强岩溶地区洪水计算

2017-07-19田根友

水利科学与寒区工程 2017年5期

关键词：洪量洪峰流量水文站

田根友

(贵州中水建设管理股份有限公司，贵州贵阳 550001)

强岩溶地区洪水计算

田根友

(贵州中水建设管理股份有限公司，贵州贵阳 550001)

对于无资料的强岩溶流域，用暴雨资料推求设计洪水时，很难拟定能反映强岩溶特征的产汇流综合参数，而用流量资料频率分析法计算时也很难选择与设计流域类似的参证站。本文通过对伏流、暗河具有明显控泄滞洪作用的大田河水文站和相邻流域岩溶影响小的草坪头水文站的洪水计算，总结出强岩溶地区洪水计算时如何比拟参证站的洪水参数，如何用其他方法进行验证，并提出在以后工作中强岩溶地区洪水计算时应该注意的问题。

强岩溶地区；洪水计算；调查洪水法；水文比拟修正法；分区计算法

1 流域概况

1.1 大田河水文站流域概况

大田河水文站位于大田河上，大田河为珠江流域北盘江右岸的一级支流，发源于贵州省西南部的兴仁县大山垭，从西北流向东南，经安龙县于新路坡落水洞潜入地下，至四方洞出露地表，与北来的者塘河汇合后，流经大田河水文站。大田河水文站以上河流由两大支流组成，一支流为四方洞支流，控制流域集水面积为832 km2，由6个小干支组成，在不同的地点潜入地下，经约10～20 km的地下伏流在四方洞出露地表汇人大田河，出口处为蜂窝状，滞洪作用非常明显；另一支流为者塘河，控制流域面积426.9 km2；在汇入干流处有2 km的伏流，控泄滞洪作用也较明显。大田河水文站控制集水面积为1391 km2，伏流、暗河区集水面积占大田河水文站全流域集水面积的90.5%。该站实测资料较长,经分析资料三性较好。

1.2 草坪头水文站流域概况

草坪头水文站位于大田河流域的邻近流域乌都河上，乌都河为北盘江一级支流，发源于盘县特区水塘镇山岚，由西南向东北流经木龙、水塘、于南扳桥处转向东流，经草坪头水文站后汇人北盘江。草坪头水文站控制集水面积为1085 km2，伏流、暗河区集水面积占草坪头水文站地表集水面积的比例很小，控泄滞洪作用不明显。该站实测资料较长,经分析资料三性较好。

2 洪水计算

2.1 大田河水文站洪水计算

2.1.1 洪水调查

据据《贵州省洪水调查资料》[1]记录和近期对水文站河段洪水调查的结果，共调查到1952年、1964年、1969年、1992年大洪水和1999年常年洪水，调查地点为水文站附近的几个村寨，被调查人均反映1952年洪水是所见到的最大洪水，又据年长的村民反映，其上一辈人说据今100 a左右有一场洪水，该洪水比1952年还要大。根据洪调河段的纵横断面资料，采用比降法等方法计算，计算成果见表1。

考证期从距今100 a左右算起，1952年洪水列为第二位，相当于50 a一遇，如考证期从1952年起，1952年洪水为1952年至今的最大洪水，也相当于50 a一遇[2]。

2.1.2 设计洪水

大田河水文站具有1973—2014年共42 a实测洪峰流量最大一日洪量、最大三日洪量资料，统计大田河水文站历年洪峰流量资料，并加入1952年、1964年、1969年历史洪水，用P-Ш型理论曲线适线，成果见表2。

表1 洪水调查成果表

表2 大田河水文站设计洪水成果表

2.2 草坪头水文站洪水计算

草坪头水文站具有1959—2014年共56 a实测洪峰流量、最大一日洪量、最大三日洪量资料，将该站历年洪峰流量、最大一日洪量、最大三日洪量资料并加入1906年、1979年、1968年历史洪水，首项历史洪水重现期分析为91 a，经不连续系列频率分析计算，并以P～Ш型理论曲线适线，成果见表3。

表3 大田河、草坪头水文站洪水统计参数对比表

2.3 流量法与水文比拟法成果比较

大田河、草坪头水文站处于同一气候区，均为山区雨源型河流，影响暴雨的因素、暴雨强度、暴雨历时等基本一致，两站的流域面积相差不大，大田河水文站的设计洪水若采用水文比拟法比拟草坪头水文站洪水成果(洪峰流量、1日洪量、3日洪量的面积指数分别为0.67、0.84、0.9)，设计洪水成果见表4、表5、表6。

表4 大田河水文站设计洪峰成果表

表5 大田河水文站一日洪量成果表

表6 大田河水文站三日洪量成果表

2.4 问题的提出

从成果表4～表6可知，水文比拟法洪峰流量较大田河水文站实测洪水成果大98.7%～29.7%(P=0.1%～20%)，伏流、暗河的削峰能力为49.7%～23%(P=0.1%～20%)，削峰能力随洪水量级增大而增大，一日洪量大14.6%～20.0% (P=0.1%～20%)，三日洪量大10.7%～14.3% (P=0.1%～20%)，一日、三日洪量偏大均在20%以下，说明伏流、暗河对洪峰流量削峰能力大,但对洪量控泄滞洪能力相对较小[3]。据此，提出这样一个问题：在无资料的强岩溶地区，邻近流域参证站受岩溶影响小，在无其他参证站可选时，如何用这种下垫面条件的参证站比拟到设计流域，如何用其他方法验证强岩溶地区的设计洪水。

3 适用方法分析

对于无洪水实测资料的强岩溶流域，特别是工程设计断面以上伏流、暗河区集水面积占设计流域地表集水面积比例较大时，设计洪水计算应采用多种方法计算进行比较，最终确定采用成果。采用弱岩溶参证站进行水文比拟计算设计洪水时，会造成设计洪水偏大许多(本文的成果最大达到100%)，带来工程量的加大。为了解决强岩溶地区洪水计算问题，可通过以下方法进行计算[4]。

3.1 调查洪水法

在设计河段进行详细的洪水调查，不仅要调查历史久远的大洪水，还要调查近期的中小洪水，选用可靠的历史洪水和中小洪水采用三点法进行计算[5]。从表1中5 a的洪水洪峰流量及重现期绘制一条频率曲线，修匀后读出P=5%、P=50%、P=95%的相应流量，采用三点法公式和三点法用表(S与Cs关系表、Cs与有关ΦP的关系表)计算设计洪水，计算参数及洪峰流量成果见表7，与流量法成果相差3%～3.6%，说明本方法可行。

表7 计算参数及洪峰流量成果

3.2 水文比拟修正法

强岩溶地区的洪水计算在采用水文比拟法时，必须考虑伏流、暗河的控泄滞洪作用，由于这种影响是随洪水量级增大而增大的，不同量级洪水的削减系数可通过设计河段调查的不同量级洪水与用参证站比拟的相应频率的洪水(未修正)比较求得(见表8)，用此表的修正系数修正参证站的历年洪峰流量(大于25 a一遇的洪水均采用0.581,12 a一遇洪水至常年洪水之间采用线性内插，小于常年洪水按0.93)，对修正后的历年洪水进行P-Ⅲ型曲线适线，然后再按水文比拟法进行计算。成果见表9。本成果与流量法成果相差1.9%～4.3%，说明本方法可行。

3.3 分区计算法

通过水文地质调查确定设计流域内的伏流区、明流区、设计条件下的造峰面积、非造峰面积，明流区的洪水可通过暴雨资料推求或常用的水文比拟法等方法计算，伏流区的洪水由于受地下暗河限制，但可根据设计暴雨时空分布和实测与调查的洪水资料，运用水文学、水力学方法合理推求，用明流区洪水过程与伏流区的洪水过程叠加，可得设计流域的洪水。

表8 水文比拟修正法修正系数表

表9 大田河水文站水文比拟修正法洪水成果表

3.4 洪水过程线计算

以上方法难以确定洪水过程线，洪水过程线的计算可采用参证站典型洪水过程缩放而得。选择参证站实测洪水过程中与设计流域相近的对工程设计不利的洪水过程线作为典型洪水过程，由于岩溶对峰、量影响的差异较大，采用同倍比法计算将造成洪量偏小许多，对于洪峰起决定性作用的调节性能小的工程是可行的，但对于调节性能大的工程影响较大。为了计算可靠的设计洪水过程线，首先要对典型洪水过程进行修正，修正系数采用表8水文比拟修正法修正系数，时段洪量采用地区综合法,计算公式：

(1)