两个水文站区间河段洪水计算方法的探讨

2019-08-27高运法孟庆峰

陕西水利 2019年7期

徐洁，高运法，孟庆峰

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳 550002）

0 引言

幂相关内插法是水文比拟法的一种延展。设计洪水计算中，对于上下游均有水文站控制，而两站洪水模数等参数相差较大时，幂相关内插法兼顾了上下游河段的变化情况，较直接采用单个水文站进行水文比拟法更切合流域的实际情况，计算的洪水也更为合理。本文以乌江源头三岔河流域六盘水治理河段为例，对采用幂相关内插法计算区间洪水进行分析，以期为相关工作中的问题提供更为合理的思路。

1 概况

三岔河为乌江上游源头段，又称乌江南源，属长江流域，发源于贵州西部高原威宁县盐仓镇西南的乌蒙山东麓，河源高程2528 m。河流由西北向东南流经威宁二塘、水城、纳雍，至六枝的龙场转为东北向，流经织金、普定、平坝县境，在平坝县的丘哨折向北流，于清镇市、黔西县、织金县交界的化屋基纳六冲河后，再流过鸭池河段后始称乌江。三岔河干流全长325.6 km，总落差1339.8 m，主河道平均比降2.83‰，流域集水面积7264 km2。

三岔河干流上汪家寨镇原来设有向阳水文站，控制集水面积855 km2（现已迁至大河镇），下游纳雍县阳长镇新阳长大桥下游约50 m建有阳长水文站，控制集水面积2696 km2（由原牛吃水水文站迁来）。

三岔河六盘水治理河段起点位于汪家寨水濂洞，流域控制面积849 km2，主河道河长68.4 km，主河道平均比降4.8‰；终点位于六盘水青林苗族彝族乡灰依小河汇口，流域控制面积2358 km2，主河道河长117 km，主河道平均比降5.27‰。汪家寨水濂洞至青林乡灰依小河汇口区间河段长48.6 km，治理河段各控制断面位于向阳水文站和阳长水文站之间。

2 向阳水文站洪水

向阳水文站为三岔河上游基本站，于1967年10月由贵州省水文总站设立，站址位于贵州省水城县汪家寨，向阳水文站于2015年由汪家寨迁至大河镇，向阳（大河镇）集水面积为939 km2，迁站后实测了2016及2017年洪峰流量资料，采用面积比将向阳（大河镇）2016年及2017年资料移到向阳站（855 km2），组成向阳1969年~2017年共49年最大洪峰流量资料系列。

向阳站年最大洪峰流量频率计算采用1991年 (实测值提出作特大值处理)历史洪水和1969年至2017年实测系列共同组成不连序系列，历史洪水经验频率采用计算（N=175），实测洪水连续系列经验频率采用Pm=PM+（1-PM）计算，用矩法初估参数，采用P-Ⅲ型曲线作为频率计算的线型进行目估适线，曲线上部尽量以1991年实测点据为控制，中下部尽量靠近实测点据，曲线通过点群重心。频率计算结果见表1。

表1 向阳水文站设计洪峰流量成果及参数表

图1 向阳水文站最大洪峰频率曲线图

3 阳长水文站洪水

牛吃水水文站于1957年10月1日由贵州省水文总站设立，为三岔河上游基本站。站址位于贵州省纳雍县阳长乡，集水面积2560 km2。该站1991年7月被洪水冲毁、1992年1月迁至阳长即阳长水文站，集水面积2696 km2。

牛吃水站具有1958年~1992年的实测洪峰流量整编资料，阳长水文站具有1993年~2017年的洪峰流量资料，两站集水面积相差5.3%，本次将牛吃水站1958年~1992年洪峰流量按面积比移至阳长站，使阳长水文站具有1958年~2017年共60年的实测洪峰资料系列。并将实测系列内1991年洪峰提出来作特大洪水处理，重现期定为175年，则其频率计算成果见表2。

表2 阳长水文站设计洪峰流量成果及参数表

图2 阳长水文站最大洪峰频率曲线图

4 三岔河干流各控制断面设计洪水

4.1 向阳、阳长水文站洪峰面积比指数分析

根据上述两水文站控制集水面积及各站设计洪水成果，各频率洪水面积比指数按照下列公式进行计算：

式中：n为面积比指数；Q向P为向阳水文站某频率洪峰流量；Q阳P为阳长水文站某频率洪峰流量；F向为向阳水文站集水面积；F阳为阳长水文站集水面积。

式中：C为常数。

经分析，向阳水文站、阳长水文站洪峰面积比指数及常数见表3。

表3 向阳、阳长水文站洪峰面积比指数成果表

向阳、阳长水文站均为三岔河上游基本站，而两站各频率洪峰面积比指数在0.1652~1.1031之间，面积比指数变化较大。究其原因，主要是因为向阳水文站与阳长水文站之间三岔河干流及支流上伏流较多，这些伏流大洪水时阻水明显，导致阳长水文站高频率实测洪峰偏小，洪水面积比指数偏小。从面积比指数结果来看，其变化与该地区地形地质条件是相吻合的。

4.2 区间断面设计洪水计算

三岔河干流设计河段上游设有向阳水文站，下游设有阳长水文站，六盘水治理河段控制断面主要位于两者之间，各控制断面洪峰流量以向阳及阳长水文站为参考，采用幂相关内插法确定各控制断面的洪峰流量成果。

三岔河干流本次治理河段上游已建的水利水电工程主要有岔河电站、出水洞电站，两个电站均为日调整，不具有削峰作用，故干流设计洪水计算时不考虑两个电站对洪峰流量的影响。三岔河干流汪家寨水濂洞处有一段约600 m的伏流，位于向阳水文站上游，因向阳水文站实测洪峰已反映了该段伏流对洪水的影响，故采用幂相关内插（即根据向阳水文站、阳长水文站各频率洪峰以及两水文站洪峰面积比指数，采用公式Q设=C(F设)n得各设计断面不同频率洪峰流量），故不再重复考虑此段伏流对洪水的影响。

根据工程设计需要，计算得各控制断面洪峰流量成果见表4。

表4 三岔河干流治理河段主要控制断面洪峰流量表

4.3 洪水成果合理性分析

从贵州省的暴雨等值线图来看，三岔河流域贵州境内的中下游暴雨较上游暴雨偏大些，从向阳水文站和阳长水文站两站最大洪峰流量分析成果中可看出，向阳水文站、阳长水文站两站的洪峰流量均值模数分别为2.76 m3/（s·km2）、3.11 m3/（s·km2），中下游的洪水均值较上游大些，洪峰流量模数的变化与暴雨的变化趋势一致，洪峰流量模数的变化符合该地区洪水的分布规律。

为检验本次计算洪水成果的合理性，工程设计中进行了历史洪水调查及历史洪水重现期分析，各河段的洪调水位与相应重现期对应的洪水水位（查断面水位流量关系或水面线成果）基本一致，说明设计洪水成果符合历史洪水调查成果，成果是合理的。