考虑暴雨修正的水文比拟法应用实例

刘 颖，张 侨，蒙天易，汤飞飞

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550002)

贵州省位于我国西南部、地处云贵高原，境内92.5%的面积为山地和丘陵。区域地形崎岖、坡度大。地貌以岩溶低山、溶丘洼地、溶丘盆地为主，河谷大都切割较浅，并分布有3～4级阶地，一、二级多为堆积或内迭阶地，三、四级多为基座或侵蚀阶地。在岩溶区，较大河流两侧常有大泉或暗河在近河面处排出[1-2]。贵州属亚热带湿润季风气候区，境内气候温暖湿润，降水较多、雨季明显，受大气环流及地形等影响，省内气候呈多样性且不稳定，“一山分四季，十里不同天”。独特的地形地貌造、多变的气候使贵州省内各流域的暴雨洪水差异较大。

目前，水利水电工程设计洪水计算方法有“雨洪法”、“水文比拟法”等，“雨洪法”根据各地区《暴雨洪水计算手册》，并结合不同的流域面积选取不同的雨洪计算公式[3]，但该方法不适用于集水面积大于300km2的流域[4]；“水文比拟法”则是依据流域附近的参证站实测系列，采用面积比计算设计洪水[5-7]。当采用常规“水文比拟法”计算相邻流域的设计洪水时，仅考虑面积比修正，而忽略了参证站与设计流域暴雨洪水特性的差异，且不符合实际情况。

因此，文章同时采用常规水文比拟和考虑面上暴雨修正的水文比拟两种方法来计算设计洪水，并将其应用于贵州省江口县小江河桃映段防洪治理工程中，同时结合设计流域历史洪水调查成果，来综合分析确定设计洪水成果，使洪水计算成果更符合实际。

1 防洪工程及流域概况

贵州省江口县小江河桃映段防洪治理工程位于江口县桃映镇境内，距离江口县城19.5km，所在河流为长江流域沅江水系锦江一级支流小江河。流经贵州省松桃苗族自治县、江口县、铜仁市和湖南省凤凰县，发源于松桃县寨英镇兴家庄村，向东南流经茶子湾、落满、寨英、王家坪、凯牌、岑鼓坡进入江口县怒溪镇，经长坪、河对门、大坪、地楼、锦花村进入江口县桃映镇，经桃映社区、翁稿村、翁会村、溪口村、小屯村进入铜仁市碧江区和平乡，经稿坪、和平村、陈家寨村、龙鱼村，左纳德胜屯河、至两河口左纳大梁河，经白马洞、清水塘转南流，至铜仁碧江区铜岩注入锦江。流域总面积1373km2，流域呈宽短形。贵州省境内面积1328km2，干流河长91km，平均比降11.1‰，占全流域面积的96.7%。

小江河上游多为天然岸坡，缺少防护措施，目前河道行洪能力较低，洪灾频繁，汛期洪水冲刷较严重、稳定性差，沿河两岸村寨集中，发生较大洪水可能造成塌岸，造成较大的损失，迫切的需要修建防洪工程。本次防洪治理河段为小江河桃映洞—富里坳区间河段，治理河段总长约9.5km，治理起点以上集水面积252km2，河长38.37km，比降17.1‰；治理终点以上集水面积624km2，河长61.15km，比降4.31‰。

2 设计洪水计算

2.1 参证站选择

治理河段所在设计流域内有清水塘水文站，周边的锦江干流上分别有卢家洞、茅溪水文站和铜仁、江口水位站。工程流域内设有寨英、普觉、匀都、桃映、和平等雨量站点，流域周边有江口气象站、铜仁气象站、凯马、太平、石砚、牛郎等雨量站点。

江口水位站资料不连续且系列短，清水塘、茅溪水文站仅有2014至今实测资料，均不适合作为水文参证站；卢家洞水文站与治理河段同属锦江流域，集水面积3346km2，由铜仁水位站下迁而来，铜仁水位站集水面积3324km2，两站集水面积差别小可合并为一站进行分析，从距离、下垫面条件、产汇流条件上看，卢家洞水文站与设计流域基本相似，因此选用该站作为参证站。卢家洞水文站具有1975—2014年实测洪峰资料系列，铜仁水位站具有1953—1974年实测洪峰流量系列，铜仁水文站与卢家洞在锦江干流上为上下游关系，集水面积仅相差22km2，可将该站资料系列比拟至卢家洞，组成1953—2014年洪峰流量系列。

江口气象站属国家专用站，该站具有1959至今的连续降水资料系列，资料每年都进行整编，成果可靠；在雨量站中，桃映雨量站、匀都雨量站和普觉雨量站均位于设计流域内，且3站资料系列较长，资料连续性较好，气候和下垫面条件基本相同；因此，选择江口气象站、桃映、匀都、普觉雨量站作为本次设计的暴雨参证站。

2.2 历史洪水调查

2022年5月对该防洪工程所在河段进行了历史洪水调查，调查到1933年为最大洪水，该场洪水重现期约为70a一遇。根据治理河段实测纵横断面资料，采用曼宁公式进行计算，治理起点断面1933年洪峰流量约为1433m3/s、治理终点断面1933年洪峰流量约为2820m3/s；调查到2021年洪水，重现期约为4a一遇，计算得到治理起点断面2021洪峰流量约为474m3/s、治理终点断面2021洪峰流量约为943m3/s。

2.3 设计洪水计算

2.3.1参证站设计洪水

卢家洞水文站具有1975—2014年实测洪峰资料，将该站资料系列比拟至卢家洞，组成1953—2014年实测洪峰资料系列，并加入1933和1935年历史洪水，组成64年的不连续洪水系列。1995年实测洪水洪峰流量最大，1933年历史洪水洪峰流量排位第二、1935年历史洪水洪峰流量排位第三；1954年实测洪水洪峰流量排位第四，但比排位第三的1935年历史洪水小很多，故将1933、1935和1995年3场洪水洪峰流量均提作特大值处理，首项1995年历史洪水洪峰流量的重现期定为100年。

表1 卢家洞水文站设计洪水成果表

2.3.2常规水文比拟法

只考虑面积修正的水文比拟法计算公式如下：

(1)

2.3.3考虑暴雨修正的水文比拟法

考虑暴雨修正后，水文比拟法计算公式如下：

(2)

面积比指数一般通过本流域及邻近流域相关测站的洪峰流量均值与集水面积建立幂回归分析，幂指数即为面积比指数。根据《卢家洞水电站改扩建工程可行性研究暨初步设计报告》中对本地区的分析成果，面积比指数为0.76，本次计算引用该成果。

设计洪水变差系数Cv取值依据贵州省洪峰流量变差系数Cv值与集水面积的关系的经验公式：

ΔCv=α×Lg(F治/F参)

(3)

式中，α—经验系数，取值范围-0.1～-0.2，本次取值-0.1。

3 结果对比

根据卢家洞水文站设计洪水成果，采用上述公式，分别计算得到计算断面设计洪水成果，见表2—3。

表2 设计洪水计算成果表

表3 设计洪水与历史洪水成果对比表

结合历史洪水调查成果分析：

治理起点70a一遇调查历史洪水约为1433m3/s，4a一遇调查历史洪水约为474m3/s，考虑暴雨修正比拟法中70a一遇(P=1.43%)设计洪峰流量为1460m3/s、4a一遇(P=25%)设计洪峰流量为482m3/s，两者成果相差在2%以内；同理，治理终点断面70a一遇洪水约为2820m3/s，4a一遇洪水洪峰约为943m3/s，考虑暴雨修正的比拟法中70a一遇(P=1.43%)设计洪峰流量为2760m3/s、4a一遇(P=25%)设计洪峰流量为968m3/s，两者成果相差在3%以内。而历史洪水调查成果与常规水文比拟成果相差较大。

由此可见，与考虑暴雨修正的比拟法之成果与历史洪水调查成果更为接近、更符合实际。

4 结语

本文以铜仁市江口县防洪治理工程为研究实例，以卢家洞水文站为参证站，分别采用常规水文比拟法和考虑暴雨修正的水文比拟法，将卢家洞站洪水成果比拟至防洪治理工程所在河段，并结合历史洪水调查成果综合确定设计洪水成果。结果表明：在治理起点和终点，考虑暴雨修正的比拟成果与历史洪水调查成果相差在2%以内，而常规水文比拟法成果与历史洪水成果相差7.74%～12.1%。因此，考虑暴雨修正的比拟法成果与历史洪水调查成果更为接近、更符合实际。

本文通过上述研究，为防洪工程设计洪水计算提供了参考，同时，未来还可对暴雨参数选取、面积分级修正等内容进行深入研究。