廣州市白坭河流域設(shè)計洪水分析

朱婷

摘要： 為做好廣州市白坭河流域防洪規(guī)劃，基于有限的實測水文資料，結(jié)合搬家指數(shù)法、查算圖表法、綜合單位線及推理公式等多種方法，對白坭河流域展開設(shè)計洪水計算，確定了遭遇100 a一遇洪水時主要控制斷面的洪量。結(jié)果表明，以本地洪水為主時，鴉崗斷面流量較目前防洪標(biāo)準(zhǔn)（20 a一遇）高約900 m/s，有必要提高流域內(nèi)干支流堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)。研究成果可為該流域的綜合規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞： 設(shè)計洪水分析; 防洪能力評估; 搬家指數(shù)法; 白坭河流域

中圖法分類號：TV122. 3 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.07.005

文章編號：1006 - 0081（2022）07 - 0033 - 05

0 引 言

受地理位置和氣候的影響，白坭河流域在歷史上曾是洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生的地區(qū)。1949～2015年的67 a里，共發(fā)生洪澇災(zāi)害29次，平均2.3 a一次，且2000年之后洪澇災(zāi)害尤其頻繁。近5 a來，主要災(zāi)害發(fā)生在支流，廣州市花都區(qū)受災(zāi)嚴(yán)重，直接經(jīng)濟損失超過4.8億元。因此，對白坭河流域進行設(shè)計洪水分析具有重要意義。

流域設(shè)計洪水計算是防洪規(guī)劃基礎(chǔ)工作之一，且對編制防洪規(guī)劃及流域綜合規(guī)劃具有決定性控制作用[1]。郭富興等[2]以運糧河流域為例，介紹了無資料地區(qū)洪水計算分析方法。付雯琪等[3]采用削峰影響量法，通過計算上游水庫調(diào)蓄對下游設(shè)計斷面天然洪峰的影響量推求設(shè)計洪水。胡歆揚等[4]以擬建黃山水庫工程為例，對不同頻率下設(shè)計洪峰流量進行計算，為工程修建提供參考。此外，部分學(xué)者采用了不同方法對同一流域開展洪水設(shè)計，并比較各種計算方法的優(yōu)劣性[5-6]。因此，針對不同流域的具體情況，選擇合適的方法進行洪水設(shè)計非常重要[7-8]。

白坭河流域內(nèi)水文監(jiān)測體系尚未完善，水文資料匱乏。本研究針對白坭河流域干流及主要支流的不同洪水組合，采用多種方法推求設(shè)計洪水，計算遭遇100 a一遇洪水時主要控制斷面的洪量，并與現(xiàn)狀基準(zhǔn)洪水對比，旨在為該流域的綜合規(guī)劃提供參考。

1 流域概況

白坭河發(fā)源于廣東清遠石角鎮(zhèn)扶基頭，跨廣州、佛山、清遠三地。蘆苞水閘分洪后由西向東北方向沿三水長歧進入花都，該段又稱“九曲河”，流經(jīng)西蓮塘后于白坭圩附近與國泰水匯合，始稱“白坭河”（圖1）。白坭河和蘆苞涌、西南涌（簡稱“兩涌一河”）位于北江大堤的中、下游堤段，是北江的分洪道，流經(jīng)鴉崗附近匯入廣州河道的西航道，“兩涌一河”擔(dān)負著北江大堤的分洪任務(wù)。

白坭河流域總面積為1 493 km，干流全長57 km，其中在廣州市境內(nèi)河長約33 km（占比58%），流域面積約718.6 km（占比48%）。白坭河有90條支流，主要支流有國泰水、新街河及天馬河等。流域平均年降雨量1 718.4 mm，年均降雨天數(shù)約164 d，降雨盛期主要集中在4～9月，其間降雨量約占全年的80%。受地理位置和氣候的影響，災(zāi)害性氣候較多，每年4～8月常出現(xiàn)日降雨量80 mm以上的暴雨，形成洪澇災(zāi)害。

2 防洪計算

采用國家GB50201-2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》的分級標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)廣州市系列規(guī)劃，2035年白坭河干流中下游，主要支流新街河、天馬河防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇;鐵山河和銅鼓坑結(jié)合上游水庫防洪能力，采用堤庫結(jié)合防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇;田美河、國泰水、大官坑等支流按20 a一遇的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

2.1 白坭河干流設(shè)計洪水

在流域尺度設(shè)計洪水計算時，應(yīng)考慮區(qū)間來水和水庫閘壩泄水，選定設(shè)計洪水組成，計算不同洪水組成條件下各控制斷面的洪量，并分析計算成果的合理性[9-10]。白坭河洪水受北江洪水及蘆苞閘、西南閘控制的影響，在進行洪水計算分析時，應(yīng)考慮白坭河流域區(qū)間洪水、兩閘分洪流量、河涌的電排排澇流量和下游潮汐影響。

2.1.1 洪水組成方案選擇

根據(jù)洪水實測資料，北江洪水及兩閘分洪與流溪河洪峰不遭遇。因此，白坭河設(shè)計洪水應(yīng)該統(tǒng)計北江、兩閘分洪、流溪河及白坭河三大支流之間發(fā)生洪水的遭遇情況，合理確定防洪計算的洪潮組合?！皟捎恳缓印焙樗袃砷l分洪為主和本地洪水為主兩種情況，在規(guī)劃水平年的洪水組合如下：

（1） 方案Ⅰ。兩閘分洪，區(qū)間相應(yīng)。北江發(fā)生100 a一遇洪水，蘆苞、西南兩閘分別泄洪1 200 m/s和1 100 m/s，堤圍區(qū)內(nèi)白坭河的國泰水、新街河、流溪河等支流及蘆苞、西南、官窯等河涌的排澇流量相當(dāng)于5 a一遇，鴉崗水位為組合后流量的相應(yīng)水位。

（2） 方案Ⅱ。兩閘不分洪，本地發(fā)洪。根據(jù)防護范圍內(nèi)的社會經(jīng)濟情況，兩涌整治的堤圍設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選為100 a一遇洪水。本地洪水以白坭河二大支流（國泰水和新街河）及流溪河P=1%的洪水為主，堤圍區(qū)內(nèi)蘆苞、西南及官窯等河涌的電排排澇流量相當(dāng)于10 a一遇，遭遇鴉崗20 a一遇洪潮水位。

為便于將規(guī)劃水平年的洪水設(shè)計成果與現(xiàn)狀基準(zhǔn)年對比，現(xiàn)狀基準(zhǔn)年采用初設(shè)階段成果?，F(xiàn)狀基準(zhǔn)年的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，對應(yīng)“兩閘分洪，區(qū)間相應(yīng)”（方案I）和“兩閘不分洪，本地發(fā)洪”（方案II）兩種洪水方案。方案（I）與規(guī)劃水平年相同，方案（II）中兩涌整治的堤圍設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選取為20 a一遇洪水，本地洪水以白坭河的二大支流國泰、新街及流溪河P=5%的洪水為主，其他條件與規(guī)劃水平年一致。

2.1.2 設(shè)計洪水成果

對白坭河流域兩大支流（國泰水和新街河）及流溪河設(shè)計洪水，并計算堤圍內(nèi)閘排澇流量以及各控制斷面流量。

（1） 兩大支流及流溪河設(shè)計洪水。白坭河干流主要控制斷面的設(shè)計洪水參考北江大堤加固達標(biāo)工程初設(shè)成果，采用搬家指數(shù)法計算，計算公式如下

Q=Q×（A/F） （1）

式中：Q為設(shè)計河段控制斷面處的設(shè)計洪峰流量，m/s;Qm為參證站的設(shè)計洪峰流量，m/s;A為設(shè)計河段控制斷面以上的集水面積，m;F為參證站的集水面積，m。

以流溪河為例，用牛心嶺水文站實測最大流量減去水庫相應(yīng)時間放流量，生成區(qū)間最大流量系列，其設(shè)計洪水作為“兩涌一河”山丘區(qū)設(shè)計洪水計算依據(jù)。根據(jù)流溪河水庫放流量系列的排頻成果，流溪河水庫放流計算成果見表1。

采用該方法計算國泰水、新街水以及流溪河3個控制斷面的設(shè)計洪水，見表2。

（2） 堤圍內(nèi)閘排澇流量。除受蘆苞水閘、西南水閘影響外，蘆苞涌和西南涌還受堤圍內(nèi)的電排排澇流量影響。根據(jù)洪水組合方案，按10 a一遇24 h暴雨3 d排干設(shè)計，以《廣東省暴雨徑流查算圖表》及《廣東省水文圖集》為基礎(chǔ)，采用“廣東省綜合單位線法” 和“推理公式法”兩種方法推求1 d洪量，設(shè)計排澇流量采用《水利動能設(shè)計手冊治澇分冊》的平均排除法，計算結(jié)果見表3。

（3） 各控制斷面設(shè)計洪水成果。表4給出了現(xiàn)狀基準(zhǔn)年和規(guī)劃水平年兩涌洪水成果?，F(xiàn)狀基準(zhǔn)年采用初設(shè)階段成果，其分洪為主洪水與規(guī)劃水平年一致，本地洪水為20 a一遇。對比現(xiàn)狀基準(zhǔn)年與規(guī)劃水平年設(shè)計洪水，方案I分洪為主洪水時，各控制斷面流量相同;方案Ⅱ本地洪水為主時，規(guī)劃水平年鴉崗斷面流量較現(xiàn)狀基準(zhǔn)年高約900 m/s，原因是防洪標(biāo)準(zhǔn)從現(xiàn)狀基準(zhǔn)年的20 a一遇提高到規(guī)劃水平年的100 a一遇。

2.2 主要支流設(shè)計洪水

由于白坭河流域規(guī)劃主要支流（新街河、天馬河、田美河等）均無實測洪水資料，根據(jù)不同方法的適用范圍和各河流情況，分別采用廣東省綜合單位線、推理公式法計算洪水。各河流上游山區(qū)部分均建有水庫，對洪水有一定的削峰作用，因此，在計算各河流設(shè)計洪水時，分別計算山區(qū)（水庫集雨區(qū)域）和平原區(qū)（區(qū)間）兩部分。

（1） 中型水庫調(diào)洪成果。白坭河流域主要支流范圍內(nèi)有中型水庫2座，分別為芙蓉嶂水庫和福源水庫。芙蓉嶂水庫總庫容2 206萬m，集水面積22.6 km，水庫正常蓄水位45.2 m;設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇洪水，設(shè)計洪水位47.13 m。福源水庫是一座以灌溉為主、結(jié)合防洪發(fā)電的多年調(diào)節(jié)中型水庫，集雨面積約16 km，總庫容1 325萬m。根據(jù)原設(shè)計及水庫運行管理資料，兩座水庫庫容曲線見圖2。調(diào)洪演算結(jié)果表明： 洪水頻率為1%時，芙蓉嶂水庫和福源水庫最大入庫流量分別為423.6， 274.3 m/s，溢洪道最大泄量分別為90.8， 63.5 m/s。

（2） 設(shè)計暴雨。根據(jù)2003年廣東省水文總局《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》，按暴雨中心分布特征分區(qū)確定設(shè)計暴雨相關(guān)參數(shù)，共分為4個片區(qū)，見表5。

（3） 洪水設(shè)計成果。根據(jù)流域內(nèi)各支流的地理參數(shù)、暴雨參數(shù)，采用多種方法對各支流進行洪水計算。對于集水面積大于10 km的河流，采用綜合單位線計算成果。對于上游建有水庫防洪河道，設(shè)計洪水計算應(yīng)考慮水庫的調(diào)蓄作用，將調(diào)蓄后的下泄洪水過程考慮一定的傳播時間后與區(qū)間洪水過程相疊加。水庫調(diào)洪計算所需基本資料及調(diào)洪原則采用當(dāng)?shù)靥峁┑南嚓P(guān)成果及測量資料，同時結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查。由于這些水庫均不承擔(dān)防洪任務(wù)，故按自由泄洪方式進行調(diào)洪計算，各支流設(shè)計洪水成果見表6。

3 防洪能力評價及建議

白坭河流域內(nèi)山區(qū)暴雨強度大，而小水庫、小堤圍等小型水利工程建設(shè)年代久遠，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不高。大布河、胡屋河及大逕河等一大批中小河流尚未得到有效治理，經(jīng)常發(fā)生山洪災(zāi)害，抵御山洪、泥石流災(zāi)害能力仍有待提高。當(dāng)?shù)胤姥粗笓]決策支持系統(tǒng)建設(shè)基本完成，但基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和反饋不夠及時，城市內(nèi)澇、風(fēng)暴潮、重要小流域水雨情監(jiān)測和山洪災(zāi)害等預(yù)測預(yù)警能力有待提高。

在規(guī)劃水平年（2035年），白坭河流域的防洪標(biāo)準(zhǔn)需要提升至100 a一遇，但目前白坭河干流堤防等級均按照50 a一遇設(shè)計，堤防等級為4級;各級支流最新防洪標(biāo)準(zhǔn)為20～100 a一遇，大部分均需進行達標(biāo)加固建設(shè)。白坭河干流堤防已基本達標(biāo)，但主要支流堤防仍有28.32 km尚未達標(biāo)。因此，白坭河流域防洪能力仍需加強，應(yīng)重點提高干支流堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 語

白坭河流域的區(qū)間洪水是廣州市白云區(qū)及花都區(qū)洪澇災(zāi)害的主要來源，但流域內(nèi)積累的水文資料不足。本研究采用多種方法對該流域展開防洪分析計算，確定了遭遇100 a一遇洪水時流域內(nèi)主要控制斷面的流量。結(jié)果表明：本地洪水為主時，若防洪標(biāo)準(zhǔn)從20 a一遇提高到100 a一遇，規(guī)劃水平年鴉崗斷面流量較現(xiàn)狀基準(zhǔn)年高900 m/s左右。根據(jù)防洪計算結(jié)果，白坭河干流堤防已基本達標(biāo)，但支流堤防需要進行達標(biāo)加固建設(shè)。因此，本研究計算成果可為白坭河流域綜合規(guī)劃提供參考，采用的洪水計算方法可為其他中小型無資料流域的防洪分析提供借鑒。

參考文獻：

[1] 周明. 養(yǎng)息牧河防洪規(guī)劃設(shè)計洪水組成計算淺析[J]. 水利水電快報，2019，40（4）：38-40.

[2] 郭富興，原秀紅，于海龍. 運糧河設(shè)計洪水計算分析[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2020，40（5）：58-59.

[3] 付雯琪， 安占剛. 無資料地區(qū)受上游水庫調(diào)蓄影響的設(shè)計洪水分析研究[J]. 陜西水利，2021（12）：59-61.

[4] 胡歆揚，朱靜思，王馨馨，等. 流域內(nèi)存在大型水庫影響的設(shè)計洪水計算方法探討[J]. 治淮，2021（6）：34-35.

[5] 幸新涪，周火明，秦維，等.基于流量-面積比值的小流域設(shè)計洪水計算方法對比研究[J].長江科學(xué)院院報，2018，35（1）：57-62.

[6] 石煒，徐永波，陳娟，等.華東地區(qū)小流域設(shè)計洪水計算方法探討[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2015（12）：29-31.

[7] 謝勇，王巧霞，曹立志.等雨量線法在中小流域設(shè)計洪水面暴雨計算中的工程應(yīng)用探討[J].四川水利，2021，42（5）：136-137，141.

[8] 黃劍.周寧東洋溪小流域設(shè)計洪水計算方法與應(yīng)用評價[J].水利科技，2018（1）：1-5，9.

[9] 張蛟龍. 梨溝河流域設(shè)計洪水分析[J]. 黑龍江水利科技，2019，47（7）：38-40.

[10] 柳小珊，盧少為. 富水流域設(shè)計洪水研究[J]. 水利水電技術(shù)，2020，51（增2）：215-219.

（編輯：唐湘茜）

Calculation of design flood for Baini River Basin， Guangzhou City

ZHU? Ting

（Guangdong Hydropower Planning & Design Institute， Guangzhou 510635， China）

Abstract： In order to better complete the flood control planning of the Baini River Basin in Guangzhou， based on the limited measured hydrological data， combined with the methods of moving index， referring chart and figure， comprehensive unit hydrograph and deducing formulae， the calculation of the design flood was carried out to determine 100-year flood discharge at main control sections. The results indicated that the flood discharge at Yagang is 900 m3/s higher than that in the event of a 20-year flood. Therefore， the flood control standards of main stream and tributaries of the Baini River should be upgraded. This study provides an important reference for the comprehensive planning of the Baini River Basin.

Key words： flood control analysis; capability evaluation of flood control; moving index method; Baini River Basin