野馬川河下游河道治理工程設計洪水組合分析

蒙海泳

(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563000)

設計洪水是流域規(guī)劃和河道治理工程設計的基礎，同時也是流域洪水調度管理的依據，其分析結果是否準確、可靠，會直接影響到流域治理工程的防洪規(guī)模和控制構建物布置[1]。流域上游規(guī)劃有水庫、水電站等調蓄工程后，下游地區(qū)洪水將受上游調洪下泄流量和區(qū)間來水量的共同影響，相應上游調洪水力條件將會對下游河道治理工程的防洪要求、設計規(guī)模和控制斷面尺寸等帶來影響[2]。因此，在進行下游河道治理工程設計時，要分析和掌握上游水利工程建設及蓄水、運行等引起的流域水文情勢變換規(guī)律，以便為下游防洪、清淤等河道治理工程規(guī)劃建設提供詳實設計理論依據。本文以野馬川河河道治理工程中民聲橋斷面的設計洪水計算為例，分析上游野馬川水庫在防洪調度工況下下游治理工程的設計洪水成果，確保下游治理工程的防洪安全。

1 流域概況

野馬川河屬烏江水系六沖河右岸一級支流，發(fā)源于赫章南部的興發(fā)鄉(xiāng)與威奢交界處的大韭菜坪、大木桿埡口一帶，河源山頂高程2774m。河流自南向北流經犀牛塘、集中、柜子巖、花角、新營、野馬川鎮(zhèn)、新田等地后，于雙河匯入六沖河，匯口高程1335m。野馬川河為山區(qū)性河流，河道落差集中，全流域面積245km2，主河道河長33.2km，主河道平均坡降13.6‰，河口處多年平均流量3.42m3/s。流域內規(guī)劃有野馬川水庫，壩址位于野馬川河中上游河段，處于治理河段內。水庫大壩為碾壓混凝土重力壩，壩址以上集水面積146km2，河長17.1km，主河道加權平均比降30.6‰。水庫正常蓄水位1503.50m，興利庫容1034萬m3，總庫容1839萬m3，為中型水庫，具備多年調節(jié)性能。

野馬川河河道治理工程綜合整治河長25.78km，起點位于赫章縣白果鎮(zhèn)集中村西南側的板板橋處(樁號0+000)，控制集水面積26.4km2，主河道長7.42km，主河道平均坡降57.3‰；治理終點位于野馬川河匯入六沖河河口(樁號25+800)，控制集水面積245km2，主河道長33.2km，主河道平均坡降13.6‰。野馬川河流域水系及河道治理工程位置見圖1。

圖1 野馬川河流域水系及治理工程位置

2 河流控制斷面天然洪水

野馬川河流域無實測水文資料，參考文獻[3-4]采用“雨洪法”對各控制斷面設計洪水進行計算。根據流域周邊測站分布情況，選取赫章氣象站進行暴雨分析。結合《貴州省短歷時暴雨統(tǒng)計參數等值線圖》，確定工程設計暴雨為：H24=88.0mm,Cv=0.50,Cs=3.5Cv。

根據野馬川河河道治理工程各控制斷面流域面積及流域幾何特征參數，選取洪峰流量計算公式為[5]

(1)

式中Qmp——設計頻率P工況下的洪峰流量，m3/s；

r1——匯流系數,此處取0.36；

f——流域形狀系數；

F——流域面積；

L——主河道河長；

J——分水嶺至斷面的河道加權平均比降；

C3——洪峰徑流系數；

H24p——設計最大24h點雨量均值。

設計流域折減系數Δn3在V區(qū)；暴雨衰減指數n3=0.78。按式(1)計算的流域各控制斷面洪峰流量成果見表1。

表1 各控制斷面洪峰流量計算成果

3 流域控制斷面設計洪水組合分析

3.1 洪水組合方案擬定

野馬川河河道治理防洪標準為20年一遇，洪水組合考慮兩種最不利洪水組合形式：?野馬川水庫壩址以上發(fā)生20年一遇洪水，同時野馬川水庫壩址—控制斷面區(qū)間也發(fā)生相應洪水，即“水庫同頻、區(qū)間相應”，此組合對水庫防洪調度最為不利；?野馬川水庫壩址—控制斷面區(qū)間發(fā)生20年一遇洪水，野馬川水庫壩址以上發(fā)生相應洪水，即“區(qū)間同頻、水庫相應”，此組合工況由于區(qū)間洪水不可控，相應區(qū)間洪水對下游河道防洪最為不利[6]。本文以民聲橋斷面(樁號15+500)為例，以兩種最不利洪水組合形式分別對野馬川水庫控泄后的洪水組合情況進行分析。

3.2 洪水計算

3.2.1 水庫同頻、區(qū)間相應

3.2.1.1 水庫同頻率下泄流量

根據野馬川水庫洪水、水庫泄流能力、庫容曲線等成果，經洪水調節(jié)計算得P=5%下泄流量過程線。野馬川河水庫調洪成果見表2，下泄流量見表3。

表2 野馬川河水庫調洪成果

3.2.1.2 區(qū)間相應洪水成果

野馬川水庫—控制斷面(民聲橋)相應洪水由兩斷面洪水成果相減求得(見表3)。

3.2.1.3 第?種最不利洪水組合(水庫同頻、區(qū)間相應)分析成果

根據野馬川水庫、下游民聲橋所處位置，考慮洪水傳播時間為0.5h，將野馬川水庫壩址斷面同頻率下泄過程線演進至民聲橋斷面，再與區(qū)間相應洪水過程疊加，即可得到考慮野馬川水庫削峰影響后的下游民聲橋斷面洪水過程。民聲橋斷面各頻率設計洪水成果見表3，疊加過程見圖2。

表3 民聲橋斷面(水庫同頻、區(qū)間相應)設計洪峰流量計算成果 單位：m3/s

圖2 野馬川水庫同頻下泄洪水與區(qū)間相應洪水組合疊加過程示意圖(P=5%)

3.2.2 區(qū)間同頻、水庫相應

3.2.2.1 區(qū)間同頻洪水

區(qū)間流域參數由各控制斷面參數減野馬川水庫壩址參數求得，采用“雨洪法”計算的區(qū)間同頻率洪水成果見表4。

3.2.2.2 水庫相應洪水成果

由各斷面洪水過程線減去相應斷面區(qū)間同頻洪水過程線得“野馬川水庫壩址相應”洪水過程線，然后根據確定的水庫相關參數(庫容曲線、溢洪道泄流能力)進行調洪計算，得到各斷面野馬川相應的下泄流量過程線。同時，考慮野馬川水庫兼具防洪功能，以水庫下游各斷面經工程措施處理后的設計過流能力進行水庫控泄，采用閘門控泄流量。經分析，民聲橋斷面要求野馬川水庫控泄流量為172m3/s(見表4)。

3.2.2.3 第②種最不利洪水組合(區(qū)間同頻、水庫相應)分析成果

根據野馬川水庫、下游民聲橋所處位置，考慮洪水傳播時間為0.5h，將野馬川水庫壩址斷面相應洪水下泄過程線演進至民聲橋斷面，再與區(qū)間同頻率洪水過程疊加，即可得到下游民聲橋斷面考慮了野馬川水庫削峰影響后的洪水過程?？紤]上游野馬川水庫的削峰滯洪影響后，計算民聲橋斷面各頻率設計洪水成果(見表4)。

表4 民聲橋斷面(區(qū)間同頻、水庫相應)設計洪峰流量成果 單位：m3/s

3.3 洪水組合方案選擇

根據上述兩種最不利洪水組合方案分析計算可知：野馬川水庫壩址P=5%壩址同頻洪峰為397m3/s，最大泄量(控泄)為251m3/s，最高庫水位為1504.78m；P=5%壩址相應洪峰為307m3/s，最大泄量(控泄)為172m3/s，最高庫水位為1505.19m。從安全角度考慮，P=5%最高庫水位為“水庫相應”成果。因此，野馬川水庫防洪庫容偏安全以“區(qū)間同頻、水庫相應”洪水成果來確定，為與野馬川水庫防洪功能相適應，對于水庫以下各控制斷面組合洪水，也應采用“區(qū)間同頻、水庫相應”的洪水組合方法進行計算。洪水組合推薦更為安全、合理的方案?“區(qū)間同頻、水庫相應”計算成果，即野馬川水庫壩址—控制斷面區(qū)間發(fā)生20年一遇洪水、野馬川水庫壩址以上發(fā)生相應洪水的組合方案。

4 結 語

野馬川水庫下游河道的設計洪水，是確定水庫下游河道治理工程的工程規(guī)模和控制斷面尺寸的主要依據。由于上游野馬川水庫調節(jié)性能較大，其集水面積占下游控制斷面比例高，為合理確定治理工程特性，需綜合考慮上游水庫對下游工程設計洪水的影響。選擇兩種最不利洪水組合形式，充分考慮野馬川水庫控泄洪水影響因素，對下游河道洪水組合情況進行分析，最終確定“區(qū)間同頻、水庫相應”洪水組合形法的計算成果更加安全、合理，為河道治理工程優(yōu)化設計提供了詳實理論依據。