基于同频率法的清江上游干流洪水组合分析

王伟，刘伦华，余之光，黄绪臣

摘要：清江上游地区干支流水情复杂，且存在已建控制性调蓄工程。为确定清江姚家平水利枢纽防洪库容需求，利用同频率法分析了湖北省恩施市上游清江干流多区间洪水组合。结果表明，清江上游干流共有4种组合洪水工况：① 大龙潭坝址与姚家平坝址发生同频率洪水，上区间发生相应洪水；② 大龙潭坝址与上区间发生同频率洪水，姚家平坝址发生相应洪水；③ 大龙潭坝址相应洪水与姚家平坝址发生同频率洪水，上区间发生相应洪水；④ 大龙潭坝址相应洪水与上区间发生同频率洪水，姚家平坝址发生相应洪水。最后选取了有代表性的1982年7月、1989年7月、1996年7月洪水作为洪水地区组成分析的典型代表，推求了不同情况下姚家平水利枢纽坝址设计洪水。研究成果可为恩施市城区防洪调度提供参考。

关键词：设计洪水； 洪水组合； 同频率法； 清江流域

中图法分类号：TV122文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.09.002

文章编号：1006-0081（2023）09-0011-04

0引言

设计洪水是确定河道枢纽设计的重要参数，是涉水工程规划设计、防洪调度的核心。对于干支流分布调蓄作用较大的梯级水库，确定区域洪水组合是必要的。恩施姚家平水利枢纽防洪对象为恩施市城区，根据湖北省人民政府批复的《恩施市城市总体规划（2011-2030）（2016年修订）》，到2030年，城市人口60万人，防护区等别为Ⅲ等，防洪标准为50 a一遇洪水标准。姚家平坝址以上洪水和姚家平—恩施市区间（以下简称“姚—恩”区间）有两个较大支流汇入，且有已建大龙潭水库参与防洪调度，多断面多区间洪水遭遇组成复杂多变。目前，受上游水库调蓄影响的设计洪水计算方法主要有地区组成法［1-5］、频率组合法［6-7］、随机模拟法［8-9］、实测暴雨移置法［10］、多方法集成［11］等。针对多水库、多区间，目前较少有明确的频率组合方法用以计算设计洪水。因此，本文提出采用多层次同频率洪水地区组成法，分析研究恩施市城区设计洪水组合，旨在为恩施市城区防洪工程的设计与调度提供参考。

1研究区域概况

清江是长江中游南岸的一级支流，发源于湖北省利川市齐跃山东麓。恩施市以上清江干流有多处梯级电站，其中只有姚家平、大龙潭具有较好的调节性能，可承担恩施市的防洪任务。姚家平水利枢纽坝址位于清江上游恩施市境内，下游距恩施市城区约38 km。坝址以上流域面积1 928 km2，水库正常蓄水位745.00 m，防洪库容1.1亿m3，总库容为3.20亿m3。大龙潭水库坝址以上流域面积2 396 km2，水库正常蓄水位461 m，防洪库容2 700万m3，总库容为5 200万m3。

在研究洪水地区组成时，需考虑姚家平水库和大龙潭水库及相应区间的洪水地区组成。恩施市洪水由姚家平坝址洪水、姚家平坝址至大龙潭坝址区间（简称“上区间”）洪水、大龙潭坝址到恩施区间（简称“下区间”）洪水3部分组成，详见图1。

2研究方法

2.1多层次同频率地区组成法

多层次同频率地区组成法是根据防洪要求，先假定出现下游设计断面洪水Wn与上游设计断面同频率的洪水Wn+1，另一区间出现相应洪水Qn+1，相应洪量总数则按水量平衡原则推求Qn+1=Wn-Wn+1，然后依次类推至上一个设计断面洪水Wn+2和区间洪水Qn+2［12］，详见图2和表1。

2.2洪水组合分析

湖北恩施清江上游干流组合洪水工况如下（表2）。

（1） 恩施站与大龙潭坝址发生同频率洪水，下区间发生相应洪水。该组合又包括两种可能组合：① 大龙潭坝址与姚家平坝址发生同频率洪水，上区间发生相应洪水，即组合一；② 大龙潭坝址与上区间发生同频率洪水，姚家平坝址发生相应洪水，即组合二。

（2） 恩施站与下区间发生同频率洪水，大龙潭坝址发生相应洪水。为进一步分析洪水地区组成情况，需分析大龙潭坝址相应洪水对应频率。经分析，恩施与下区间发生50 a一遇频率洪水时，大龙潭坝址相应洪水基本相当于20 a一遇频率洪水。则该组合可进一步分为两种组合：① 大龙潭坝址相应洪水与姚家平坝址发生同频率洪水，上区间发生相应洪水，即组合三；② 大龙潭坝址相应洪水与上区间发生同频率洪水，姚家平坝址发生相应洪水，即组合四。

2.3典型洪水过程选取

通过多次大洪水的暴雨分析，大部分情况下姚家平坝址以上和姚家平坝址-恩施断面（姚-恩）区间的降水量分布比较均匀，但约有30%的情况下区间降水量明显较大，其洪水组成比较复杂。由于姚家平水文站的实测资料较少，在选取多个代表性的典型洪水过程时，主要以对应的最大24 h降水量为依据，来判断姚家平坝址以上、上区间、下区间的洪水大小。分别按干流为主、上区间为主、上游干流和区间较均匀这3种情况选取代表性的典型洪水组成，根据各区间降水量比较，选取有代表性的1982年7月、1989年7月、1996年7月洪水作为洪水地区组成分析的典型代表，见表3。

2.4区间同频率设計洪水

姚家平坝址至恩施断面之间河道长38 km（流域面积F=1 000.4 km2），由上、下两区间组成，上区间为姚家平坝址-大龙潭坝址，主要支流有车坝河（F=252.3 km2）和龙桥河（F=93.5 km2）；下区间为大龙潭坝址-恩施（F=532 km2），主要支流有带水河（F=490 km2）。考虑到龙桥河面积比较小，将上区间以车坝河（占上区间面积的53.9%）作为典型设计洪水单元，下区间以带水河（占区间面积92.1%）为典型设计洪水单元，分别以暴雨途径按瞬时单位线法计算出各单元的典型设计洪水，再以洪峰流量面积比指数分别放大到上、下区间，求得上、下区间的设计洪水过程。姚家平至恩施上、下区间设计洪水成果见表4。

2.5典型斷面设计洪水

大龙潭水库电站2005年8月发电，此后恩施水文站流量资料受到一定程度的影响，设计采用1958～2004年共47 a实测水文系列资料进行水文分析，求得恩施站设计洪水成果。姚家平坝址设计洪水利用恩施站设计洪水移置，按洪峰流量面积比指数0.642，计算求得坝址设计洪水。系列延长后，姚家坪坝址、大龙潭坝址、恩施水文站设计洪峰流量较姚家平水利枢纽项目建议书成果及大龙潭初步设计成果略小（表5），其中恩施站较项目建议书减小幅度为2.7%，相关设计成果基本一致。

2.6相应洪水与地区洪水组合成果

根据姚家平和恩施站历年实测同次洪水资料统计，姚家平坝址至恩施河段洪水传播时间平均约3 h，其中上区间（姚家平坝址-大龙潭坝址，26 km）洪水传播时间约2 h，下区间（大龙潭坝址-恩施，12 km）洪水传播时间约1 h。当恩施站与大龙潭发生同频率洪水时，下区间相应洪水以大龙潭坝址同频率洪水演进至恩施站的过程与恩施站设计洪水相减得到；当大龙潭坝址与姚家平坝址发生同频率洪水时，上区间相应洪水以姚家平坝址同频率洪水演进至大龙潭坝址的过程与大龙潭坝址设计洪水相减得到；当大龙潭坝址与上区间发生频率洪水时，姚家平坝址相应洪水以上区间频率洪水演进至大龙潭坝址的过程与大龙潭坝址的设计洪水相减得到。当恩施站与下区间发生同频率洪水时，大龙潭坝址相应洪水以下区间同频率洪水演进至恩施站的过程与恩施站设计洪水相减得到；此时姚家平坝址和上区间按面积比分配大龙潭坝址相应洪水。根据上述分析计算，组成各区域设计洪水过程，其中50 a一遇洪水洪峰流量成果见表6。

3结语

清江上游地区是湖北恩施等重要城市的所在地，由于该地区干支流水情复杂，且存在已建控制性调蓄工程。本文针对湖北恩施以上清江干流来流以及已建枢纽情况，利用多层次同频率洪水地区组成法，对多水库、多区间地区洪水组合进行了分析，研究成果可为恩施市防洪调度提供参考。

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［12］詹道江，叶守泽.工程水文学［M］.北京：中国水利水电出版社，2000.

（编辑：江文）

Combined flood analysis of main stream in upper Qingjiang River based on same frequency method

WANG Wei1，LIU Lunhua2，YU Zhiguang1，HUANG Xuchen1

（1.Hubei Water Resources and Hydropower Planning Survey and Design Institute Co.，Ltd.，Wuhan 430070，China；2.Hubei Provincial Administration of River Diversion Project，Wuhan 430070，China）

Abstract： The water flow of main and branch rivers in upstream Qingjiang River was complex，and there were already built control storage projects.In order to determine the demand for flood control storage capacity of Yaojiaping Water Control Project on the Qingjiang River，we used the same frequency method to analyze the multi-interval flood combination on the main stream of the Qingjiang River in the upper reaches of Enshi City，Hubei Province.The results indicated that there were four operating conditions for the combined flood of the upper reaches of the Qingjiang River.① The Dalongtan Dam site and Yaojiaping Dam site experienced floods of the same frequency，with corresponding floods occured in the upper section；② The same frequency of floods occurred at the Dalongtan Dam site and the upper section，while corresponding floods occurred at the Yaojiaping Dam site；③ The corresponding floods at the Dalongtan Dam site occurred at the same frequency as those at the Yaojiaping Dam site，with corresponding floods occurring in the upper section；④ The corresponding floods at the Dalongtan Dam site occurred at the same frequency as those in the upper section，while the corresponding floods occurred at the Yaojiaping Dam site.Finally，the representative floods of July 1982，July 1989，and July 1996 were selected as typical representatives for the analysis of flood area composition，and the design floods of the Yaojiaping Water Conservancy Complex dam site under different working conditions were calculated.The research results can provide a reference for flood control scheduling in urban areas of Enshi City.

Key words： design flood； combined flood； same frequency method； Qingjiang River Basin