巴河流域设计洪水地区组成研究

李 萍，蔡炳云

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

巴河流域设计洪水地区组成研究

李 萍，蔡炳云

(四川省水利水电勘测设计研究院，成都，610072)

本文以平昌(风滩)断面以上的巴河流域为研究对象，通过对流域洪水遭遇情况进行统计，分析了流域的洪水地区组成情况，采用设计洪水地区组成法(典型年法)推求本流域各规划水库、区间及防洪控制断面分区设计洪水过程线。该成果可为巴河流域规划的9座防洪水库的库容选择提供数据支持。

巴河流域 设计洪水 地区组成

1 研究背景

巴河是渠江的主要支流，洪灾频繁而且严重，2000年以来受灾情况越加频繁，在最近的六次大洪水中，巴中市四县区损失严重。其中，2004年、2005年、2006年、2007年、2010年和2011年洪水，巴中市洪灾直接经济损失77.59亿元，因灾死亡、失踪人数95人。巴河流域目前无防洪水库工程，防洪主要以堤防为主，现状行洪能力仅为2～20年一遇，局部河段不足2年一遇。同时流域内防洪治理缺乏系统规划，防洪标准不足，防洪减灾迫在眉睫。

随着对大江大河防洪治理的日益重视，在整治河道提高行洪能力的基础上，结合流域上中游主要干支流修建控制性防洪水库，满足下游防洪对象的防洪要求的需求愈加迫切。而上游设计水库对下游有防洪任务时，需计算水库、区间及防洪控制断面设计洪水，分析计算防洪控制断面以上的洪水地区组成，提出分区设计洪水过程线，作为选择水库防洪库容的依据，因此设计洪水的地区组成分析是至关重要的。

2011年四川省水利水电勘测设计研究院完成了《四川省渠江流域防洪规划报告》的编制，并于2012年3月以水规计〔2012〕81号文获得水利部及四川省政府的批复。根据渠江流域防洪规划，巴河流域将建9座防洪水库(图2)，但各个水库的库容选择未做深入研究。对于防洪水库群的库容选择，目前国内外进行的研究较少，其研究的重点和难点在于设计洪水的地区组成。

本文在分析研究巴河平昌(风滩)以上各规划防洪水库及区间暴雨洪水地区组成特性的基础上，结合防洪要求和工程特点，采用地区组成法(典型年法)推求各分区设计洪水过程。计算成果可为9座防洪水库的库容选择提供数据支持。

2 技术路线

在资料收集和现场调研后，分析暴雨洪水特性，然后分析流域的洪水地区组成。在计算防洪控制断面以上分区设计洪水过程线时，首先对各水库、水文站及控制断面的洪水传播时间进行分析，确定各断面间的洪水传播时间；然后根据防洪控制断面以上暴雨的地区分布规律、不同量级洪水的地区组成及其变化、各分区洪水的峰、量关系分析以及各分区之间及与设计断面之间洪水的组合遭遇情况分析，各防洪控制断面选择五场典型洪水；再采用水文比拟法或间接法推求各分区典型洪水过程线；最后根据防洪控制断面近、远期防洪标准对应频率的设计洪峰、24h洪量及三日洪量与典型年对应年份的该断面各场典型洪水洪峰流量、24h洪量及三日洪量的比值为控制，放大各分区各场典型洪水过程线，从而得到各分区设计洪水过程线。巴河设计洪水地区组成技术路线见图1。

图1 巴河设计洪水地区组成技术路线

3 巴河流域概况

巴河是渠江的主要支流，平昌县城至渠县三汇镇为巴河干流，平昌县城以上分为通江、南江两支，均发源于陕西省米仓山南麓。其中，西支南江为主源，发源川陕交界处米苍山南麓的南江县玉泉平溪山涧；东支通江，发源于陕西省南郑县广家店乡境内的大红岩，海拔高程2500m。巴河河长368.4km，河道平均坡降1.74‰，控制流域面积19927km2，流域形状呈扇形。南江主要支流有神潭河、恩阳河；通江主要支流有月滩河、小通江、澌滩河。巴河流域水文站资料情况见表1。

巴河的洪水主要由暴雨形成，与暴雨出现频率基本相对应，暴雨多发季节也是洪水多发季节。根据巴河各水文站多年洪水资料统计，各站年最大流量主要发生在5～10月，3月、4月、11月偶有发生，但量级小，7月最多。洪水特性与暴雨特性基本一致，还与流域特性密切相关。因流域呈扇形，水系发育，中上游坡面及河道纵坡较大，利于洪水汇集，汇流迅速，流域属山区性河流，受大巴山暴雨的影响，暴雨洪水频繁。

表1 巴河流域水文测站资料情况一览

4 设计洪水地区组成

巴河流域防洪控制断面包括恩阳、巴中、南江、通江、平昌(南江)、平昌(通江)和平昌(风滩)，共7个防洪控制断面，规划防洪水库9个，因此需要研究各防洪控制断面以上设计洪水地区组成。考虑到巴河平昌(风滩)以上集雨面积较大(集雨面积16595km2)、支流较多、洪水组合复杂，因此，设计洪水地区组成采用典型年法推求各防洪控制断面近期和远期对应频率的各分区设计洪水过程线，作为选择各水库防洪库容的依据。

由于各防洪控制断面过多，并且7个防洪控制断面设计洪水地区组成分析方法相似，因此本文主要以巴河最下游的平昌(风滩)防洪控制断面为例进行分析。

4.1 平昌(风滩)防洪控制断面洪水组成

4.1.1 洪水传播时间分析

南江洪水传播时间的分析是选择多场洪水，对马掌铺水文站和巴中水文站2个测站的同场洪水峰现时间进行分析，得洪水平均传播速度约16.9km/h，以此类推分析南江各区间传播时间。

通江洪水传播时间分析选择多场洪水，对小通江青峪水位站、大通江碧溪水文站、通江杜家河水文站3个测站的同场洪水峰现时间进行分析，得洪水平均传播速度约13.3km/h，以此类推分析通江各区间传播时间。

4.1.2 洪水遭遇分析

通江与南江在平昌县相汇，下游为巴河干流。汇口下游约10km处有风滩水文站，控制流域面积16595km2。南江干流有七里沱水文站，控制流域面积6382km2，占南江流域面积的83.9%。通江干流杜家河水文站控制流域面积为6742km2，占通江流域面积的75.1%。选择风滩站的前10大洪水，分析七里沱站、杜家河站及风滩站同场洪水的洪峰遭遇情况(见表2和表3)，得出主要结论如下：

表2 七里沱站、杜家河站、风滩站各水文站 最大洪峰遭遇年数统计

表3 七里沱站、杜家河站对应风滩站前10大洪水的洪峰遭遇情况统计

(1)巴河干流的洪水由南江与通江洪水组成。52年中风滩站发生年最大洪水时，七里沱站发生年最大洪水的有38年，占73.1%，杜家河站发生最大洪水的也有38年，占73.1%，七里沱站与杜家河站同时发生年最大洪水的有27年，占51.9%。南江、通江与巴河的年最大洪水同时不发生的年份只有3年(1964年、1970年与1981年)，占5.77%；

(2)当风滩站发生大洪水时，南江与通江均发生较大洪水，风滩站年最大洪水为5年一遇以上的12场洪水样本中，七里沱站均发生年最大洪水，占100%，而杜家河站有10年发生年最大洪水，占83.3%；

(3)风滩水文站洪峰持续时间0.5～2.5h，七里沱洪峰持续时间0.5～4h，杜家河站的洪峰持续时间0.5～2h。当七里沱、杜家河两站峰现时间相差约2h，两站洪峰或洪水的高水段将在平昌县遭遇；

(4)同场洪水南江、通江洪峰遭遇的概率较小。一旦遭遇，便构成巴河的特大洪水，如风滩水文站实测首大2011年918洪水。对于风滩站的前十大洪水，最大三日洪量范围19.3亿m3～36.8亿m3。其中，七里沱站对应3日洪量所占比例约为39.4%～61%，通江或杜家河站对应3日洪量所占比例约为39%～60.9%。除2011年918洪水风滩、七里沱、杜家河站的洪峰持续时间较长，洪峰遭遇外，其余年份南江与通江的洪峰均未遭遇。

4.2 典型洪水选择

4.2.1 水文站典型洪水选择

通过洪水地区组成规律的分析，根据设计流域暴雨的地区分布规律、不同量级洪水的地区组成及其变化、各分区之间及与设计断面之间洪水的组合遭遇情况，选择了不同洪水来水类型和不同洪水量级组合情况的5场洪水作为典型洪水(详见表4)。

4.2.2 各分区典型洪水过程推求

巴河平昌风滩以上需计算防洪水库、区间及防洪控制断面共27个分区的典型洪水过程。根据各分区特点，上下游有水文站的断面采用水文比拟法按面积比的n次方(面积比指数根据不同区域分析而得)考虑传播时间后移用水文站典型洪水过程，无资料地区的断面或区间根据实际降雨过程采用瞬时单位线推求典型洪水过程。

表4 平昌(风滩)断面典型洪水选择 洪峰：m3/s；洪量：亿m3

4.3 分区设计洪水过程线

在分析研究平昌(风滩)断面以上暴雨洪水地区组成特性的基础上，结合防洪要求和工程特点，选用典型洪水组成法推求各分区设计洪水过程线。典型洪水地区组成分别按以平昌(风滩)断面的峰、最大24h洪量和最大三日洪量控制同倍比放大法推求各分区设计洪水过程线。平昌(风滩)近期防洪标准为10年一遇，远期为20年一遇。

(1)以洪峰控制同倍比放大法

根据选择的5场典型洪水的洪峰流量，近期与远期分别以平昌(风滩)断面P=10%与P=5%设计洪峰与该断面各场典型洪水洪峰流量的比值为控制，放大各分区各场典型洪水过程线，从而得到各分区设计洪水过程线。

(2)以最大24h洪量控制同倍比放大法

以各分区5场典型洪水线为典型，近期与远期分别以平昌(风滩)断面P=10%与P=5%最大24h设计洪量与该断面各场典型洪水最大24h典型洪量的比值为控制，放大各分区各场典型洪水过程线，从而得到各分区设计洪水过程线。

(3)以三日洪量控制同倍比放大法

以各分区5场典型洪水线为典型，近期与远期分别以平昌(风滩)断面P=10%与P=5%最大三日设计洪量与该断面各场典型洪水最大三日典型洪量的比值为控制，放大各分区各场典型洪水过程线，从而得到各分区设计洪水过程线。

根据以上方法得到的各分区设计洪水过程线，平昌(风滩)断面洪峰、最大24h或者最大三日洪量显著超标的洪水过程线不采用，其余的可供巴河规划防洪水库调洪演算。再结合分别以南江、巴中、通江、平昌(南江)、平昌(通江)6个防洪控制断面洪水地区组成计算而得的分区设计洪水过程线成果，综合确定各水库防洪库容，保证各防洪控制断面的防洪要求。

5 小结

巴河流域内目前规划有9座防洪水库，对于水库群的库容分配目前国内外进行的研究较少，其研究的重点和难点在于设计洪水的地区组成。巴河流域水系复杂，防洪控制断面达7个，本文以最下游平昌(风滩)断面以上巴河流域为例进行研究。通过对流域暴雨分布规律、洪水传播时间、洪水遭遇情况等暴雨洪水特性进行统计，分析了流域的洪水地区组成情况，采用设计洪水地区组成法(典型年法)推求本流域各规划水库、区间及防洪控制断面分区设计洪水过程线。此外，还需对其余6个防洪控制断面同样进行洪水地区组成研究，分别提出各防洪控制断面以上各分区设计洪水过程线，为巴河流域规划的9座防洪水库群库容选择提供依据。本文仅着力于研究设计洪水的地区组成，对于如何合理确定各防洪水库分摊的防洪库容，还需对各防洪水库调度方式进行深入研究。

李 萍(1982.3-)，女，四川成都人，大学本科，工程师，从事水文设计工作；

蔡炳云(1981.12-)，男，河北石家庄人，硕士研究生，工程师，从事水文规划设计工作。

■

TV122.3(2712B

A

2095-1809(2016)01-0053-05