巢湖流域水文模型及水文成果

田 娟

(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088)

巢湖流域位于安徽省中部，属于长江下游左岸水系，为全国五大淡水湖之一，流域总面积为13544.7km2，其中巢湖闸上面积9185.6km2，闸下面积4359.1km2。巢湖流域地形复杂，中上游为山丘区，下游为圩区，其中山丘区9697.7km2，占流域面积71.6%；圩区3040.8km2，占流域面积22.4%；湖泊806km2，占流域面积6.0%。

巢湖流域面积大，水文计算内容较多，在历年的流域防洪规划中，只计算了典型年的洪水，根据长江水位的高低，综合确定了典型年的重现期。随着大水年的增加和计算手段的革新，本文依托MIKE11 NAM模型，搭建巢湖流域的水文模型，并进行了长系列计算，对长系列计算成果进行p-Ⅲ型曲线适线，最终确定了各频率年的巢湖闸上入湖洪峰流量、闸上及闸下洪量，供防洪方案调洪计算时使用，以确定一定频率年的工程规模。

1 巢湖流域水文模型搭建

巢湖流域山丘区水文分区在1∶1万数字高程图(DEM)上进行划分，并进行各分区的面积量算。

1.1 巢湖流域水文分区

(1)巢湖闸上分区。巢湖闸上面积9185.6km2，分区按照山丘区、圩区进行划分，巢湖闸上山丘区共划分为33个子流域，闸上万亩以上大圩共26个，划分为26个分区；万亩以下圩区有158个，数量多，但面积小，根据位置分片概化，一条河道上的中小圩概化成一个，合计8个；巢湖湖区划分为一个分区，巢湖闸上分区共计68个。巢湖闸上山丘区子流域分区见表1。

(2)巢湖闸下分区。巢湖闸下流域总面积4359.1km2，分区按照山丘区、圩区进行划分，巢湖闸下山丘区共划分为23个子流域，闸下万亩以上大圩共28个，划分为28个分区；万亩以下圩区有162个，数量多，但面积小，根据位置分片概化，一条河道上的中小圩概化成一个，合计7个；巢湖闸下分区共计58个。巢湖闸下山丘区子流域分区见表2。

巢湖流域水文分区共计126个。巢湖流域水文分区如图1所示。

图1 巢湖流域水文分区位置图

1.2 一维河道概化

模型中构建一维河道的目的是方便各分区洪水汇流，最终得到各河道出口的洪水过程。

表1 巢湖闸上山丘区子流域划分基本情况表

表2 巢湖闸下山丘区子流域划分基本情况表

(1)巢湖闸上。为将沿河圩口和山丘区子流域的水汇入河道中，在巢湖闸上搭建的一维河道包括南淝河、丰乐河、杭埠河及白石天河共4条河道，将派河、柘皋河等面积不大的河道概化为一个区间，不需要搭建一维河道，洪水直接连接巢湖，这些河道的圩口也主要分布于河道下游，相关的中小圩直接连接巢湖。

(2)巢湖闸下。为将沿河圩口和山丘区子流域的水汇入河道中，在巢湖闸下搭建的一维河道包括清溪河、裕溪河、牛屯河、西河、花渡河、永安河、兆河及县河等8条河道。

巢湖流域水文模型概化如图2所示。

图2 巢湖流域水文模型概化图

1.3 边界条件

巢湖流域水文模型主要计算巢湖闸上洪水过程，不涉及洪水调算，故不需要调度各闸站，主要利用的边界条件为降雨过程及各个圩区泵站的排涝能力。

(1)雨量站选用情况。巢湖流域内现有雨量站132处，根据雨量站的分布情况，每个分区选用1～4个雨量站进行计算。

(2)圩区排涝能力。圩区外排流量主要由排涝站排水能力决定，在1991年大水后，防洪体系进一步提升，随着防洪排涝工程的建设，流域防洪排涝能力不断提高，排水模数取值0.7m3/s/km2。

(3)模型计算参数。NAM模型中的参数根据《巢湖流域防洪治理规划》水文水动力专题报告中的方法确定，河道一维水动力模型中的糙率取值0.03。

2 主要洪水成果

巢湖流域现有雨量站132个，由于各个站点建站的时间不一致，有的站虽然建站早，但降雨观测不连续，考虑到资料的完整性及连续性，本次洪水计算采用建裕溪闸后的系列年，即1968—2020年共计53年。

通过巢湖流域洪水模型可计算出各个支流及与湖区直接连接分区的洪水过程，将所有支流及与湖区连接的分区洪水逐日叠加即得到巢湖闸上洪水过程。

2.1 巢湖闸上入湖洪峰成果

对巢湖闸上历年入湖洪峰流量进行统计分析，根据P-Ш频率曲线适线(如图3所示)，变差系数Cv=1.06，Cs/Cv=3.0，频率分析成果见表3。

表3 巢湖闸上洪峰流量排频成果表

图3 巢湖闸上洪峰流量频率曲线

2.2 巢湖闸上洪量分析

巢湖闸上洪量选取3、7、30、90d四个统计时段，其中最大30d洪量一般决定巢湖最高湖水位，最大3、7和90d为控制洪水过程。巢湖闸上最大3、7及30d洪量出现在1991年，分别为17.4亿、28.8亿和51.6亿m3，最大90d洪量出现在2020年，为75.1亿m3。对各时段洪量进行P-Ш频率分析，成果见表4，频率曲线如图4所示。

表4 巢湖闸上洪量分析成果表 单位：亿m3

图4 巢湖闸上3、7、30和90d洪量频率曲线

2.3 巢湖闸下洪量分析

巢湖闸下洪量选取3、7、30、90d四个统计时段计算。巢湖闸下最大3和7d洪量出现在2016年，为12.9亿和22.1亿m3，最大30、90d洪量出现在1991年，分别为31.5亿和40.9亿m3。对各时段洪量进行P-Ш频率分析，成果见表5，频率曲线如图5所示。

表5 巢湖闸下洪量分析成果表 单位：亿m3

图5 巢湖闸下3、7、30和90d洪量频率曲线

2.4 巢湖流域洪量频率分析

通过重复上述演算洪水过程，选取巢湖流域3、7、30、90d 4个时段分析洪量。巢湖流域最大3和7d洪量出现在1969年，为27.8亿和47.8亿m3，最大30、90d洪量出现在1991年，分别为82.9亿和114.6亿m3。对各时段洪量进行P-Ш频率分析，成果见表6，频率曲线如图6所示。

表6 巢湖流域洪量分析成果表 单位：亿m3

图6 巢湖流域3、7、30和90d洪量频率曲线

3 巢湖闸上设计洪水过程

将巢湖闸上各分块洪水过程累加即得到巢湖入湖洪水过程，根据闸上最大1d入湖流量排频成果以及闸上最大3、7、30、90d洪量排频成果，对要进行调节计算的典型年闸上来水过程进行同频率缩放，得到不同重现期(200、100、50及20a一遇)闸上来水过程，2020、2016、1991及1969年大水年各频率入湖过程如图7—10所示。

图7 2020年型入湖设计洪水过程

图8 2016年型入湖设计洪水过程

图9 1991年型入湖设计洪水过程

图10 1969年型入湖设计洪水过程

4 结语

本文通过长系列洪水计算，得到各支流的长系列洪水过程，在此基础上进行统计分析，分析得到流域各频率洪峰/洪量成果。将巢湖闸上各分块洪水过程累加即得到巢湖闸上入湖洪水过程，根据闸上最大1d入湖流量排频成果以及闸上最大3、7、30、90d洪量排频成果，可对要进行调节计算的典型年闸上来水过程进行同频率缩放，得到不同重现期(200、100、50及20a一遇)闸上来水过程，该典型年各频率的洪水过程是流域各方案调洪演算的基础，结合方案拟定及调算，可确定各频率年的工程规模。