无资料地区平利县西河乡段防洪工程洪水分析计算

吕 莎

(陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西 西安 710001)

1 流域特性

坝河是汉江南岸一级支流，位于北亚热带边缘湿润季风气候区，流域内雨量充沛，多年平均降水量964mm，多年平均径流量8.43亿m3。实测资料表明，本流域降水主要集中在7月～9月，5月～10月（汛期）都有可能出现年最大洪水，其中5月～6月出现年最大洪水的频次相对较少，量级稍低；7月～8月西太平洋副热带高压西伸北跃速度较快，与西北的冷空气交绥，形成本流域强度较大的降雨过程，基本特点是多阵性暴雨，笼罩面积较小，强度较大，持续时间较短，形成的洪水峰高时短，陡涨陡落；9月～10月，随着西北冷空气的加剧，副高压开始缓慢南撤东移，常在本流域上空产生冷暖空气交绥，出现连阴雨过程，其间常伴有暴雨出现，基本特点是笼罩面积较大，强度较小，持续时间较长，造成的洪水峰型较肥，过程平缓，历时较长，一次较大洪水过程历时约3～5天。

坝河蜿蜒曲折，弯道、峡谷、急滩较多，属典型的山溪性河流。流域南高北低，上游重山叠岭，悬崖陡壁，河谷幽深，林草丛生，人烟较少，森林覆盖率高，水源涵养条件好，对径流具有良好的调节作用；中下游河谷开阔，山势较缓，河段较宽，河床多形成漫滩，人类活动频繁。坝河河道两岸断续分布有一级阶地、残留二级阶地，近代新构造运动在本区主要表现为地壳上升与河流下切，形成了群峰屹立、山势雄伟的中低山剥蚀、侵蚀地貌景观。坝河河道比降较大，产流汇流速度快，洪水暴涨暴落。

西河乡防洪治理段位于坝河下游，流域上游建有古仙洞水库及投洞子水库，洪水灾害频发，控制流域面积1117km2,河长为95.93km，河道平均比降5.3‰，洪水主要来源于暴雨，洪水多呈单峰型，持续时间1～6天，水位流量关系呈单一线关系。坝河大洪水和特大洪水主要发生在7月、8月，桂花园站实测最大洪峰流量2210m3/s（2010年 8月 16日），次大洪峰流量1520m3/s（1982年 7月 21日）。

2 水文基本资料

桂花园水文站是本流域内唯一由陕西省水文局设立的国家基本水文站，测站位置、测站设备和测验精度符合国颁标准，测验方法和资料整编质量符合规范要求，资料可靠性和一致性较好，满足相关规范要求。西河乡和桂花园水文站属于同一流域和同一暴雨区，但流域面积略小，故将桂花园水文站作为本工程水文分析、计算的参证站。

3 历史洪水

《陕西省洪水调查资料》刊载有坝河桂花园河段2场历史洪水，分别为1934年洪水和1982年洪水。1934年洪水洪峰流量为1750m3/s，成果较可靠；1982年洪水洪峰流量为1520m3/s，为实测洪水，成果可靠。根据调查，桂花园㈡水文站设立于1963年3月，自建站以来实测洪水系列中2010年7月19日洪水（洪峰流量为2280m3/s）最大，其次为1982年洪水。

4 治理段投洞子电站和古仙洞水库洪水调度运用情况及其对下游影响分析

4.1 古仙洞水库

4.1.1 工程概况

古仙洞水库总库容2835万m3，兴利调节库容2024万m3，死库容756万m3，属Ⅲ等中型工程。水库枢纽由大坝、引水洞、排沙洞等建筑物组成。大坝为双曲拱坝，坝顶高程516.40m，坝基底高程455.00m，最大坝高61.40m，坝体采用细石砼砌块石。拱坝顶部设有5孔有闸门控制的溢流表孔，溢流堰顶高程510.00m，单孔孔口尺寸10×6.4m（宽×高），最大泄洪流量为1662m3/s。冲沙孔底板高程470.00m，进口孔口尺寸1.6×1.6m（宽×高），出口孔口尺寸1.6×1.3m（宽×高）。大坝为五十年一遇设计、五百年一遇校核，相应的洪峰流量分别为1216m3/s、1901m3/s。

由汛限水位（514.00m）起调，调洪演算结果如下：

设计洪水位514.88m，入库洪水1216 m3/s，相应下泄流量1085m3/s，削峰流量131m3/s，削峰率 10.8%；

校核洪水位516.40m，入库洪水1901 m3/s，相应下泄流量1662m3/s，削峰流量2239m3/s，削峰率12.6%。

4.1.2 水库运行方式

主汛期（5月～10月）保持低水位运行，库水位保持在510.00m～514.00m，即汛限水位以下；非汛期（11月～次年4月），尽量保持在高水位运行，库水位在494.00m～516.00m。

按照古仙洞水力发电公司编制的《2010年古仙洞水库调度计划》规定：在主汛期，当库水位达到514.00m时，全部开启冲沙孔闸门和5孔表孔闸门时，表孔下泄流量为810m3/s，发电引水流量为12m3/s，冲沙孔下泄流量为48m3/s，以上三项流量合计为870m3/s；当水库达到校核洪水位516.40m时，全部开启5孔表孔闸门时，表孔下泄流量为1349m3/s，发电引水流量为12m3/s，冲沙孔下泄流量为50m3/s，以上三项流量合计为1418m3/s；当入库流量大于544m3/s时，除满足发电用水外，冲沙孔和表孔闸门全部打开敞泄。

4.2 投洞子电站

投洞子电站位于坝河干流，坝址以上流域面积 884km2，总库容558万m3，属Ⅳ等小（1）型工程。枢纽建筑物防洪标准按30年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，大坝的设计洪峰流量和校核洪峰流量分别为1320m3/s、1720m3/s。大坝坝型为浆砌石重力坝，由河床溢流坝段和两岸非溢流坝段组成，溢流坝段设三孔10m×8m弧形钢闸门挡水和泄洪。溢流坝段长度38m，高度20m。根据水库运行方式，当上游来水大于660m3/s时，下泄量等于来水量。

6.2.4 不得经营下列国家和本市禁止生产经营的食品、食品添加剂和食品相关产品：《中华人民共和国食品安全法》第三十四条规定的禁售食品、食品添加剂、食品相关产品； 《食用农产品市场销售质量安全监督管理办法》第二十五条规定的禁售食用农产品；《上海市食品安全条例》第二十三条规定的禁止生产经营的食品；《上海市人民政府关于禁止生产经营食品品种的公告》规定的禁止生产经营的食品。

4.3 削峰作用评价

从以上情况看，古仙洞电站和投洞子电站的消峰作用有限。偏安全起见，进行下游河道防洪工程设计洪水计算时，可不考虑其调洪作用。

5 洪水计算

5.1 面积比拟法

5.1.1 实测洪水资料

坝河桂花园水文站1963年～2010年洪水实测系列，来源于《水文年鉴》，流量资料计算方法正确，成果可靠，经陕西省水文水资源勘测局审查批准后使用。调查洪水资料来源于《陕西省洪水调查资料》，2013年4月对数据进行了核对。桂花园水文站断面迁移前后面积变化＜1%，上游700m上建有桂花电站，从桂花园水文站累积年最大洪峰流量～历时曲线图（图1）可以看出，曲线总趋势呈直线，虽有周期性摆动，但曲线斜率没有发生变化，人类活动对资料的一致性产生影响，但影响程度较小，由于本次计算未收集到坝河桂花水电站相关资料，因此，不考虑对该站的洪峰流量资料进行一致性处理。

5.1.2 参证站设计洪水

桂花园水文站按1963年～2010年共48年年最大洪峰流量资料，将2010年洪水作为特大洪水，其重现期为81年，按不连续系列对桂花园水文站年最大洪峰流量进行频率分析，用下列各式计算经验频率和统计参数。

洪水经验频率采用下列期望公式计算：

采用矩法估算不连续洪水系列统计参数，计算公式如下：

按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-93）推荐的方法，以年最大值法选样，按不连续系列，用矩法计算统计参数，选用P-Ⅲ型曲线适线，以矩法计算各站洪水统计参数的初始值，用离差平方和准则先进行参数优化，采用经验目估适线和参数优化计算相结合的办法进行频率分析计算。遵循尽量使理论频率曲线通过经验频率数据的中心位置，侧重考虑与上部和中部大水数据吻合的适线原则。通过人工调整均值x、Cv及Cs/Cv，尽可能使曲线拟合全部点据，尤其侧重中、高水点据；分析经验点据的精度使曲线尽量靠近或通过比较可靠的点据，使调整后的统计参数符合坝河流域特性和在地区上的变化规律。

采用桂花园水文站洪峰流量计算成果，按照水文比拟法计算工程区设计洪峰流量。计算公式如（3）：

其中F工、F参分别为工程区和参证站流域面积(km2)，桂花园F工=1117km2，F参=1275km2。计算得到西河乡工程段Q工=1105m3/s。

5.1.3 由暴雨资料推求设计洪峰流量

根据《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》，西河镇治理段属于陕南土石林区，由“各分区瞬时单位线参数（m1i=1）0综合图”查算计算净雨强度为 10mm 的 m1=2.12（F/J）0.268；由“各分区瞬时单位线非线性改正指数（b）综合图”查算出非线性改正指数b=0.6906-0.1326lgF；计算造峰雨历时 tp=1.63（F/J）0.244及其平均雨强i=htp/tp，ik=18.75(F/J)0.181。

按m1=m1i=1（010/i）b，其中当i大于ik时，取i=ik。

查“各分区瞬时单位线参数（m2）综合图”，m2=0.882(F/J)0.197，m2大于 1，取 m2=1。

由m1=nk和m2=1/n求得n、k参数值。

以n、k查“顺时单位线表”，可得时段单位线，潜流按等腰三角形过程加入，底宽为地面径流过程线底宽的2倍。基流按照Q0=0.31F0.5计算。计算得到西河乡10年一遇洪峰流量见表3。

表1 坝河流域水文站基本情况表

图1 桂花园水文站年最大洪峰流量累积曲线

表2 桂花园文站设计洪峰流量计算成果 单位：m3/s

表3 瞬时单位线计算坝河西河乡治理段设计洪水成果表

表4 设计洪峰流量计算成果表

6 结论及建议

将上述方法计算的治理段设计洪水成果列于表4，从表中可以看出，水文比拟法计算的洪水成果小于《陕西省中小流域设计暴雨洪水图集》推求的洪水成果。

对于西河镇段设计洪水，几种方法的计算成果比较接近。P=10%时，水文比拟法结果略大，该工程段集水面积1117km2，与桂花园水文站流域面积1275km2相差仅8%，区间无较大支流汇入，上游投洞子电站和古仙洞电站的影响较小，根据实测洪痕点，采用明渠均匀流计算西河乡实测洪痕处洪峰流量，与水文比拟法计算洪量相近，因此，推荐西河乡段采用面积比拟法推求的设计洪水成果。陕西水利