兩個(gè)水文站區(qū)間河段洪水計(jì)算方法的探討

徐 潔，高運(yùn)法，孟慶峰

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002）

0 引言

冪相關(guān)內(nèi)插法是水文比擬法的一種延展。設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中，對(duì)于上下游均有水文站控制，而兩站洪水模數(shù)等參數(shù)相差較大時(shí)，冪相關(guān)內(nèi)插法兼顧了上下游河段的變化情況，較直接采用單個(gè)水文站進(jìn)行水文比擬法更切合流域的實(shí)際情況，計(jì)算的洪水也更為合理。本文以烏江源頭三岔河流域六盤水治理河段為例，對(duì)采用冪相關(guān)內(nèi)插法計(jì)算區(qū)間洪水進(jìn)行分析，以期為相關(guān)工作中的問(wèn)題提供更為合理的思路。

1 概況

三岔河為烏江上游源頭段，又稱烏江南源，屬長(zhǎng)江流域，發(fā)源于貴州西部高原威寧縣鹽倉(cāng)鎮(zhèn)西南的烏蒙山東麓，河源高程2528 m。河流由西北向東南流經(jīng)威寧二塘、水城、納雍，至六枝的龍場(chǎng)轉(zhuǎn)為東北向，流經(jīng)織金、普定、平壩縣境，在平壩縣的丘哨折向北流，于清鎮(zhèn)市、黔西縣、織金縣交界的化屋基納六沖河后，再流過(guò)鴨池河段后始稱烏江。三岔河干流全長(zhǎng)325.6 km，總落差1339.8 m，主河道平均比降2.83‰，流域集水面積7264 km2。

三岔河干流上汪家寨鎮(zhèn)原來(lái)設(shè)有向陽(yáng)水文站，控制集水面積855 km2（現(xiàn)已遷至大河鎮(zhèn)），下游納雍縣陽(yáng)長(zhǎng)鎮(zhèn)新陽(yáng)長(zhǎng)大橋下游約50 m建有陽(yáng)長(zhǎng)水文站，控制集水面積2696 km2（由原牛吃水水文站遷來(lái)）。

三岔河六盤水治理河段起點(diǎn)位于汪家寨水濂洞，流域控制面積849 km2，主河道河長(zhǎng)68.4 km，主河道平均比降4.8‰；終點(diǎn)位于六盤水青林苗族彝族鄉(xiāng)灰依小河匯口，流域控制面積2358 km2，主河道河長(zhǎng)117 km，主河道平均比降5.27‰。汪家寨水濂洞至青林鄉(xiāng)灰依小河匯口區(qū)間河段長(zhǎng)48.6 km，治理河段各控制斷面位于向陽(yáng)水文站和陽(yáng)長(zhǎng)水文站之間。

2 向陽(yáng)水文站洪水

向陽(yáng)水文站為三岔河上游基本站，于1967年10月由貴州省水文總站設(shè)立，站址位于貴州省水城縣汪家寨，向陽(yáng)水文站于2015年由汪家寨遷至大河鎮(zhèn)，向陽(yáng)（大河鎮(zhèn)）集水面積為939 km2，遷站后實(shí)測(cè)了2016及2017年洪峰流量資料，采用面積比將向陽(yáng)（大河鎮(zhèn)）2016年及2017年資料移到向陽(yáng)站（855 km2），組成向陽(yáng)1969年~2017年共49年最大洪峰流量資料系列。

向陽(yáng)站年最大洪峰流量頻率計(jì)算采用1991年 (實(shí)測(cè)值提出作特大值處理)歷史洪水和1969年至2017年實(shí)測(cè)系列共同組成不連序系列，歷史洪水經(jīng)驗(yàn)頻率采用計(jì)算（N=175），實(shí)測(cè)洪水連續(xù)系列經(jīng)驗(yàn)頻率采用Pm=PM+（1-PM）計(jì)算，用矩法初估參數(shù)，采用P-Ⅲ型曲線作為頻率計(jì)算的線型進(jìn)行目估適線，曲線上部盡量以1991年實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)為控制，中下部盡量靠近實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)，曲線通過(guò)點(diǎn)群重心。頻率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 向陽(yáng)水文站設(shè)計(jì)洪峰流量成果及參數(shù)表

圖1 向陽(yáng)水文站最大洪峰頻率曲線圖

3 陽(yáng)長(zhǎng)水文站洪水

牛吃水水文站于1957年10月1日由貴州省水文總站設(shè)立，為三岔河上游基本站。站址位于貴州省納雍縣陽(yáng)長(zhǎng)鄉(xiāng)，集水面積2560 km2。該站1991年7月被洪水沖毀、1992年1月遷至陽(yáng)長(zhǎng)即陽(yáng)長(zhǎng)水文站，集水面積2696 km2。

牛吃水站具有1958年~1992年的實(shí)測(cè)洪峰流量整編資料，陽(yáng)長(zhǎng)水文站具有1993年~2017年的洪峰流量資料，兩站集水面積相差5.3%，本次將牛吃水站1958年~1992年洪峰流量按面積比移至陽(yáng)長(zhǎng)站，使陽(yáng)長(zhǎng)水文站具有1958年~2017年共60年的實(shí)測(cè)洪峰資料系列。并將實(shí)測(cè)系列內(nèi)1991年洪峰提出來(lái)作特大洪水處理，重現(xiàn)期定為175年，則其頻率計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 陽(yáng)長(zhǎng)水文站設(shè)計(jì)洪峰流量成果及參數(shù)表

圖2 陽(yáng)長(zhǎng)水文站最大洪峰頻率曲線圖

4 三岔河干流各控制斷面設(shè)計(jì)洪水

4.1 向陽(yáng)、陽(yáng)長(zhǎng)水文站洪峰面積比指數(shù)分析

根據(jù)上述兩水文站控制集水面積及各站設(shè)計(jì)洪水成果，各頻率洪水面積比指數(shù)按照下列公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：n為面積比指數(shù)；Q向P為向陽(yáng)水文站某頻率洪峰流量；Q陽(yáng)P為陽(yáng)長(zhǎng)水文站某頻率洪峰流量；F向?yàn)橄蜿?yáng)水文站集水面積；F陽(yáng)為陽(yáng)長(zhǎng)水文站集水面積。

式中：C為常數(shù)。

經(jīng)分析，向陽(yáng)水文站、陽(yáng)長(zhǎng)水文站洪峰面積比指數(shù)及常數(shù)見(jiàn)表3。

表3 向陽(yáng)、陽(yáng)長(zhǎng)水文站洪峰面積比指數(shù)成果表

向陽(yáng)、陽(yáng)長(zhǎng)水文站均為三岔河上游基本站，而兩站各頻率洪峰面積比指數(shù)在0.1652~1.1031之間，面積比指數(shù)變化較大。究其原因，主要是因?yàn)橄蜿?yáng)水文站與陽(yáng)長(zhǎng)水文站之間三岔河干流及支流上伏流較多，這些伏流大洪水時(shí)阻水明顯，導(dǎo)致陽(yáng)長(zhǎng)水文站高頻率實(shí)測(cè)洪峰偏小，洪水面積比指數(shù)偏小。從面積比指數(shù)結(jié)果來(lái)看，其變化與該地區(qū)地形地質(zhì)條件是相吻合的。

4.2 區(qū)間斷面設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

三岔河干流設(shè)計(jì)河段上游設(shè)有向陽(yáng)水文站，下游設(shè)有陽(yáng)長(zhǎng)水文站，六盤水治理河段控制斷面主要位于兩者之間，各控制斷面洪峰流量以向陽(yáng)及陽(yáng)長(zhǎng)水文站為參考，采用冪相關(guān)內(nèi)插法確定各控制斷面的洪峰流量成果。

三岔河干流本次治理河段上游已建的水利水電工程主要有岔河電站、出水洞電站，兩個(gè)電站均為日調(diào)整，不具有削峰作用，故干流設(shè)計(jì)洪水計(jì)算時(shí)不考慮兩個(gè)電站對(duì)洪峰流量的影響。三岔河干流汪家寨水濂洞處有一段約600 m的伏流，位于向陽(yáng)水文站上游，因向陽(yáng)水文站實(shí)測(cè)洪峰已反映了該段伏流對(duì)洪水的影響，故采用冪相關(guān)內(nèi)插（即根據(jù)向陽(yáng)水文站、陽(yáng)長(zhǎng)水文站各頻率洪峰以及兩水文站洪峰面積比指數(shù)，采用公式Q設(shè)=C(F設(shè))n得各設(shè)計(jì)斷面不同頻率洪峰流量），故不再重復(fù)考慮此段伏流對(duì)洪水的影響。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)需要，計(jì)算得各控制斷面洪峰流量成果見(jiàn)表4。

表4 三岔河干流治理河段主要控制斷面洪峰流量表

4.3 洪水成果合理性分析

從貴州省的暴雨等值線圖來(lái)看，三岔河流域貴州境內(nèi)的中下游暴雨較上游暴雨偏大些，從向陽(yáng)水文站和陽(yáng)長(zhǎng)水文站兩站最大洪峰流量分析成果中可看出，向陽(yáng)水文站、陽(yáng)長(zhǎng)水文站兩站的洪峰流量均值模數(shù)分別為2.76 m3/（s·km2）、3.11 m3/（s·km2），中下游的洪水均值較上游大些，洪峰流量模數(shù)的變化與暴雨的變化趨勢(shì)一致，洪峰流量模數(shù)的變化符合該地區(qū)洪水的分布規(guī)律。

為檢驗(yàn)本次計(jì)算洪水成果的合理性，工程設(shè)計(jì)中進(jìn)行了歷史洪水調(diào)查及歷史洪水重現(xiàn)期分析，各河段的洪調(diào)水位與相應(yīng)重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)的洪水水位（查斷面水位流量關(guān)系或水面線成果）基本一致，說(shuō)明設(shè)計(jì)洪水成果符合歷史洪水調(diào)查成果，成果是合理的。

5 結(jié)語(yǔ)

冪相關(guān)內(nèi)插法適用于同一流域內(nèi)已建多個(gè)水文站的情況，可利用相鄰兩站建立冪相關(guān)關(guān)系，來(lái)計(jì)算兩水文站站之間某一斷面的洪水。通過(guò)上述工程實(shí)例計(jì)算，水文站區(qū)間斷面各頻率洪水均與兩站洪水成果適應(yīng)性較好，無(wú)相互交叉的現(xiàn)象；同時(shí)，該方法計(jì)算的洪水成果與歷史洪水調(diào)查相符，說(shuō)明該方法計(jì)算的成果是可靠的。