巖溶地區(qū)洪水分析計(jì)算探討

摘 要：洪水計(jì)算是新建水利工程的主要內(nèi)容之一，洪水計(jì)算的合理性與可行性直接影響到工程的安全運(yùn)行，貴州屬典型喀斯特地貌，巖溶發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜，很多區(qū)域多出現(xiàn)明流、伏流穿插出現(xiàn)的情況，而大部分地區(qū)無(wú)相關(guān)實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù)及參數(shù)，針對(duì)該類空白地區(qū)，洪水計(jì)算較為復(fù)雜，本文以貴州省關(guān)嶺縣上坡貢水庫(kù)洪水計(jì)算分析，對(duì)該類無(wú)資料地區(qū)洪水設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

中圖分類號(hào)：TV122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）26-0242-02

1 概 況

關(guān)嶺縣上坡貢水庫(kù)位于關(guān)嶺縣西北面坡貢鎮(zhèn)的上坡貢村。壩址位于打邦河流域右岸壩陵河支流坡貢河支流折溪河上，屬珠江流域西江水系。折溪河流域巖溶發(fā)育，河流發(fā)源于王家寨，由西北向東南，經(jīng)坡頭上，至簸箕田進(jìn)入伏流，至石洞陵出流進(jìn)入上坡貢水庫(kù)。壩址以上總集水面積30.3km2，其中地表集水面積2.07km2，主河道長(zhǎng)1.361km，河床平均比降13.7‰；地下補(bǔ)給面積28.23km2。

折溪河流域面積小，流域內(nèi)無(wú)水文測(cè)站，而簸箕田至石洞陵區(qū)間為伏流區(qū)，控制面積約6.27km2，現(xiàn)狀無(wú)實(shí)測(cè)流量資料，區(qū)間削峰作用不明，本次針對(duì)該情況選用幾種計(jì)算方法進(jìn)行分析。

2 設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

2.1 歷史洪水

由于項(xiàng)目區(qū)流域設(shè)計(jì)明流及伏流區(qū)，為補(bǔ)充相關(guān)歷史洪水信息，需針對(duì)伏流入口、出口及大壩壩址進(jìn)行調(diào)查。在2001年出現(xiàn)過(guò)大洪水，至大洪水期，簸箕田伏流入口以上將形成淹沒(méi)，從漲洪至最高水位歷時(shí)為4～5h，洪水總歷時(shí)為1～2d，石洞陵伏流出口同時(shí)間洪水至最高水位歷時(shí)約為4h，洪水從漲洪至回歸河槽，洪水總歷時(shí)為4～5d左右，根據(jù)指認(rèn)歷史洪水痕跡，并實(shí)測(cè)擬建壩址處及石洞陵伏流出口處下游河道的洪水痕跡根據(jù)實(shí)測(cè)擬建壩址處及石洞陵伏流出口處下游河道斷面采用比降法分析兩處流量約為47.9m3/s和31m3/s。洪水重現(xiàn)期達(dá)到50年一遇。

2.2 洪水計(jì)算

折溪河流域無(wú)水文測(cè)站控制，無(wú)相關(guān)流量資料佐證，本次結(jié)合《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)》及《貴州省暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》（修訂稿）中幾種方法進(jìn)行計(jì)算分析。

2.2.1 幾種計(jì)算方法選用比較分析

（1）三點(diǎn)適線法

三點(diǎn)適線法為無(wú)資料地區(qū)水文計(jì)算適線的一個(gè)基本方法，計(jì)算數(shù)據(jù)主要基于洪水調(diào)查成果，將調(diào)查到的年份、水位及相應(yīng)流量、頻率進(jìn)行皮爾遜Ⅲ型曲線適線后，統(tǒng)計(jì)基本參數(shù)值，該方法計(jì)算簡(jiǎn)單，但在無(wú)資料地區(qū)使用局限性較大，一般工程區(qū)流域小，可考證洪水典型較少，該方法調(diào)查樣本較大，且多數(shù)僅能調(diào)查到保證率P≥2%的洪水，適線在保證率P<2%無(wú)法確定，直接影響到統(tǒng)計(jì)參數(shù)精度。

（2）泄流曲線法

泄流曲線主要針對(duì)伏流進(jìn)、出口建立且流關(guān)系曲線，曲線的確定需充分考慮高低洪水位及對(duì)應(yīng)泄流能力的關(guān)系，該方法與三點(diǎn)適線法相似，除資料誤差外，若伏流入口以上已出現(xiàn)下漏情況，至伏流入口處時(shí)水位失真，且一般伏流進(jìn)、出口區(qū)間相隔較遠(yuǎn)，區(qū)間有小型閉流區(qū)匯水，將影響伏流進(jìn)、出口建立且流關(guān)系曲線的真實(shí)性，直接影響洪水計(jì)算精度。

（3）伏流公式法

伏流計(jì)算公式主要是分析流域洪峰流量隨暴雨總歷時(shí)延長(zhǎng)而衰減的公式，根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)》及《貴州省暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》（修訂本），伏流暗河計(jì)算公式為：

根據(jù)公式可看出，該公式主要影響參數(shù)為洪水歷時(shí)，結(jié)合流域情況，多數(shù)河道鄰近農(nóng)田，針對(duì)洪水總歷時(shí)的調(diào)查可行性及可參考性是比較高的，針對(duì)上坡貢項(xiàng)目，本次選擇伏流公式法作該項(xiàng)目設(shè)計(jì)洪水基本計(jì)算方法。

2.2.2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

（1）伏流區(qū)洪水計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)洪水方法選用，本次伏流區(qū)的洪水計(jì)算采用伏流公式法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)石洞陵伏流出口洪水調(diào)查，至最大洪水年份，伏流出口由于水量較大，水面超過(guò)河坎淹沒(méi)周邊農(nóng)田，通過(guò)村民羅永貴介紹，最大一次洪水河坎以上第一塊田被完全淹沒(méi)，第二塊田淹沒(méi)部分，一次洪水從漲水至回到河槽的時(shí)間大約為4～5d左右，水面漲到最高需要4h左右。計(jì)算中偏安全考慮，洪水總歷時(shí)按4d計(jì)，洪水過(guò)程采用三角概化計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，計(jì)算成果如表1。

（2）計(jì)算參數(shù)合理性分析

針對(duì)石洞陵伏流出口設(shè)計(jì)洪水合理性分析主要是洪水峰現(xiàn)時(shí)間及洪水總歷時(shí)，從可考證性看，鄰近周邊現(xiàn)狀有農(nóng)田及居民居住，岸邊洪痕較為明顯，可考證人員人數(shù)較多，較同類地區(qū)，調(diào)查資料可靠性較好。而其中，洪水峰現(xiàn)時(shí)間一般較為難以調(diào)查，本次計(jì)算中補(bǔ)充分析伏流出口以上全流域面積洪水，判斷天然狀態(tài)及滯洪階段洪水變化情況及滯洪時(shí)間，經(jīng)計(jì)算，從流量來(lái)看，保證率（P=0.1～20%）天然狀態(tài)下石洞陵出流量最大為342～75.1m3/s，保證率（P=0.1～20%）伏流公式法計(jì)算石洞陵出流量最大為58.45～17.6m3/s，可見(jiàn)，區(qū)間伏流區(qū)的消峰作用較大；從伏流出口峰現(xiàn)時(shí)間來(lái)看，若以石洞陵伏流出口計(jì)算成果為基礎(chǔ)，控制伏流區(qū)開(kāi)始滯洪流量，從天然狀態(tài)洪水過(guò)程線看，保證率（P=0.1～20%）天然洪水約2～2.5h開(kāi)始滯洪，區(qū)間簸箕田至石洞陵伏流區(qū)假定按直線巖溶管道過(guò)水，過(guò)水長(zhǎng)度約為5km，流速按1m/s計(jì)算，至石洞陵伏流出口，洪水現(xiàn)峰時(shí)間將延長(zhǎng)1.5h，從（P=0.1～20%）過(guò)程線來(lái)看，石洞陵現(xiàn)峰時(shí)間將為3.5～4h左右，計(jì)算參數(shù)參照一般河流參數(shù)取值，從計(jì)算成果來(lái)看，與調(diào)查成果基本吻合，計(jì)算成果較為合理。

（3）壩址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)流域特性，本次計(jì)算采用伏流出口流量疊加伏流出口至壩址區(qū)間流量，伏流出口至壩址區(qū)間流量直接采用《貴州省暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》（修訂稿）中F<10km2計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，由于區(qū)間較短，本次計(jì)算不考慮錯(cuò)峰，經(jīng)計(jì)算，上坡貢壩址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果如表2。

（4）壩址設(shè)計(jì)洪水合理性分析

從明流區(qū)看，基本參數(shù)取值根據(jù)鄰近氣象站及貴州省等值線取值，計(jì)算公式根據(jù)《貴州省暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》（修訂稿）選擇，區(qū)間洪水基本滿足設(shè)計(jì)要求，但從疊加成果看，考慮現(xiàn)階段可考證的歷史洪水調(diào)查成果，結(jié)合被調(diào)查及暴雨排頻成果，確定項(xiàng)目區(qū)出現(xiàn)最大洪水約為50年一遇，從計(jì)算成果來(lái)看，本階段計(jì)算50年一遇成果與調(diào)查成果基本相近。但因本階段歷史洪水調(diào)查成果僅為50年一遇，相關(guān)洪水過(guò)程特征在反映超過(guò)50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)的情況會(huì)略有偏差，故本階段根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》，用頻率分析法計(jì)算的校核標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)洪水，考慮對(duì)超過(guò)50年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水進(jìn)行修正，修正系數(shù)取20%。經(jīng)計(jì)算，上坡貢壩址洪水修正后成果如表3。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文根據(jù)典型工程、巖溶狀況及相關(guān)水文資料條件基礎(chǔ)上，分析無(wú)資料地區(qū)情況下幾種伏流區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法可行性及選用計(jì)算方法的計(jì)算成果合理性進(jìn)行分析，本工程伏流區(qū)影響流域大，洪水坦化嚴(yán)重，洪水歷時(shí)長(zhǎng)，總體洪水呈現(xiàn)雙峰狀。由于該類設(shè)計(jì)流域伏流出口以上含有較大的閉流區(qū)，除泉點(diǎn)出流外，還應(yīng)注意伏流段表層是否有地表匯流進(jìn)入庫(kù)區(qū)。

本文僅對(duì)較為簡(jiǎn)單的伏流區(qū)流域進(jìn)行淺析，由于本類工程基本無(wú)巖溶影響區(qū)影響參數(shù)及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，區(qū)域水文條件復(fù)雜，計(jì)算難度較大，故在該類工程中洪水調(diào)查就顯得尤為重要，因此，在同類工程中，應(yīng)根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)流域的調(diào)查及研究，確定適應(yīng)的計(jì)算方法，合理補(bǔ)充調(diào)查成果，提高設(shè)計(jì)洪水成果的合理性。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-8-7