岩溶区域洪水计算方法浅析

李晓东

（贵州三策工程设计咨询有限公司，贵阳市 550081）

1 流域概况

架桥水库[1]位于贵州省黔南布依族苗族自治州荔波县小七孔镇架桥村，地处东经107°41′，北纬25°28′，距小七孔镇直线距离6.1km，距荔波县城直线距离20.7km，交通条件较好，有乡村公路到达坝址。 水库坝址拟建在架桥河下游，架桥河发源于独山县境内，河流发源于马鞍坡，流经上司、甲里等村镇，在干拉组、拉把林组、郭寨处分别潜伏，经地下暗河后主要在闭流区A5处养寨出水点S2以及琴寨出水点S3出露，流经豆寨、月亮，在月亮处潜伏进入地下暗河后， 在明流区S1泉水处出露进入架桥河，河流再流经架桥、岜文、上台村，在小河村汇入方村河。

根据区域岩溶水文地质条件的分析， 架桥水库坝址以上水库的补给范围由架桥河明流区及闭流区组成，坝址以上水库集雨区面积为261.2km2，其中明流区面积8.17km2、闭流区面积253.03 km2，集雨面积示意图如图1 所示。

图1 设计流域集雨面积示意图

架桥河明流区河段发源于架桥村无名山头，海拔高程970.7m，由西向东经过拉门、把路洼、江豪、S1泉水、架桥、岜文、上台村，在小河村汇入方村河。 架桥河明流区全流域面积为37.8km2，主河道长12.2km，河道平均坡降6.3‰。 架桥水库明流区集水面积8.17km2，主河道长4.44km，主河道平均坡降16.58‰。

闭流区来水出露于S1泉水， 位于架桥水库坝址上游1km。 闭流区总集水面积为253.03km2，由6个岩溶闭流区组成：闭流区A2—A7区。S1泉水发源于贵州省独山县境内马鞍坡，流经上司、甲里等村镇，在干拉组、拉把林组、郭寨处分别潜伏，经地下暗河后主要在闭流区A5处养寨出水点S2以及琴寨出水点S3出露， 流经豆寨、 月亮 （河道距离6.5km），在月亮处再次潜伏进入地下暗河后，沿途接纳闭流区A2、闭流区A3、闭流区A4、闭流区A6通过地下暗河汇入的水量后， 于明流区S1泉水处出露进入架桥河，泉水距坝址距离约1km。

架桥水库设计流域参数特征如表1 所示。

表1 水库坝址流域参数特征值表

2 洪水计算

2.1 设计暴雨

水库所在设计流域附近有荔波气象站和甲良雨量站。 本次统计荔波气象站1959—2019 年实测最大一日暴雨量资料， 得其统计参数为：1 日=87.1mm，Cv=0.35，Cs=3.5Cv； 统 计 甲 良 雨 量 站1964—2019 年实测最大一日暴雨量资料 （含插补延长）， 得其统计参数为：1 日=79.4mm，Cv=0.32，Cs=3.5Cv。

查《贵州省暴雨洪水计算实用手册》上“贵州省年最大24h 点雨量均值等值线图”及“贵州省年最大24h 点雨量Cv值等值线图”， 设计流域最大24h 暴雨在90mm 左右，位于暴雨低值区，变差系数在0.40 左右。

查《贵州省暴雨洪水计算实用手册》年“最大1h 点雨量值等值线图”和“年最大1h 点雨量Cv值等值线图”， 年最大1h 暴雨均值在45mm 左右，变差系数Cv为0.35—0.40 左右。

根据荔波气象站及甲良雨量站降水统计参数结果， 并结合等值线图分析贵州省暴雨区域分布规律， 确定设计流域暴雨参数：H24h=90mm，Cv=0.40，Cs=3.5Cv；H1h=45mm，Cv=0.38，Cs=3.5Cv。

2.2 设计洪水计算

“雨洪法”是贵州省水利专家根据陈家琦工程师推荐的推理公式法，结合省实际情况，推导出计算贵州省中小流域的洪水公式， 并在贵州省得到了广泛推广应用， 由于设计流域内无实测水文资料，因而采用“雨洪法”进行洪水计算。

架桥水库鉴于集水面积分明流区和闭流区的情况，本次水库坝址处设计洪水采用“明流区设计洪水” 过程线+“闭流区地下洪峰流量计算公式的S1泉水处洪水”过程线的错峰叠加后的成果；其中S1泉水洪水过程线由闭流区A7+A5， 闭流区A2、闭流区A3、闭流区A4、闭流区A6的洪水过程线叠加而成。

（1）明流区洪水

架桥水库明流区集水面积8.17km2，主河道长4.44km，主河道平均坡降16.58‰，根据确定的暴雨参数，按《贵州省暴雨洪水计算实用手册》和《贵州省特小流域暴雨洪水计算手册》（修订稿） 中规定的公式计算， 相关取值参数： 设计流域为丘山为主，中等或部分强岩溶，植被一般，属Ⅰ1区，汇流系数取下限值0.335， 洪峰径流系数C 取均值，暴雨衰减指数n3=0.80， 暴雨折减系数Δn3分区为7区[2]。

据此，计算得到明流区设计洪水成果如表2。

表2 架桥水库明流区天然设计洪水成果表

（2）S1泉水洪水计算

架桥水库闭流区A7区河流发源于马鞍坡，流经上司、甲里等村镇，在干拉组、拉把林组、郭寨处分别潜伏， 经地下暗河后主要在闭流区A5处养寨出水点S2以及琴寨出水点S3 出露， 流经豆寨、月亮，在月亮处潜伏进入地下暗河后，在明流区S1泉水处出露。

①闭流区A7区（出水点为S2、S3）下泄洪水计算

闭流区A7区集雨面积161.6km2， 河流发源于马鞍坡，流经上司、甲里等村镇，在干拉组、拉把林组、郭寨处分别潜伏，经地下暗河后主要在闭流区A5处养寨出水点S2以及琴寨出水点S3出露，经历史洪水调查， 两处出水点的洪水淹没情况基本相同，因此，将其拟化为一个其中出水点进行洪水计算[3]。

据当地居民反映， 该处年年受洪水淹没小洪水时淹没时间约2 天左右， 遇到大洪水时淹没时间为6 天左右，拟定A7区淹没时间在2—6 天间变动。

因此， 本次闭流区地下洪峰流量计算公式采用《贵州省特小流域暴雨洪水计算标准》研究报告中对闭流区洪水的计算公式， 代入上述的相关参数，可计算得各频率下闭流区A7区下泄洪峰流量，成果见表3。②闭流区A5区（出水点为S1）下泄洪水计算

表3 架桥水库闭流区A7 区各频率下泄洪峰流量计算成果表

闭流区A5区洪水主要其自身集雨面积产生的洪水与养寨、琴寨处洪水叠加而成，该区内河流发源于下墨寨，流经麻然、琴寨、豆寨、月亮，在月亮处潜伏进入地下暗河后，在明流区S1泉水处出露。根据当地居民反映，月亮处经常被淹没，小洪水的时候淹没约2 天，发大水的时候淹没约6 天，拟定A5区淹没时间在2—6 天间变动。

由于A5区存在淹没，其淹没时间与A7区下泄的洪量存在一定联系。本次计算A5区洪水时，其各频率设计洪量采用A5区各频率下24h 设计洪量与相应频率下A5区淹没时间对应的A7区下泄的洪量之和。

同理采用 《贵州省特小流域暴雨洪水计算标准》研究报告中对闭流区洪水的计算公式，代入上述的相关参数， 可计算得各频率下闭流区A5区下泄洪峰流量，成果见表4。

表4 架桥水库闭流区A5 区各频率下泄洪峰流量计算成果表

③闭流区A2区、A3区、A4区及A6区 （出水点为S1）洪水计算

根据历史洪水调查情况可知，闭流区A2区、A3区、A4区及A6区洪水淹没情况基本相同， 其出水点均为S1泉水，小洪水的时候淹没约2 天，发大水的时候淹没约5 天，拟定淹没时间在2—5 天间变动。

同理采用 《贵州省特小流域暴雨洪水计算标准》研究报告中对闭流区洪水的计算公式，代入上述的相关参数， 可计算得各频率下各闭流区下泄洪峰流量， 由于闭流区A2区、A3区、A4区及A6区洪水淹没情况相同，故将其统一概化，成果见表5。

表5 架桥水库闭流区A2 区~A6 区各频率下泄洪峰流量计算成果表

④S1泉水处天然洪水

设计洪水过程线采用三角形概化过程线[4]，结合历史洪水调查洪峰出现时间， 拟定大洪水洪峰出现时间为5 个小时， 小洪水的洪峰出现时间为7—8 小时，一般洪水的洪峰出现时间为10 个小时左右。 将闭流区A5出水点（S1泉水）洪水过程线与闭流区A2区、A3区、A4区及A6区出水点（S1泉水）洪水过程线相叠加 即得到S1泉水处天然洪水过程线， S1泉水处洪水成果见表6。

表6 S1 泉水处设计洪水成果表

（3）坝址处设计洪水

架桥水库坝址设计洪水过程线为 “明流区洪水”过程线与“S1泉水处洪水”过程线的叠加，考虑到S1泉水距坝址1.3km，错峰时间较短，因此洪水过程线不考虑错时叠加，其洪水成果见表7。

表7 架桥水库坝址天然设计洪水成果表

3 设计洪水合理性分析

从暴雨统计参数来看，以荔波气象站、荔波水文站为主要参证站，暴雨统计参数与《贵州省暴雨洪水计算实用手册》 中相关暴雨等值线图是吻合的； 从区域综合分析角度看， 设计洪水P=0.1%—20%洪峰模数为3.70—1.84m3/s·km2（面积影响指数n=0.69）， 洪峰模数与邻近流域其它工程相比偏小，主要原因是由于流域内岩溶发育强烈，对洪水的削峰作用极大； 从与历史洪水成果比较看，2000 年历史洪水重现期为80 年一遇， S1泉水处处历史洪水调查流量为107m3/s， 与相应频率下采用闭流区洪水公式计算的洪峰流量为104m3/s 较为接近；坝址处历史洪水调查流量为116m3/s， 与雨洪法计算的相应频率洪峰流量121m3/s 相差不大，洪水成果较为合理。

为验证洪水的合理性， 本次计算的同时结合历史洪水调查， 采用高切林公式对计算的闭流区A7、闭流区A5、闭流区A4的下泄洪峰流量进行计算。根据前述计算成果，闭流区A7区采用高切林调洪公式计算的80 年一遇的下泄流量为116m3/s，与闭流区地下洪峰流量计算公式计算的123m3/s 相差不大； 闭流区A5区采用高切林调洪公式计算的下泄流量为44.1m3/s，与闭流区地下洪峰流量计算公式计算的50.6m3/s 相差不大；闭流区A4 区采用高切林调洪公式计算的下泄流量为4.36m3/s，与闭流区地下洪峰流量计算公式计算的4.73m3/s 相差不大。 综上所述，洪水成果是合理的。

综上所述， 可认为架桥水库坝址设计洪水计算分区区划可行，叠加计算的设计洪水过程合理，其设计洪水成果也符合流域的暴雨特性及流域洪水特征。

4 结论

（1）对复杂强岩溶地区的设计洪水计算，应基于地勘调查成果，并结合岩溶通道排泄形态、能力等因素，灵活划分、组合各计算分区，使复杂岩溶区域设计洪水叠加计算过程更具合理性。

（2）设计流域岩溶通道具有不规则性，对于多岩溶入口对应多出口的区域， 可将多出口拟化为一个出口，根据洪水淹没的时间进行调整计算，并采用高切林公式进行复核，分析洪水的合理性；对于多岩溶入口对应一个出口的区域， 可根据出口处调查的历史洪水水位计算历史洪水， 反推多岩溶入口下泄洪水叠加成果的合理性。 本次S3+S2、S1泉水通道泄流试算成果与历史调查成果基本相适应，因此，本次计算方法对复杂岩溶地区缺乏实测水位、 流量资料的洼地泄流能力分析具有一定的指导意义。

（3）架桥水库坝址处的设计洪水计算，结合设计流域洪水产汇过程， 各分区灵活采用错时叠加S3+S2泉水、S1泉水的调洪演算出流过程，推算坝址处设计洪水成果。 该方法结合泉水历史出流数据进行了详细分析， 其计算的设计洪水成果较采用全流域计算更为合理。 □