達(dá)州設(shè)計洪水地區(qū)組成研究

劉曉宏

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，成都，610072)

1 研究背景

達(dá)州市位于四川盆地東北部，大巴山南麓，州河穿城而過，州河是渠江的主要支流，洪災(zāi)頻繁而且嚴(yán)重。2004-2011年以來8年有6年發(fā)生大洪災(zāi)，洪災(zāi)有愈來愈頻繁、損失愈來愈嚴(yán)重的趨勢。其中2004年、2005年、2007年、2009年、2010年和2011年洪水，據(jù)達(dá)州市七縣區(qū)不完全統(tǒng)計，直接經(jīng)濟損失246.11億元，因災(zāi)死亡、失蹤人數(shù)162人，洪災(zāi)損失嚴(yán)重。頻繁發(fā)生的洪災(zāi)，嚴(yán)重威脅人民群眾生命財產(chǎn)安全，制約了流域社會經(jīng)濟的發(fā)展，流域防洪治理迫在眉睫。

針對渠江流域長期以來缺乏系統(tǒng)的、整體的流域防洪規(guī)劃的實際，按照省政府部署，四川省水利廳組織編制《四川省渠江流域防洪規(guī)劃報告》，并于2012年3月以水規(guī)計〔2012〕81號文獲得水利部及四川省政府的批復(fù)。根據(jù)《四川省渠江流域防洪規(guī)劃》，州河上規(guī)劃的防洪水庫分別為前河上的土溪口水庫、中河上的固軍水庫、后河上的鮮家灣水庫，與已建的江口水庫聯(lián)合運行調(diào)度(見圖1)。但未對水庫的庫容選擇做深入研究，要合理確定各防洪水庫庫容，必須要弄清達(dá)州洪水的組成情況，對各種洪水可能組合進(jìn)行分析。

本文在研究達(dá)州達(dá)縣水位站斷面洪水地區(qū)組成特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合防洪要求和工程特點，采用地區(qū)組成法推求各分區(qū)設(shè)計洪水。研究成果可為州河流域防洪水庫的庫容選擇及流域水庫群聯(lián)合調(diào)度提供依據(jù)。

2 州河流域概況

州河是渠江左岸最大的一級支流，發(fā)源于大巴山南麓，上游分為前河、中河、后河三支流，于宣漢縣城東匯合始稱州河，經(jīng)宣漢、達(dá)縣市至渠縣三匯鎮(zhèn)注入渠江。州河控制流域面積11102km2。擬建土溪口水庫位于前河干流中上游渡口鄉(xiāng)，壩址以上控制集水面積1041km2，河道長87.6km，平均比降8.5‰；擬建固軍水庫位于中河干流中上游固軍鄉(xiāng)大塘壩大橋，壩址以上控制集水面積617km2，河道長51.4km，平均比降10.6‰；規(guī)劃的鮮家灣水庫位于后河上游左岸支流白沙河下游，水庫壩址以上控制集水面積488km2。

州河流域在建國前設(shè)有達(dá)縣、萬源兩個氣象站，建國后從1958年起，氣象部門相繼增設(shè)了大竹、開江、宣漢等3個氣象站，觀測項目齊全，資料完整。水文部門先后設(shè)有40余個雨量站。州河在羅江口以上有東林、土黃、南壩、毛壩、黃金口、清溪水文站，以下在支流明月江設(shè)有明月潭站、明月潭站撤消后在下游建有大風(fēng)站，州河達(dá)州市區(qū)河段設(shè)有達(dá)縣水位站。州河流域水系站網(wǎng)及工程位置分布見圖1。

圖1 州河流域水系站網(wǎng)及工程位置分布

3 洪水特性

州河的洪水主要由暴雨形成，與暴雨出現(xiàn)頻率基本相對應(yīng)，暴雨多發(fā)季節(jié)也是洪水多發(fā)季節(jié)。年最大流量主要發(fā)生在5-10月，4月偶有發(fā)生，但量級小，7月最多。洪水特性與暴雨特性基本一致，還與流域特性密切相關(guān)，因流域呈扇形，水系發(fā)育，中上游坡面及河道縱坡較大，利于洪水匯集，匯流迅速，流域?qū)偕絽^(qū)性河流，受大巴山暴雨的影響，暴雨洪水頻繁。由于暴雨中心位置、強度、籠罩范圍及持續(xù)時間等的不同，使得各場洪水在流域不同河段的量級大小和稀遇程度各不相同。強降水增多，量級加大和暴雨時空分布的耦合是近年州河特大洪水頻發(fā)的直接原因。

4 設(shè)計洪水地區(qū)組成

達(dá)州城區(qū)以達(dá)縣水位站作為防洪控制斷面，規(guī)劃防洪水庫3個，因此，需要研究防洪控制斷面以上設(shè)計洪水地區(qū)組成。

4.1 達(dá)州達(dá)縣水位站防洪控制斷面洪水組成分析

4.1.1 洪水遭遇分析

州河達(dá)州以上主要河流有前河、中河、后河及明月江。中河于普光鄉(xiāng)匯入后河，后河與前河于宣漢縣城東匯合始稱州河。明月江在達(dá)縣水位站上游約2.69km匯入州河。根據(jù)前河控制站土黃水文站(控制面積1309km2)，中河控制站黃金口水文站(控制面積1245km2)，后河控制站毛壩水文站(控制面積1428km2)及前、中、后河匯流后的州河?xùn)|林水文站(控制面積6462km2)實測水文資料分析前、中、后河洪水遭遇情況；明月江上有明月潭水文站，控制面積736km2，以明月潭水文站和東林水文站實測資料分析明月江與州河洪水遭遇情況。得出主要結(jié)論如下：

(1)州河?xùn)|林站大洪水主要由全流域降雨形成的洪水或中、后河洪水形成。51年中東林站發(fā)生年最大洪水時，前、中、后河相應(yīng)土黃、黃金口、毛壩三站年最大洪峰遭遇的有17年，占33.3%；前、中河遭遇的有7年，占13.7%；中、后河遭遇的有9年，占17.6%；前、后河遭遇的有3年，占5.9%。東林站洪水組成屬全流域型的有22年，占43.1%；主要由中后河組成的有19年，占37.3%。若前、中、后河洪水在高洪段遭遇，會出現(xiàn)州河洪水重現(xiàn)期大于前、中、后河情況，主要出現(xiàn)在大洪水或特大洪水年份。

(2)明月江洪水與州河干流洪水同步性一般較差，一旦遭遇對達(dá)州城區(qū)防洪威脅往往較大。52年中明月江站年最大洪峰與州河年最大洪水遭遇的僅有6年，占11.5%，且基本是在州河峰后高洪段遭遇。這與州河流域暴雨中心基本位于流域中上游，明月江洪水基本是由暴雨中心向下游移動或波及產(chǎn)生的特性相一致。

4.1.2 傳播時間分析

水庫壩址到控制斷面之間的傳播時間以分析的水文站之間的傳播時間類推。如前河洪水傳播時間的分析，通過選擇多場洪水，對土黃水文站、東林水文站的同場洪水峰現(xiàn)時間進(jìn)行分析，得洪水平均傳播速度約12.8km/h，以此類推分析前河各區(qū)間傳播時間，見表1。

表1 各水庫壩址、水文站及控制斷面之間距離及洪水傳播時間

4.2 典型洪水選擇

4.2.1 水文站典型洪水選擇

通過流域洪水地區(qū)組成規(guī)律的分析，根據(jù)暴雨的地區(qū)分布規(guī)律、不同量級洪水的地區(qū)組成、各分區(qū)之間及與設(shè)計斷面之間洪水的組合遭遇情況，選擇了不同來水類型和不同洪水量級組合情況的8場洪水作為典型洪水，詳見表2。

表2 州河達(dá)縣水位站斷面典型洪水選擇 洪峰：m3/s；洪量：億m3

4.2.2 各分區(qū)典型洪水過程推求

州河達(dá)縣水位站斷面以上需計算防洪水庫、區(qū)間及防洪控制斷面共6個分區(qū)的典型洪水過程，根據(jù)各分區(qū)特點，上下游有水文站的斷面采用水文比擬法按面積比的n次方(面積比指數(shù)根據(jù)不同區(qū)域分析而得)考慮傳播時間后移用水文站典型洪水過程，水庫區(qū)間典型洪水過程根據(jù)已推求出的水庫典型洪水過程，以江口水庫典型洪水過程，考慮各水庫分別到江口水庫的傳播時間，減去各水庫典型洪水過程而得。

4.3 設(shè)計洪水地區(qū)組成

在分析研究達(dá)州達(dá)縣水位站斷面洪水地區(qū)組成特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合防洪要求和工程特點，采用地區(qū)組成法推求設(shè)計洪水。分別選用典型洪水組成法和同頻率洪水組成法推求各分區(qū)設(shè)計洪水過程線?？紤]到達(dá)州以上集雨面積較大，支流較多，洪水組合復(fù)雜，本次設(shè)計洪水地區(qū)組成采用典型洪水組成法為主，同頻率洪水組成法為輔。

4.3.1 典型洪水組成法推求分區(qū)設(shè)計洪水過程線

典型洪水組成法分別按洪峰、24h洪量及3日洪量控制同倍比放大推求各分區(qū)設(shè)計洪水過程線。達(dá)州近期防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，遠(yuǎn)期為50年一遇。

根據(jù)選擇的8場典型洪水洪峰流量、24h洪量及3日洪量，分別以達(dá)州城區(qū)控制斷面P=5%、P=2%設(shè)計洪峰、24h洪量及3日洪量與對應(yīng)年份的該斷面各場典型洪水洪峰流量、24h洪量及3日洪量的比值為控制，放大各分區(qū)各場典型洪水過程線，從而得到各分區(qū)設(shè)計洪水過程線，并結(jié)合各分區(qū)設(shè)計洪水成果對設(shè)計洪水過程線的合理性進(jìn)行分析，對于部分設(shè)計特征值出現(xiàn)明顯超標(biāo)的設(shè)計洪水過程線應(yīng)予以排除使用，如1965、2005、2010年以24h洪量控制放大后江口、達(dá)州洪峰顯著超標(biāo)準(zhǔn)，因此，不采用這3年以24h洪量控制放大后的分區(qū)設(shè)計洪水過程。

4.3.2 同頻率洪水組成法推求分區(qū)設(shè)計洪水過程線

同頻率洪水組成的典型洪水選擇原則：江口水庫與達(dá)州同頻、區(qū)間相應(yīng)的典型洪水，宜選擇州河干流東林站實測洪水中較大的洪水，且4水庫區(qū)間也相對較大，本次選擇了1982年、2004年、2010年共3個年份；江口～達(dá)州區(qū)間與達(dá)州同頻、江口水庫以上為相應(yīng)洪水，宜選擇明月江漲水且與干流遭遇的洪水，本次選擇了1989年、2004年共2個年份。

(1)江口水庫(東林水文站)與達(dá)縣水位站控制斷面同頻率(江口～達(dá)州區(qū)間為相應(yīng)洪水)

以1982年、2004年、2010年3場典型洪水為典型。江口水庫以上各分區(qū)又分以下兩種情況：一種是江口水庫以上各分區(qū)按典型洪水組成法推求；一種是江口水庫以上4水庫區(qū)間與江口水庫同頻率(3個水庫為相應(yīng)洪水)。

江口水庫及達(dá)州斷面分別以3場典型洪水為典型，以P=2%設(shè)計值控制，按同頻率放大法計算而得江口水庫及達(dá)州斷面P=2%設(shè)計洪水過程線，以達(dá)州斷面P=2%設(shè)計洪水過程線減去江口水庫P=2%設(shè)計洪水過程線，得江口～達(dá)州區(qū)間相應(yīng)洪水過程線。P=5%同理。

(2)江口～達(dá)州區(qū)間與達(dá)縣水位站控制斷面同頻率(江口水庫為相應(yīng)洪水)

以1989年、2004年2場典型洪水為典型。江口～達(dá)州區(qū)間及達(dá)州控制斷面分別以P=2%設(shè)計值控制，按同頻率放大法計算得區(qū)間及達(dá)州斷面P=2%設(shè)計洪水過程線，以達(dá)州斷面P=2%設(shè)計洪水過程線減去區(qū)間P=2%設(shè)計洪水過程線，得江口水庫相應(yīng)洪水過程線。

以達(dá)州P=2%的3日洪量減去區(qū)間P=2%的3日洪量，得江口水庫相應(yīng)3日洪量，以江口水庫相應(yīng)3日洪量與江口水庫典型洪水3日洪量的比值，同倍比放大3水庫及4水庫區(qū)間各典型洪水過程，得3水庫及4水庫區(qū)間相應(yīng)洪水過程線。P=5%同理。

由于采用同頻率洪水組成法分配洪量時，各分區(qū)洪水過程線放大倍比是不一樣的，雖然總的時段洪量已得到控制，但逐時段流量就不一定都能滿足水量平衡要求，因此，對各分區(qū)洪水過程線從水量平衡方面進(jìn)行合理性檢查，對差別較大的，以控制斷面的設(shè)計洪水過程線為準(zhǔn)，修正各分區(qū)的洪水過程線。

從達(dá)州控制斷面以上洪水的地區(qū)組成來看，根據(jù)東林、明月潭及達(dá)縣水位站幾十年的洪水資料分析，明月江洪水與州河干流洪水同步性一般較差，且大洪水時州河干流東林站洪水頻率往往大于達(dá)縣水位站，采用同頻率洪水組成法會造成東林江口～達(dá)州區(qū)間洪水偏大，與達(dá)州控制斷面以上洪水的地區(qū)組成特性不相符合，因此，針對達(dá)州控制斷面以上洪水的地區(qū)組成時建議采用典型洪水組成法推求的各分區(qū)設(shè)計洪水過程線。

5 結(jié)語

本文以達(dá)州以上的州河流域為研究對象，通過對流域洪水遭遇情況、洪水傳播時間等進(jìn)行統(tǒng)計，分析了流域的洪水地區(qū)組成情況，分別選用典型洪水組成法和同頻率洪水組成法推求各分區(qū)設(shè)計洪水過程線。經(jīng)綜合分析，考慮達(dá)州控制斷面以上洪水特性，推薦采用典型洪水組成法推求的各分區(qū)設(shè)計洪水過程線。研究成果可為州河流域防洪水庫的庫容選擇及流域水庫群聯(lián)合調(diào)度提供依據(jù)，對其他流域防洪具有一定的參考價值。