曹江大拜水文站洪水頻率分析

王 英

(廣東省水文局 茂名水文分局，廣東 茂名 525000)

1 概 述

1.1 曹 江

曹江位于鑒江中游，是鑒江的一級(jí)支流，集水面積874 km2，河長(zhǎng)100 km，總落差870 m，平均坡降2.76‰，其大于100 km2的主要支流有云爐河、新垌河。另外，在與其相鄰的大井河上建有良德水庫(kù)，與石骨水庫(kù)通過(guò)龍頭坳人工渠相連，兩大庫(kù)統(tǒng)稱為高州水庫(kù)。流域水系結(jié)構(gòu)圖見圖1。

1.2 大拜水文站

大拜水文站設(shè)置于曹江上，系高州水庫(kù)的進(jìn)庫(kù)站，集水面積394 km2，屬于二類精度的水文站。該站建于1967年1月，位于廣東省高州市長(zhǎng)坡鎮(zhèn)大拜村，E111°09′N22°03′。實(shí)測(cè)最高水位為102.50 m(凍結(jié)基面)，最大流量為3 740 m3/s。大拜水文站斷面下游75 m處有實(shí)用堰型攔河壩一座，壩頂高程96.26 m。壩的左側(cè)有電站引水渠。電站在壩下約1 km處裝有6臺(tái)機(jī)組，3臺(tái)500 kW，2臺(tái)320 kW，1臺(tái)125 kW。電站閘門的開關(guān)影響到斷面水位流量的變化過(guò)程。低水時(shí)在基下232 m的引水渠道測(cè)流，中高水時(shí)在基本水尺斷面用纜道測(cè)流。引水渠道上測(cè)流時(shí)，采用7條垂線一點(diǎn)法；在基本水尺斷面測(cè)流時(shí)，采用15條垂線一點(diǎn)法。大拜站的高、中、低水位流量關(guān)系均比較穩(wěn)定，歷年來(lái)為單一曲線。見圖2。

圖1 曹江流域水系圖

圖2 大拜水文站大斷面及水位面積曲線圖

2 洪水重現(xiàn)期的考證

根據(jù)調(diào)查訪問(wèn)，曹江干流河道兩側(cè)已沒(méi)有(不存在)古洪水、歷史洪水的刻記。 1856、1904和1912年等歷史洪水在上世紀(jì)70年代的洪水調(diào)查中已有測(cè)量計(jì)算(見《中華人民共和國(guó)廣東省洪水調(diào)查資料》，廣東省水利電力廳1991年6月刊印，下簡(jiǎn)稱《調(diào)查資料》)。根據(jù)《調(diào)查資料》及《高州縣志》記載，石墳公社大拜大隊(duì)塘邊園村70歲的詹玉中老人講述：“聽我父親講：清咸豐6年(1856年)，大水，沖崩我現(xiàn)在住的大屋，當(dāng)時(shí)水浸到頭廳；再有清光緒30年(1904年)水浸至我現(xiàn)住的大屋，二廳上五塊泥磚；還有民國(guó)三年(1914年)大水剛剛浸至屋內(nèi)二廳地面。”這3處的調(diào)查都是較可靠。2010年9月21日發(fā)生的大洪水，洪水位102.5 m,洪峰流量3 740 m3/s,為歷史之最[1]。

3 大拜水文站洪峰流量頻率分析

3.1 資料引用

本次分析引用大拜水文站建站以來(lái)(1967年)至2016年的實(shí)測(cè)洪水資料，系列長(zhǎng)50年。

3.2 經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算

3.2.1 特大值的考證與重現(xiàn)期的確定

根據(jù)《調(diào)查資料》以及湛江水文分站1977年編制的《鑒江流域大拜河段洪水調(diào)查資料報(bào)告》(下簡(jiǎn)稱《報(bào)告》)，1856年洪水壩下水位為99.93 m，相應(yīng)的壩上水位為103.49 m，對(duì)應(yīng)的洪峰流量為4 040 m3/s；1904年洪水壩下水位為98.77 m，相應(yīng)的壩上水位為102.56 m，對(duì)應(yīng)的洪峰流量為3 170 m3/s；1914年洪水壩下水位為97.69 m，相應(yīng)的壩上水位為101.68 m，對(duì)應(yīng)的洪峰流量為2 410 m3/s。根據(jù)《調(diào)查資料》及《報(bào)告》，該3處洪痕高程為較可靠，洪峰流量推算方法合理，成果較可靠。所以，在本次洪水頻率分析計(jì)算中，1856、1904和1914年洪水洪峰流量均參加洪峰流量頻率計(jì)算。大拜水文站已知的大洪水情況見表1。

表1 大拜水文站己知的較大洪水情況表

注：表1中水位計(jì)算基面為凍結(jié)基面，與珠江基面轉(zhuǎn)換關(guān)系：2004年以前，凍結(jié)基面以上米數(shù)+0.009=珠江基面以上米數(shù)；2005年以后，凍結(jié)基面以上米數(shù)+0.056=珠江基面以上米數(shù)。

3.2.2 洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算

1856、1904、1914和2010年的洪水在經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算時(shí)均作為特大值來(lái)進(jìn)行處理的，其它洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算采用實(shí)測(cè)的系列。方法如下：

特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率公式為：

式中：N為歷史考證期；M為特大洪水序位；a為特大值個(gè)數(shù)。

實(shí)測(cè)洪水的頻率公式為：

m=l+1,...,n

式中：N為歷史考證期；M為特大洪水序位；a為特大值個(gè)數(shù)；m為實(shí)測(cè)洪水序號(hào)；n為實(shí)測(cè)系列長(zhǎng)度；l為實(shí)測(cè)系列n中的特大值個(gè)數(shù)。

3.3 頻率適線結(jié)果

將以上洪水的頻率點(diǎn)繪在頻率格紙上，采用P-Ⅲ型曲線目估法適線，Cs/Cv值取3.30，Cv=0.74，適線結(jié)果見表2和圖3。從適線圖上看，點(diǎn)據(jù)與線型配合較好。

表2 大拜站流量頻率計(jì)算參數(shù)成果表(P-Ⅲ型曲線配線)

圖3 大拜水文站年最大流量頻率曲線

4 大拜水文站水位流量關(guān)系分析

大拜站歷年水位流量關(guān)系為單一曲線。本次水位流量關(guān)系曲線中，水位在2016年最高水位99.80 m以下采用2016年關(guān)系線，水位99.80 m以上采用2010年關(guān)系線并進(jìn)行趨勢(shì)延長(zhǎng)。根據(jù)水位流量關(guān)系曲線結(jié)點(diǎn)表(表3)繪制水位流量關(guān)系曲線(圖4)。

表3 大拜水文站水位流量關(guān)系曲線結(jié)點(diǎn)表

圖4 大拜站水位流量關(guān)系曲線

5 大拜水文站不同頻率(重現(xiàn)期)流量及相應(yīng)水位

根據(jù)大拜站年最大流量頻率分析，得出各重現(xiàn)期(頻率)設(shè)計(jì)流量。

查圖4得出設(shè)計(jì)流量的相應(yīng)水位，即為同頻率水位。結(jié)果見表4。

表4 大拜水文站年最大流量頻率及相應(yīng)水位計(jì)算結(jié)果

注：表4中水位基面為凍結(jié)基面，換算關(guān)系：凍結(jié)基面以上米數(shù)+0.056=珠江基面以上米數(shù)。