天目溪流域干流洪水计算及成果分析

天目溪流域干流洪水计算及成果分析
摘要：天目溪位于浙西山区，属钱塘江上游，为典型的山溪性河流，源短流急，洪灾频繁。

近年来，随着城镇化的进展，城镇防洪工程及干流河道治理工程逐渐增多，确定设计流域的各频率洪峰流量直接关系到工程项目的安全、规模和效益。

该流域无实测流量资料，多年以来，没有相关的规划或设计报告对天目溪干流的设计洪水有个全面的计算及系统的方法介绍。

本人在天目溪主干流河道整治设计中对干流洪水进行了详细的计算，第一次利用浙江省瞬时单位线法推求得几个重要断面的设计洪峰流量，并对其成果了进行合理性分析，希有后来研究者对本流域的洪水计算方法及成果进行不断的改善与补充。

关键词：天目溪洪水计算分析
天目溪位于浙西天目山山区，流域面积773.1km2，为临安市第二大河流，占全境面积1/4左右，随着城镇化进程的加快，流域内的多条河流两岸城镇建设速度加快，客观上要求城镇段河道需进行整治，以满足防洪要求。

天目溪干流沿线涉及的保护对象众多，最主要的保护对象有2个，分别为於潜镇镇区、潜川镇镇区。

天目溪属山溪性河流，源短流急，洪水暴涨暴落，两岸水患严重。

主要洪水由梅雨及台风雨形成。

洪水峰高量大，次洪水过程主要段历时一般在3天左右。

一、已有成果
天目溪流域无径流测量水文站，无实测流量资料，文献记载的历史洪水资料也基本没有。

到目前为止，天目干流洪水仅能在《天目溪、昌化溪流域综合治理规划报告》中查到以下数据，如下表1所示。

但该报告未对天目溪干流的设计洪水成果有个全面的计算与系统的方法介绍，其洪峰流量的数值也值得做进一步分析。

流域治理规划中天目溪干流各断面设计洪水洪峰流量表
表1
断面位置集雨面积P=5% P=10% P=20% 备注
绍鲁165 952 822 705 原绍鲁乡政府下
於潜镇 370 1809 1512 1247 於潜酒厂桥下
堰口710 2847 2431 1940 古竹水汇入口以下
紫水759 3251 2776 2216 麻车埠桥
二、天目溪干流设计洪水推求1、流域概况
天目溪流域范围介于东经119°16′--119°34′，北纬30°03′--30°25′。

东面与苕溪流域接壤，西面与昌化溪流域接壤。

天目溪位于浙西山区，属钱塘江上游，发源于浙西天目山北与安吉交界的桐坑岗，主峰高1506m，自东关溪源头至紫溪昌化江汇合口，主源全长58.0km，集雨面积773.10km2，比降6.44‰。

昌化溪与天目溪汇合后称分水江，昌化溪为分水江主源，天目溪是分水江最大的支流。

天目溪发源于西天目山北与安吉交界的桐坑岗，主峰高1506m（1985国家高程），主源为东关溪。

自牯牛塘南流经平溪、后院，至钟家村汇西关溪，至白鹤村汇正清溪；经交口、绍鲁，于双溪口汇丰陵溪，下称天目溪。

过於潜镇，至摇车桥汇藻溪，南山坞汇太阳溪（交溪），龙头畈汇古竹水，逸村汇竹岭水，小溪口汇竺溪，麻车埠汇中塘水，至紫溪汇昌化溪后入分水江。

英公水库位於虞溪上，距离距於潜镇约10km，水库集水面积为81.3km2，除险加固阶段大坝防洪标准为100年一遇设计，2000年一遇校核。

公水库正常蓄水位166.10m（1985国家高程基准，下同），总库容为3347万m3。

英公水库是一座以防洪为主、兼顾灌溉、供水发电及改善水环境的综合功能的中型水库。

2、气象
天目溪流域属亚热带季风气候区，气候温和湿润、雨量丰沛、四季分明、日照充足。

境内山峦重叠，夏炎多雨，冬冷少雨，春秋多雷暴雨，具有山区气候特点。

3～4月初春季节，地面盛行东南风，多降连绵细雨。

5～7月春末夏初，暖湿太平洋高压气团渐向大陆推进，锋面常在流域上空停滞或摆动，造成连续降水，降水强度大且量多，俗称梅雨。

7～9月盛夏季节，天气炎热，盛行偏南风，多雷阵雨和台风雨。

10～11月秋季，天气以晴朗少雨为主。

12～2月寒冬季节，地面盛行偏北风，气温低，会出现雨雪天气。

天目溪流域降水时空分布不均，年内变化大，其中3~9月份七个月降水量约占全年总降水量的80%，年际变化显著，丰枯之比达到2.1。

灾害性天气主要由梅雨、台风雨、寒潮、低温、冰雹及干旱等引起，给工农业生产、交通运输、电力供应和人民的生活带来极大的危害。

3、基本资料
天目溪流域设有登村、西天目、於潜、藻溪等4个雨量站（见表4-2），设站时间自上世纪30年代至60年代不等，均有连续三十年以上雨量观测资料。

西天目、藻溪两雨量站分别于1992年、1995年撤消。

相邻的昌化溪流域有青山殿水文站，位于昌化溪河口，控制集水面积1420km2，观测流量、水位、降水量、泥沙、蒸发量等项目。

由于青山殿水利枢纽工程施工，该站于1995年1月1日停测流量、水位、泥沙等项目，保留降水量与蒸发量的观测，蒸发量于1997年1月1日停测。

观测期间流量资料曾中断，缺1967、1969年的流量资料。

青山殿水利枢纽建成后在上游昌化镇设立水文站，控制集雨面积为905 km2，1997年1
月1日始观测水位、流量等项目，作为青山殿水利枢纽的入库流量站。

流域内另设有英公水库、西关水库、甘溪水库等专测水库降水雨量站，设站于上世纪80-90年代后，雨量观测资料系列一般不足20年，本次设计不将其作为水文基本资料。

此外，设计流域下游的分水水文站于1951年设立，控制集水面积2630 km2，观测流量、水位、降水量、泥沙等项目，于1997年1月1日起增加蒸发量的观测。

由于1969年分水江流域发生了历史上罕见的大洪水，分水站水文设施被冲毁，水文记录被冲走，缺1969、1970年流量资料。

上述各站的观测资料均已通过整编，精度可靠。

青山殿、分水站是本工程水文分析计算的主要依据站。

流域水文站一览表
表2
站名河道名称东经北纬始测年份观测项目备注
登村虞溪119o18′30o21′1957 降水量
西天目东关溪119o25′30o21′1934 降水量1992年停测
於潜天目溪119o24′30o11′1933 降水量
藻溪藻溪119o30′30o12′1961 降水量1995年停测
昌化昌化溪119o13′30o10′1997 降水量、径流、泥沙、蒸发等
青山殿昌化溪119o21′30o03′1956 降水量、径流、泥沙、蒸发等1996年变更
分水分水江119o26′29o56′1951 降水量、径流、泥沙、蒸发等
4、设计暴雨
由于天目溪流域无径流测量水文站，无实测流量资料，文献记载的历史洪水资料也基本没有，但四个雨量站的暴雨资料相对较为完整、齐全。

因而，天目溪流域的设计洪水采用暴雨推求。

（1）频率分析
天目溪流域有於潜、登村、西天目和藻溪四个雨量站，各雨量站分布相对较
为均匀，均有连续三十年以上雨量观测资料，因本次主要计算干流河段的设计洪水，因此采用登村、於潜、西天目和藻溪四个雨量站的平均雨量作为设计断面面雨量，采用年最大值法，对最大一日暴雨和三日暴雨进行频率统计，24小时暴雨按一日暴雨的1.12~1.13倍计，并采用P-Ⅲ型频率曲线进行适线，得到天目溪流域各频率设计暴雨见表3、4。

天目溪流域各点雨量
表3单位：（mm）
时段
点位60min 6h 24h 3d 备注
登村站均值42 74.0 108.16 152.13 24h、3d暴雨按年最大平均取样，60min、6h暴雨按暴雨图集中查得
Cv 0.44 0.49 0.58 0.48
西天目站均值43.5 73.5 105.98 152.20
Cv 0.45 0.52 0.40 0.40
藻溪站均值42.0 70.0 102.53 138.31
Cv 0.45 0.495 0.49 0.40
於潜站均值40.0 70.0 97.15 142.58
Cv 0.43 0.45 0.42 0.45
平均均值41.9 71.9 103.46 146.31
Cv 0.44 0.49 0.47 0.43
天目溪流域设计面雨量表
表4 单位：（mm）
时段
点位60min 6h 24h 3d 备注
平均点雨量均值41.9 71.9 103.46 146.31 α为点
面系数
Cs/Cv=
3.50
Cv 0.44 0.49 0.47 0.43
於潜镇断面设计面雨量α0.674 0.885 0.955 0.9855
均值28.24 63.63 98.80 144.19
5% 52.53 125.35 190.20 265.31
10% 44.90 104.99 160.56 227.10
20% 36.71 83.99 129.93 186.72
潜川镇断面设计面雨量α0.5886 0.8357 0.922 0.9707
均值24.66 60.09 95.39 142.02
5% 45.87 118.37 183.63 261.32
10% 39.21 99.14 155.01 223.69
20% 32.06 79.31 125.44 183.92
（2）设计暴雨的时程分配
由于天目溪流域有多条支流，考虑到支流之间产、汇流速度不同，因此采用72小时雨量进行洪水计算，而3天雨型的分配采用《浙江省短历时暴雨》（2003
年）推荐的方法，3天中的第二天雨量H2为最大24小时雨量，第一天为H1=0.60(H3d-H24)，第三天为H3=0.40(H3d-H24)。

时程分配也按“浙江省短历时暴雨图集”推荐的方法：先计算出1～6小时和6～24小时各分段的暴雨衰减系数n1,6和n6,24，再计算出每天各历时的雨量：
当ti在1～6小时之间，Hi=H6(ti/6)1-n1,6
当ti在6～24小时之间，Hi=H24(ti/24)1-n6,24
n1,6=1+1.285lg(H1/H6)，n6,24=1+1.661lg(H6/H24)
相邻历时（ti）雨量之差值，即为从大到小排列的时段雨量。

各天24小时的设计雨型按下列规则排列：
（1）老大项时段雨量的末时刻排在第18小时，老二项时段雨量排在老大项的左边；
（2）其余各时段雨量，按大小次序，奇数项时段雨量排在左边，偶数项时段雨量排在右边，当右边排满24小时后，余下各时段雨量按大小依次向左边排列；
5、设计洪水
（1）净雨量计算
净雨量计算按采用初损、后损法扣损，初损定为I0=20mm，后损定为每小时0.3~1.0mm(先大后小)，稳渗为每小时1.5mm，稳渗形成的地下径流需回加。

（2）汇流计算
根据《水利水电工程设计洪水计算手册》中关于小流域洪水计算的规定，对于流域面积小于50km2的流域采用推理公式，对于流域面积超过50km2的流域采用单位线法进行设计洪水推求。

天目溪全流域内目前只有英公水库一处中型工程，控制集水面积81.3km2，总库容3347万m3，其中防洪库容为662万m3。

根据《临安市英公水库除险加固工程初步设计报告》，加固后水库调度原则为：
梅汛期汛限水位为166.1m，台汛期汛限水位为164.6m；
如遇暴雨，当库水位超过汛限水位时，泄水孔打开泄洪，控制下泄流量不大于200m3/s。

当库水位达到168.08m时，溢流堰自由溢流，当库水位未达到168.58m时，控制下泄流量不大于下游河道安全泄量200m3/s；
当库水位大于168.58m时，泄水建筑物全开，保坝泄洪。

英公水库距离於潜镇约10km，距丰陵溪汇入天目溪干流汇合口约9km，加上在水库自身的滞蓄功能，可将支流洪峰与干流洪峰错时约2h，因而，在计算P>2%频率的洪水时，可将英公水库部分的集雨面积（81.3km2）不计。

本工程设计洪水由设计暴雨经产流汇流计算，推算各种频率的洪水进程，汇流计算方法采用省水电勘测设计院编制的综合瞬时单位线法。

公式：u(0.t)=1/[KГ(n)]×(t/K)n-1×e-t/K
式中：u(0.t)—t时刻的瞬时单位线纵高
Ｋ．ｎ—为瞬时单位线参数
Г(n)—嘎玛函数
t—时间
已知於潜镇断面处（观景桥）主河道长L於潜＝36.10km，J於潜=13.57‰ , F 於潜=288.7km2（英公水库F=81.3km2不计）。

潜川镇断面处（牧亭桥）主河道长L潜川＝51.70km，J潜川=8.85‰, F潜川=633.70km2（英公水库F=81.3km2不计）。

根据省水电勘测设计院综合成果，取ｎ於潜＝2.3，L/J1/3=151.36查得M1(10) 於潜=6.25h
由J1/3*F-1/4=0.05786查得b於潜=0.57
按公式：M１(10)＝a×I-b，求得a於潜=23.22
临界雨强取35mm/h。

将上面各参数代入公式得：
M1（I）於潜=23.22×I-0.57
同理求得潜川镇牧亭桥断面处时段单位线关系式M1（I）潜川=21.14×I-0.48
通过微机计算求得各种频率的洪峰流量见表5。

天目溪主干流段设计洪水成果表
表5
位置流域面积
(km2) 桩号位置不同频率(%)洪峰流量(m3/s) 备注
5 10 20
於潜镇 370.0 10+023 1608 1273 941 观景桥断面
潜川镇 715.0 24+524 3030 2210 1735 牧亭桥断面
注：以上断面处洪峰流量计算时英公水库集雨面积81.3km2均未计入。

三、洪水成果合理性分析
天目溪为临安市的第二大河流，流域内无水文站，临近的有昌化溪流域的青山殿水文站、南苕溪流域的桥东水文站，渌渚江流域的徐畈水文站。

考虑到桥东水文站大洪水以台风雨为主。

而徐畈水文站控制的流域面积仅为64.1km2，与设计断面的流域面积相差甚大，不属于同一数量级。

因而，只能采用昌化溪流域的青山殿水文站为参证站。

天目溪邻近的青山殿水文站位于昌化溪河口，控制集水面积1420km2，观测流量、水位、降水量、泥沙、蒸发量等项目。

有连续30年以上的实测洪水资料，实测洪峰流量。

该水文站的观测资料均已通过整编，精度可靠，是本工程洪水分析计算的参证标准。

两流域地理位置相近，洪水成因相似，可采用地区分布规律分析公式推求设计站的为：Qp=（F/A）n·QA
Qp、QA—设计流域、标准流域同频率洪峰流量，m3/s
F，A--设计流域、标准流域集雨面积（km2）
n—洪峰流量地区分布规律指数，天目溪流域0.70-0.80，
以青山殿站以上集雨面积作为标准流域，以《浙江省临安市昌化溪昌化段治理工程步设计(2001)》的青山殿站的洪水成果作为标准流域洪水成果,根据不同流域的溪流特征以及暴雨分布规律，n取值为0.72，求得天目溪两干流控制断面的设计洪水，如表6所示。

设计洪水成果验证比较表
表6
流域名称集雨面积（km2）各频率（%）设计洪峰流量m3/s 备注
5% 10% 20% 参证标准站
青山殿坝址1420 5110 4120 3170
於潜镇 370.0 1608 1273 941 暴雨推求洪水
潜川镇 715.0 3030 2210 1735
於潜镇 370.0 1623 1308 1007 地区分布规律推求洪水
潜川镇 715.0 2858 2305 1773
於潜镇0.93% 2.75% 7.01% 与暴雨推求洪水差值
潜川镇-5.68% 4.30% 2.19%
由以上表可以看出，暴雨推求洪水成果与地区分布规律推求洪水成果相差在10%以内，暴雨推求洪水成果满足洪水计算标准。

四、与已有成果的对比分析
已有《天目溪、昌化溪流域综合治理规划报告》中於潜镇控制断面相同，而无潜川镇的控制断面，有堰口控制断面（集雨面积710km2），因集雨面积相差在5%以内，可采用洪峰流量同比例放大法推求，计算得潜川镇设计洪水成果，如表7所示。

暴雨资料推求设计洪水与已有成果比较表
表7
流域名称集雨面积（km2）各频率设计洪峰流量m3/s 备注
5% 10% 20%
於潜镇 370.0 1608 1273 941 暴雨推求洪水
潜川镇 715.0 3030 2210 1735
於潜镇 370.0 1809 1512 1247 已有成果
潜川镇 715.0 2867 2448 1954
於潜镇12.50% 18.77% 32.52% 与暴雨推求洪水差值
潜川镇-5.38% 10.77% 12.60%
由以上表可以看出，已有洪水成果与暴雨推求洪水成果相差较大，尤其是於潜镇断面高频率设计洪水，较暴雨洪水成果偏大20-30%，差异较大。

五、初步结论
天目溪流域的干流洪水及主要支流洪水至今仍无较全面的计算方法以及完整的计算数据。

在同一控制断面，在不同的设计项目中设计洪峰流量的数值也相差甚大。

根据参证站的洪水成果进行推求验证，推荐天目溪干流洪水采用瞬时单位线法，其计算的成果相对较为合理。

“十二五”期间，市水文站计划在天目溪地风山(流域面积为492km2)设置水文站，随着该站流量实测数据及流域内雨量实测数据的不断增加，将会为该流域洪水计算提供理论依据，希有后来研究者对本流域的洪水计算方法及数据进行不断的完善与补充，以得出天目溪流域最合理的设计洪水成果，为科学治水提供基础资料。