混联型梯级水库群的典型洪水地区组成

周祥林，燕文明

(1.中国电力建设股份有限公司，北京100048；2.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210098)

混联型梯级水库群的典型洪水地区组成

周祥林1，燕文明2

(1.中国电力建设股份有限公司，北京100048；2.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210098)

为研究不同洪水地区组成对混联型梯级水库群防洪的影响，以红水河龙滩以上流域为研究对象，选择典型洪水并分析其来水特性，应用单时段和多时段典型洪水地区组成法推求了混联型梯级水库的典型洪水的地区组成。结果表明：典型洪水应选择以无控制区间来水为主的典型，对下游防洪较不利；单时段典型洪水地区组成法适用于分区少且各梯级调洪控制时段差别小的情况；多时段典型洪水地区组成法适用于分区多且各梯级调洪控制时段相差大的情况。

典型洪水；设计洪水；梯级水库；地区组成

近年来，梯级水库的开发模式已经普遍存在于我国的重要江河之上，梯级水库的调洪作用直接影响着其下游防洪断面的设计洪水[1，2]，刘章君等[3]指出推求防洪断面以上各分区洪水的地区组成是确定设计洪水的关键。常见的方法有随机模拟法[4]、典型洪水地区组成法(同倍比放大法[5]、同频率地区组成法[6])等。其中，典型洪水地区组成法是推求梯级水库群设计洪水的基本方法之一，采用设计断面设计洪量与典型洪水洪量的放大倍比来放大上游各分区典型洪水，将各分区放大后的洪水进行调洪演算并将其下泄过程与下游区间过程进行组合计算，推求受上游水库调蓄影响的设计断面设计洪水[7，8]。典型洪水地区组成法在串联型梯级水库设计洪水分析计算中已有较广泛的应用，对于混联型梯级水库如何应用，本研究将依托红水河龙滩以上流域进行探讨。红水河流域水文测站始建于20世纪30年代，主要水文测站、蔗香站、这洞站、盘江桥站和天生桥站。

典型洪水地区组成法又分为单时段典型洪水地区组成法和多时段典型洪水地区组成法。单时段典型洪水地区组成法以设计断面控制时段设计洪量为控制，按典型洪水各分区洪量占设计断面洪量的比例计算各分区洪量。在梯级水库情况下，采用多时段典型洪水地区组成法进行分析计算。首先推求梯级水库总控制断面某频率各时段的设计洪量，选择典型过程，计算设计断面各时段的放大倍比(如K3、K7-3、K15-7)，对上游各分区的同一典型洪水过程线均采用设计断面的K3、K7-3、K15-7的倍比进行放大，然后自上而下逐级进行水库调洪演算和河道汇流计算，并与区间洪水过程叠加推求设计洪水过程。该法受选取的洪水典型影响较大，应选择多种典型洪水；另外，由于各时段放大倍比不同，在衔接处需修匀，进行一致性检查。

1 红水河龙滩以上流域典型洪水地区组成研究

1.1 控制时段的选择

龙滩以上流域，主流长，大支流多，加之地形复杂，往往造成连续性洪水，单峰洪水甚少，复峰居多。单峰洪水过程一般6～8 d，双峰过程10～15 d；而天生桥一次洪峰过程一般为7 d左右，这洞、盘江桥洪水过程一般陡涨缓落，一次洪水过程一般5～7 d，洪量以3天洪量为主。光照调洪起主要作用的时段约为3 d，董箐约为1d，天生桥约为3～5 d，龙滩约为7 d左右，故考虑到上下游洪水过程特性，单时段控制时段选取W7d，多时段控制时段选取W3d，W7d，W15d。

1.2 典型洪水的选取

通过洪水地区组成特点及洪水遭遇情况分析，选择1966年、1968年、1971年和1990年大洪水作为典型洪水。其中，1966年为4个连续洪峰组成的复峰过程，在调洪计算时，对龙滩工程本身最为不利；1971年为上游南盘江实测最大洪水，本年天生桥坝址峰、量值所占红水河龙滩以上洪水峰、量值的比例较大；1990年典型为北盘江这洞水文站和区间洪水所占红水河龙滩以上流域洪水比重较大的年份；1968年(天生桥、董箐～龙滩)区间来水占红水河龙滩以上流域来水比例较大。

1.3 单时段典型洪水地区组成方案

(1)选择4个典型洪水，将龙滩坝址断面的现行工程常用频率(P=0.01%、0.02%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、5%、10%)按龙滩坝址天然情况下设计洪水W7d洪量与龙滩典型洪水W7d洪量的倍比，放大各分区的典型洪水。

(2)进行水量平衡检验。将光照下演至董箐与(光照～董箐)区间洪水过程线叠加后与董箐坝址设计洪水过程线比较，天生桥下演至龙滩、董箐下演至龙滩与(天生桥、董箐～龙滩)区间洪水过程线叠加后与龙滩坝址设计洪水过程线比较。

(3)按照天生桥、光照及董箐各自调洪原则进行调洪计算，推求下泄流量。

(4)将天生桥的下泄流量经河道演算至龙滩及受光照影响的董箐下泄流量经河道演算至龙滩，再与(天生桥、董箐～龙滩)区间洪水过程叠加，求得龙滩坝址设计洪水过程。再统计受上游水库影响的龙滩坝址各工程常遇频率的W7d值，见表1。

1.4 多时段典型洪水地区组成方案

(1)选取1966年，1968年，1971年，1990年洪水作为典型洪水。将龙滩坝址断面的现行工程常用频率(P=0.01%、0.02%、0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、5%、10%)按龙滩坝址天然情况下同频率放大倍比(K3、K7-3、K15-7)放大各分区洪水过程线。

(2)由于放大后的过程线在时段衔接处有突变，在保持各时段洪量与设计洪量相等的原则下进行修匀，并对放大后的洪水过程线进行水量平衡检验。将各区间洪水过程线叠加后与设计洪水过程线比较，在满足上下游水量平衡的基础上，重点修正上游断面的设计洪水过程线。

(3)按照天生桥、光照及董箐各自调洪原则作调洪计算，计算天生桥、光照及受光照影响的董箐坝址设计洪水下泄流量。

(4)将天生桥、董箐的下泄流量演算至龙滩坝址与(天生桥、董箐～龙滩)区间洪水过程叠加，推求龙滩坝址设计洪水过程，统计龙滩坝址各工程常遇频率的W3d，W7d，W15d值，见表1。

1.5 全系列典型洪水地区组成方案

本次对龙滩22年实测典型洪水进行单时段(W7d)，多时段(W3d、W7d、W15d)典型洪水地区组成法计算，对龙滩受上游梯级影响的龙滩组合洪水与龙滩坝址设计洪水进行比较。通过计算比较可以看出，单时段W7d控制的典型洪水地区组成法计算的龙滩受上游梯级影响的设计洪水，只有控制时段W7d控制得住，而W3d不能很好的控制；而多时段控制的典型洪水地区组成法计算的龙滩受上游梯级影响的组合洪水，与龙滩坝址天然情况下的设计洪水过程线偏离较小，各控制时段都能得到很好的控制。

2 成果分析比较

(1)不同典型采用单时段、多时段控制推求的龙滩受上游水库群影响的设计洪水计算成果比较，见表1，可知：在采用典型洪水组成法时典型选择很关键。当选择1971年典型时，上游天生桥水库调蓄影响作用比较明显，更有利于下游龙滩的防洪；当选择1968年典型时，上游水库调蓄对龙滩影响很小，对龙滩防洪最为不利；当选择1990年典型时，由于光照董箐的调蓄作用较小，对龙滩基本无影响；当选择1966年典型时，上游水库的调蓄影响不大。

表1 不同典型龙滩受上游水库调蓄影响的坝址设计洪水成果比较 亿m3

注：1966年典型为全流域大水；1968年典型为区间来水为主典型；1971年典型为天生桥来水为主典型；1990年典型为这洞和区间来水为主典型。

(2)1971年典型多时段控制的计算结果和龙滩坝址天然洪水设计成果见表2。可知，若采用1971年典型时，对于小频率的洪水，上游水库对W3d的影响大于对W7d的影响，即上游水库对短时段洪量影响大于长时段洪量影响。

(3)P=0.01% 4个典型的单时段、多时段控制推求的受上游水库影响的龙滩坝址设计洪水成果见表3，可知：采用单时段W7d控制推求的龙滩坝址W7d能较好控制，对W3d控制尚可，对W15d控制欠佳；而采用多时段控制推求的龙滩坝址洪水其整个过程都能较好地控制。

表2 采用典型洪水组成法推求受上游水库影响的坝址设计洪水量(1971年典型，多时段控制)

本研究共对22年的典型进行了计算。若考虑典型洪水是以区间来水为主(1966年、1968年)，在区间与龙滩的W7d的相关图略大于同频率线，按典型洪水组成计算的区间P=0.01%、W7d就接近于天然情

表3 推求受上游水库影响龙滩坝址万年一遇设计洪水成果比较(单、多时段控制) 亿m3

注：坝址天然设计洪水P=0.01%；W3d=76.9；W7d=158；W15d=285。

况下区间(P=0.01%)W7d频率计算的洪量；而1997年、2001年典型，在区间与龙滩W7d的相关图中小于同频率线及实测平均线，按典型洪水组成计算(不考虑上游水库调洪)的区间(P=0.01%)W7d明显小于天然情况下(P=0.01%)W7d频率计算的洪量。若考虑典型洪水是以天生桥来水为主(1971年)，在天生桥与龙滩的W7d的相关图中大于同频率线，按典型洪水组成计算的天生桥(P=0.01%)W7d就接近于天生桥天然情况下(P=0.01%)W7d频率计算的洪量；2002年典型，在天生桥W7d与龙滩W7d的相关图中小于同频率线和实测平均线，按典型洪水组成计算的W7d就明显小于天生桥天然情况下(P=0.01%)W7d频率计算的洪量。若考虑典型洪水以这洞来水为主，如1997年典型，在这洞与龙滩的W7d的相关图中略大于同频率线和实测平均线，按典型洪水组成计算的这洞(P=0.01%)W7d就接近于其天然情况下(P=0.01%)W7d频率计算洪量；1990年典型在这洞与龙滩W7d的相关图中小于同频率线和实测平均线，按典型洪水组成(不考虑上游水库调洪)计算的这洞(P=0.01%)W7d就明显小于这洞天然情况下(P=0.01%)W7d频率计算的洪量。

通过以上分析可知，若采用典型洪水地区组成法推求设计洪水时，无需对全部系列典型进行计算，当采用的典型是上游水库来水为主的典型，上游水库调蓄作用明显；当采用无控区间来水为主的典型时，水库调蓄作用不明显。

3 结 论

(1)在分析流域暴雨洪水特性和地区组成规律的基础上，选择了4个有代表性的典型，分析了典型洪水的来水特性。

(2)在设计工作中，从安全角度考虑，典型洪水应选择以无控制区间来水为主的典型，它对下游防洪较不利。

(3)单时段典型洪水地区组成法适用于分区少且各梯级调洪控制时段相差小的情况；多时段典型洪水地区组成法适用于相反的情况。

[1]黄灵芝， 谢小平， 黄强， 等. 梯级水库设计洪水地区组成研究中的JC法[J]. 自然灾害学报， 2006(4)： 163-167．

[2]王正发， 杨百银. 梯级水库防洪标准选择的方法体系分析研究[J]. 西北水电， 2011(3)： 10-15．

[3]刘章君， 郭生练， 李天元， 等. 梯级水库设计洪水最可能地区组成法计算通式[J]. 水科学进展， 2014(4)： 575-584．

[4]陈元芳. 随机模拟法与传统方法推求设计防洪库容优劣的初步研究[J]. 水科学进展， 2000(1)： 64-69．

[5]王宪宝. 设计洪水过程线放大方法比较[J]. 吉林水利， 2015(5)： 56-58．

[6]邓颂霖， 杜兴强. 同频率地区组成法在设计洪水中的运用[J]. 东北水利水电， 2014(5)： 37-38．

[7]谭维炎， 黄守信. 水库下游城市防洪风险的估算[J]. 水利学报， 1983， 14(7)： 37-40．

[8]周祥林， 杨百银， 王正发， 等. 国内外水库工程防洪标准分析[J]. 水力发电， 2011， 37(3)： 72-74．

(责任编辑 高 瑜)

Typical Flood Regional Composition of Mixed and Connected Cascade Reservoir System

ZHOU Xianglin1, YAN Wenming2

(1.Power Construction Corporation of China, Ltd., Beijing 100048, China; 2.State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, Jiangsu, China)

In order to study the influence of different regional floods on flood control capacity of mixed and connected cascade reservoir system, the Hongshui River Basin is taken as a study case. The typical floods are selected to analyze the inflow characteristics, and the regional composition of typical flood of mixed and connected cascade reservoirs are derived by using the regional composition method of single-period and multi-period typical flood. The results show that, (a) the flood with uncontrolled regional inflow must be selected as the typical flood, which has adverse influence on downstream flood control; (b) the single-period method is applicable for the calculation of the flood regional composition under the conditions of less partition and small flood regulation time difference of cascade reservoirs, and in contrast, the multi-period method will be a better selection for the conditions of many partition and large flood regulation time difference of cascade reservoirs．

typical flood; design flood; cascade reservoir system; regional composition

2016-05-16

周祥林(1981—)，男，安徽金寨人，高级工程师，研究方向为水资源规划．

TV123

A

0559-9342(2016)11-0091-04