海拔1 506 m），由南向北流，至上林縣寨鹿村下寨屯納左岸支流后轉向東南流入東敢水庫，經(jīng)上林縣城、賓陽縣鄒圩鎮(zhèn)，至同禮村轉北流進入來賓市興賓區(qū)，于遷江鎮(zhèn)榜山腳下匯入紅水河，全長190 km，干流坡降0.88‰，流域集水面積4 215 km2，多年平均流量為106 m3/s。流域呈羽毛狀，沿河為巖溶平原地貌，兩岸地勢平緩，地形開闊平坦，呈“U”字型谷，寬120～250 m。清水河上游上林縣境內建設有大龍洞大型水庫、東敢中型水庫，均為1960年建成。大龍洞水庫壩址以上集雨面積310 km2，總庫容1.51億m3，有效庫容1.08億m3，調洪庫容4 292萬m3，為多年調節(jié)水庫，最大泄洪流量42.3 m3/s；東敢水庫壩址以上集雨面積92.3 km2，總庫容0.491億m3，有效庫容0.15億m3，調洪庫容3 275萬m3，為年調節(jié)水庫，最大泄洪流量353 m3/s。由于大龍洞水庫缺乏水文觀測資料，溢洪道的下泄流量又受到溶洞的限制，水庫調節(jié)對河道下泄流量影響不大。東敢、大龍洞水庫總集水面積為402.3 km2，約占清水河流域面積的9.6%，本次清水河設計洪水計算不考慮東敢、大龍洞水庫調洪影響。

圖1 紅水河及其支流清水河流域水系示意圖

2 流域暴雨洪水特性

2.1 紅水河流域暴雨洪水特性

紅水河流域地處亞熱帶氣候區(qū)，高溫多雨，水量充沛，每年4～9月，流域常產(chǎn)生大暴雨。暴雨的主要天氣系統(tǒng)有鋒面類、高空低渦類、高空低槽類、臺風類，前三類是造成全流域大洪水的主要天氣系統(tǒng)，臺風類出現(xiàn)次數(shù)少，僅對流域下游有影響，且多發(fā)生在8月，不造成流域性的大洪水。

紅水河控制流域面積大，上下游氣候差異大，不易形成全流域暴雨，洪水由區(qū)域暴雨形成。流域內大致有4個暴雨中心，一是橫跨南、北盤江中下游的黃泥河、馬別河、晴隆一帶；二是紅水河上游的布柳河及曹渡河一帶；三是天峨以下盤陽河與刁江一帶；四是清水河上游上林縣大明山一帶。

流域洪水由降雨形成，其發(fā)生季節(jié)以及地區(qū)來源與暴雨發(fā)生情況基本一致。每年4月降雨漸多，河流5月份開始進入汛期，一般到10月底結束，洪峰主要出現(xiàn)在6、7、8三個月，尤以7月為最多，占41.3%，據(jù)調查、刻記的12次歷史洪水中，就有10次出現(xiàn)在7月。紅水河遷江水文站實測系列年最大洪水出現(xiàn)機率見表1。

表1 遷江站實測系列年最大洪水出現(xiàn)機率統(tǒng)計表

紅水河洪水量級變化較小，據(jù)遷江站實測75年洪水資料中，最大洪峰流量18 400 m3/s（發(fā)生在1988年），僅為實測系列洪峰均值13 400 m3/s的1.37倍，在遷江水文站調查到1926年為歷史最大洪水，洪峰流量也只有23 300 m3/s；而鄰近柳江的柳州水文站集水面積44 100 km2，1996年7月19日實測最大洪水已達33 700 m3/s，為實測系列洪峰均值15 200 m3/s的2.22倍。故紅水河洪水的Cv值較小。

紅水河流域主流源遠流長，支流多，地形較為復雜，并有區(qū)域性暴雨；汛期暴雨量級雖不大，但發(fā)生頻繁，造成洪水連續(xù)，洪水過程以雙峰、多峰型為主，較大洪水一般多為雙峰型。一次洪水過程，雙峰型歷時一般約21 d，多峰型歷時一般約26 d。紅水河洪水起漲較快、退水較慢，上漲歷時約2～4 d，退水歷時約5～10 d；洪峰持續(xù)時間一般為3～8 h。

2.2 清水河流域暴雨洪水特性

清水河流域地處亞熱帶季風氣候區(qū)，夏季高溫多雨，水量充沛，每年4～9月為多雨季節(jié)，約占全年雨量的77%。流域上游上林縣大明山一帶為廣西次高降雨區(qū)，多年平均降雨量達2 000 mm。

流域內的洪水主要由鋒面、臺風、低壓天氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的暴雨造成，暴雨洪水相應，洪水主要發(fā)生在5～9月份，流域集水面積不大，但由于流域暴雨分布不均，上下游洪水差異大。上游上林水文站由于處于大明山暴雨中心邊緣，洪峰模數(shù)大，匯流時間短，洪水暴漲暴落；中下游鄒圩水文站的洪水則由于處于巖溶平原地貌，洪峰模數(shù)較小。流域洪水多為單峰型，鄒圩水文站一場洪水歷時一般在3～5 d之間，洪峰持續(xù)時間一般為2～5 h。

表2 遷江水文站天然設計洪水成果表

3 紅水河、清水河控制斷面設計洪水

3.1 紅水河遷江水文站設計洪水

遷江水文站上游有紅水河梯級開發(fā)的龍頭工程—龍灘水庫及其下游一系列梯級水電站—巖灘、大化、百龍灘、樂灘、橋鞏水電站，其中龍灘水庫工程開發(fā)任務以發(fā)電為主，兼有防洪、改善航運等綜合利用效益，汛期5～7月份在正常蓄水位以下預留防洪庫容50億m3，因此紅水河遷江站設計洪水需分析天然及受上游龍灘水庫調節(jié)影響后的設計洪水。

3.1.1 天然洪水

根據(jù)遷江站1936～2006年連續(xù)71年實測及插補延長的洪水系列，加入1871年以來的12場歷史洪水（即1871、1872、1875、1891、1893、1897、1902、1911、1915、1926、1929、1931年）與實測洪水組成一個不連續(xù)的洪水系列，排位期N=136年（1871～2006年）內的首位洪水發(fā)生在1926年（同級洪水有1871、1872、1891年），其重現(xiàn)期為55年，次大洪水1915年（同級洪水有1897、1902年），再次洪水為1931年，以上8年洪水參加統(tǒng)計參數(shù)計算，其余4場洪水較小無法定量，但可定性認為其洪峰大于實測系列首位的1988年洪峰，頻率計算中僅留位置，不參加統(tǒng)計參數(shù)計算。采用數(shù)學期望公式計算經(jīng)驗頻率，矩法估算統(tǒng)計參數(shù)，P-Ⅲ曲線配線，遷江站年洪峰流量頻率曲線如圖2，成果見表2，與《珠江流域防洪規(guī)劃》成果一致。

3.1.2 龍灘調蓄后的設計洪水

采用典型年法進行地區(qū)洪水組成分析，并根據(jù)龍灘水庫的防洪調度規(guī)則對各場典型洪水進行調節(jié)計算，從而得到龍灘各分期洪水調洪成果。分別考慮龍灘汛期預留防洪庫容（50億m3、30億m3）的情況，分析了龍灘水庫對下游遷江站各頻率洪水的削減作用，結果為：可將50年一遇洪峰流量23 700 m3/s降至22 300 m3/s（相當于天然31年一遇）；30年一遇洪峰流量22 200 m3/s降至21 100 m3/s（相當于天然21年一遇）；20年一遇洪峰流量21 000 m3/s降至20 400 m3/s（相當于天然16年一遇）；2年一遇洪峰流量12 700 m3/s無削減作用。根據(jù)龍灘水庫調度規(guī)則，當龍灘水庫蓄滿庫容時，龍灘水庫按入庫流量泄水，因此，龍灘水庫對9月份以后的后汛期洪水不起調蓄作用，遷江站龍灘調蓄后設計洪水采用各分期調洪后的最大流量，由此可得龍灘水庫攔洪后遷江站50～20年一遇設計洪水成果，見表3。

圖2 遷江站天然年最大洪峰流量頻率曲線圖

表3 龍灘攔洪后遷江站設計洪水成果表

3.2 鄒圩水文站、河口斷面設計洪水

鄒圩水文站位于紅水河干流一級支流清水河中下游，其設計洪水采用鄒圩站1954～2011年實測系列并加入1893、1915年兩場歷史（1893年歷史洪水為自1893年以來首位洪水），采用數(shù)學期望公式計算洪水系列經(jīng)驗頻率，矩法估算統(tǒng)計參數(shù)，P-Ⅲ型曲線適線，設計洪水成果見表4及圖3。

清水河河口斷面設計洪水采用水文比擬法移用鄒圩站成果，成果如表4。

表4 清水河鄒圩站、河口斷面設計洪水成果表

圖3 鄒圩水文站年最大洪峰流量頻率曲線圖

4 紅水河與清水江干、支流洪水遭遇分析

4.1 紅水河與清水河干支流洪水遭遇分析

遷江水文站位于清水河匯入口上游約0.65 km處，故紅水河洪水直接采用遷江水文站洪水成果。鄒圩水文站位于清水河中游，控制集水面積1 896 km2，占清水河流域集水面積4 215 km2的45%，距離清水河河口約75.4 km，清水河河口洪水以鄒圩水文站作為參證站，采用水文比擬法移用鄒圩水文站洪水成果。本文分析了鄒圩水文站1961～1986年年最大洪水，洪峰平均流速約為1.24 m/s，鄒圩站至清水河河口洪峰傳播時間按17 h計。

根據(jù)1954～2004年斷續(xù)42年的紅水河遷江站及清水河鄒圩站實測洪水過程資料統(tǒng)計，當紅水河發(fā)生年洪峰流量時，清水河河口斷面相應流量（按紅水河遷江發(fā)生洪峰時間作控制，往前推算17 h，即清水河鄒圩站洪水流達至清水河河口斷面的流量）絕大部分小于多年平均洪峰流量1 070 m3/s，清水河河口相應流量最大為1 158 m3/s、最小為34.3 m3/s，平均為465 m3/s，均值約為洪峰流量均值的0.43倍。干流紅水河與支流清水河年洪峰流量完全遭遇的年份只有1956、1978、2004年共3年，占7.1%；部分遭遇（干流年洪峰與支流年洪峰的峰前段、峰后段或次大洪峰遭遇）的年份有1966、1984、1989、1991、1994年共5年，占11.9%，即紅水河與清水河洪水基本遭遇概率為19%。

4.2 同頻率法計算遭遇洪水

根據(jù)紅水河遷江水文站與清水江鄒圩水文站1954～2004年實測流量資料，采用同頻率法分析計算遭遇洪水，即按支流清水河鄒圩站洪水傳播至河口與紅水河遷江站洪峰遭遇統(tǒng)計，以干流紅水河遷江站發(fā)生年洪峰流量時清水河河口發(fā)生相應流量系列進行頻率計算，計算結果為當紅水河發(fā)生頻率為P=5%的設計洪水時，清水河相應同頻率流量為1 080 m3/s，相當于多年平均洪峰流量；以支流清水河河口發(fā)生年洪峰流量時紅水河遷江站發(fā)生相應流量系列進行頻率計算，計算結果為當清水河河口發(fā)生頻率為P=10%的設計洪水時，紅水河遷江站相應同頻率流量為12 300 m3/s，接近于2年一遇洪峰流量，成果如表5。

表5 紅水河、清水河遭遇洪水同頻率法計算成果表（經(jīng)驗頻率成果）

紅水河遷江站發(fā)生年洪峰流量時清水河發(fā)生相應流量經(jīng)驗頻率曲線如圖4；清水河發(fā)生年洪峰流量時紅水河遷江站發(fā)生相應流量經(jīng)驗頻率曲線如圖5。

圖4 紅水河發(fā)生年洪峰流量時清水河河口斷面發(fā)生相應流量經(jīng)驗頻率曲線圖

圖5 清水河發(fā)生年洪峰流量時紅水河遷江站發(fā)生相應流量經(jīng)驗頻率曲線圖

6 結語

本文通過對紅水河干流遷江水文站及其支流清水河鄒圩水文站實測流量資料分析，對于較大流域的干流與其支流的洪水遭遇頻率不是太高的河流，當干流發(fā)生重現(xiàn)期為10～20年一遇洪水時，其支流遭遇的相應洪水相當于2年～多年平均洪水；同樣支流發(fā)生10～20年一遇洪水時，其干流相應洪水也是接近2年～多年平均洪水。這對于相似流域無實測資料的干流、支流洪水組合的運用，具有一定的參考意義。

本文分析的是大流域的干流與其小流域支流的洪水遭遇情況，對于其他干支流洪水遭遇密切的河流或運用的洪水重現(xiàn)期大于50年一遇時，建議通過更多的實測資料進一步分析驗證并總結其遭遇、組合規(guī)律。

[1]SL104-2015，水利工程水利計算規(guī)范[S].

（責任編輯：劉征湛）

Analysis of trunk stream and tributary flood encounter for Hongshui River and Qingshui River

PAN Gui-fen

（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

Qingshui River is one of the tributaries of Hongshui River and they merged at Qianjiang Town.Taking the river section at Qianjiang Town as example,flood synthesis was analyzed,the design flood level at estuary sec?tion of Qingshui River was calculated taking into account the backwater effect from Hongshui River.The water sur?face profile of design flood is the major basis of dike design.For the river section influenced by backwater of trunk stream and tributary,flood synthesis and encounter rule shall be analyzed,water surface profiles corresponding to various synthesis conditions shall be calculated,with the envelope curve as design basis.

Trunkstream;tributary;floodsynthesis;designflood;correspondingflood;HongshuiRiver;QingshuiRiver

P333

B

1003-1510（2016）01-0021-05

2015-11-17

潘桂芬（1966-），女，廣西崇左人，廣西水利電力勘測設計研究院高級工程師，從事水利水電工程水文、規(guī)劃設計工作。