关于流域内溶蚀洼地较多的伏流区水库设计洪水计算方法的探讨

[收稿日期]2020-03-17
[作者简介]李聃(1987-),男,土家,贵州毕节人,本科,中级工程师,主要从事水文及水资源工程工作。

第6期(总第457期)
吉林水利2020年06月
[文章编号]1009-2846(2020)06-0044-04
0前言
二塘河的洪水特性与流域的暴雨特性和自然
地理条件密切相关,流域出口断面坡降1.9‰,在山区型河流中,由于溶蚀沟槽洼地较多,坡降如此小的河流较少见。

由于流域坡降较小,洪水汇流速度比较慢,因此,与面积相当的其它山区河流相比,同频率的洪峰流量一般较其它山区河流要小。

由于河道坡降小、使得水流速度较小、对洪峰的排泄相当不利,以致流域的中、下游经常形成洪灾。

除此之外,二塘河流域的洪水还与流域内的暴雨在时间和空间上的分布密切相关。

如1991年洪水,位于流域中心的二塘雨量站降雨量为333.5mm (其中约80%的降雨集中在5小时内降完),下游的向阳水文站只有不到300mm 的降雨,而河流上游临近地区威宁气象站的降雨量更是少到只有44.2mm 。

这样就形成了中、下游发生特大洪水,而
上游只发生一般洪水的情况。

而且因为降雨在时间上的集中,使得本次洪水峰大量小,形成一条比较“瘦高”的洪水过程线。

再如1999年洪水,虽然最大一日降雨量要比1991年小得多,但是1999年发生洪水时,全流域大面积降雨,而且在时间分配上也比较均匀,这就使得1999年的洪水总量反而比1991年大。

1基本情况
赖子河水库位于威宁县炉山镇溪街村的二塘
河上游赖子河河段,水库流域东面为二塘河支流红岩沟,分水岭高程1960.0―2655.0m ;西南面与草海流域相邻,分水岭高程1900.0―2526.0m ;北面为岩溶洼地,分水岭高程2526.0―2774.0m 。

赖子河水库坝址以上有上游大片洼地。

上游洼地部分集雨面积主要通过地下暗河在赖子河河源处三个相隔不远的出露点出露,出露点分别为石岗洞、花鱼洞和黑鱼洞;石岗洞发育于营盘村下游20m 的河床左岸,发育方向为东北向,距坝址处11.8km (直线距离),在河岸边补给河流,地下径流补给区域位于张家凹、岩底下、薛家口子一带的地下径流
区;花鱼洞发育于营盘村下游600m 的河床左岸,发育方向北东向,距坝址处11.2km (直线距离),在河岸边补给河流,枯期断流,洪水季节出水量较大,地下径流补给区域位于罗沙排、薛家口子、老鸦管和土坡脚一带的地下径流区;黑鱼洞发育于营盘村下游600m 的河床右岸,发育方向北西向,距坝址处11.2km (直线距离),在河岸边补给河流,地下径流补给区域位于张家凹、水石槽、上坡头、下坡头和陈家坡一带的地下径流区。

赖子河水库伏流区面积较大,当洪水到来时,在上游伏流区洼关于流域内溶蚀洼地较多的伏流区水库设计洪水计算方法的探讨
李
聃袁陈恒吉
(毕节市勘测设计研究院,贵州
毕节
551700)
[摘要]水库上游伏流区溶蚀沟槽洼地较多时,可选择采用水库同一流域内的水文站洪水资料进行水库坝址处洪水计算,一般方法为水文比拟法,同时应结合历史洪水调查成果,采用雨洪法、伏流区洪水计算经验公式计算洪水后进行对比分析,并从偏安全等方面合理推荐采用的设计洪水计算方法及成果。

[关键词]水文比拟法;雨洪法;伏流区;袭夺外流域[中图分类号]TV 122.3
[文献标识码]B
项目设计频率(%)
均值Cv 0.10.20.512 3.33510洪峰(m 3/s )
257
0.91221001840150612601020847
716
507
一日洪量(万m 3)
13800.683
7433
6685
5703
4965
4233
370132802574三日洪量(万m 3)30850.4671089110025887379947107644859174997
地汇集并通过地下暗河慢慢向设计流域各出露点出露,由于各个出露点的出流能力有限,大部分洪水在上游伏流区汇集形成天然水塘或者是积留于地下暗河,只有少部分洪水得以汇入下游洪水,由此可见伏流区对洪水有一定的削峰作用。

袭夺外流域面积主要为乐溪水库上游,乐溪水库坝址位于二塘河右岸的一级支流罗里河(又称为乐溪河)上,袭夺外流域(新河流域)30.8km 2。

2设计洪水计算
(1)水文比拟法
向阳水文站具有1969―2005年实测洪峰流
量以及1969―2005年洪量资料。

根据《贵州省洪水调查资料》刊布的成果,向阳水文站河段调查到的历史洪水年份顺序为1913年、1963年,但两次洪水都只是定性描述,并未推求两次洪水的洪峰流量;而从调查到的洪水位痕迹来看,实测系列中1991年、1999年洪水都比1913年及1963年洪水要大。

实测洪水系列中的1991年及1999年洪水为特大洪水,计算时从实测资料中提出作为历史洪水。

历史洪水和实测系列共同组成不连序系列,用矩法初估参数,采用P-Ⅲ型曲线作为频率计算的线型进行目估适线,曲线上部尽量以1991年及1999年实测点据为控制。

向阳水文站统计成果见下表。

赖子河水库设计流域内岩溶较发育,伏流区多为溶蚀沟槽洼地、出水洞等,伏流区面积占设计流域面积比重较大,约为30%左右;向阳水文站控制面积内包括赖子河水库流域面积,且在赖子河水库坝址处到向阳水文站处区间内溶蚀沟槽洼地、落水洞、漏斗、暗河较多,区间伏流区占向阳水文站控制面积比重也较大,向阳水文站以上伏流区面积也约在总面积的30%左右。

赖子河水库设计流域和向阳水文站控制流域伏流区所在比重基本一致,故本次直接将向阳水文站洪峰流量按面
积比拟到赖子河上、下坝址,根据贵州省水文水资源局的地区综合分析成果,采用洪峰面积比指数为0.67,一日洪量指数为0.85,三日洪量为0.90。

另根据实地调查,外流域在干河桥一带存在落水洞,洪水期间部分洪水经过落水洞进入设计流域,但是落水洞的下泄能力有限,通过有关的地质水文分析,综合确定落水洞的泄洪能力为2m 3/s ,本
阶段考虑30.8km 2袭夺外流域的流量按调查的2m 3/s 稳定出流计入坝址洪水计算。

洪水成果见下
表。

向阳水文站洪水统计成果
表1
/m 3/s
项
目
设计频率(%)
0.1
0.2
0.5
2
3.335
10
洪峰流量(m 3/s )
927
810660442367
310217赖子河水库坝址叠加后设计洪水成果表(水文比拟法)
表2
(2)雨洪法
设计流域伏流区分为罗里河上游伏流区部分和主河道上游伏流区部分。

主河道上游伏流区面积为60km 2,多为多边形洼地,分布密度大,通过地下暗河,在设计流域地表水河源处出露于紧挨的三个泉水点,分别是石缸洞、花鱼洞、黑鱼洞。

罗里河上游伏流
区面积为30.8km 2,主要是袭夺外流域的水量。

根据前述30.8km 2袭夺外流域的流量按调查
的2m 3/s 稳定出流计入坝址洪水计算。

通过走访当地的居民,了解到石缸洞出流常
年基本上一样大小,暴雨过后出水变化较小,随着流域内暴雨强度的不同,稳定出流历时一般在5―30小时;黑鱼洞一年四季,都没多大变化,雨季不大,旱季不小;花鱼洞在雨季水量比黑鱼洞大,在旱季就慢慢干涸了。

当地村民对1991年发生的洪水记忆较深,三个泉水点水流汇集成一条
较宽大的河流向下游流去,经村民指认在石缸洞、花鱼洞、黑鱼洞三处分别调查到三个洪痕,石缸洞处洪痕高程为2010.7m ,花鱼洞处洪痕高程为1992.1m ,黑鱼洞处洪痕高程为1991.3m 。

根据曼宁公式,石缸洞处、花鱼洞处、黑鱼洞处糙率都取n =0.06,石缸洞处j =10.2‰,花鱼洞处j =9.3‰,黑鱼洞处j =9.4‰。

经计算后得石缸洞处最大出流为15.8m 3/s ,花鱼洞处最大出流为17.6m 3/s ,黑鱼洞处最大出流16.4m 3/s 。

由于伏流区出流都较稳定,则三个出流点最大出流流量相加即为伏流区总最大出流,为49.8m 3/s 。

根据村民描述,1991年这次洪水来时在三个出流点处都达到最大出流,并持续了将近一天半的时间才开始消退,历时5天才消退完。

本次采用贵州省水文水资源局对闭流区洪水的计算公式进行复核。

考虑该区洪水主要以地下径流方式注入主河
道,因此对闭流区单独进行洪水计算,同时考虑到对洪水计算来说,重点在洪峰部分,因此本次闭流区地下洪峰流量计算公式采用贵州省水文水资源局对闭流区洪水的计算公式,即:
Q p =0.0231
·(C Φ·H 24P ·A 闭)/T 式中:Q p 为地下洪水洪峰流量,m 3/s ;C Φ为洪
峰径流系数;根据暴雨洪水手册相关值确定;H 24P 为设计最大24h 降雨量;A
闭
为闭流区集雨面积;
(A 闭=60km 2);T 为一次洪水历时,以d 计,(经调查一次洪水历时随洪峰变化而变化,在5天左右)。

洪水总量按公式:
W 总=0.1
·F ·(H 24p ·f -Hs-ΔHs )式中:H 24p ·f 为设计24h 面暴雨量,H 24p ·f =
ФH 24p ,Ф=1.32A 闭-0.084;Hs 为稳定雨损;ΔHs 为附加雨损。

代入上述的相关参数,可计算得各频率下闭流区洪峰流及洪水总量,成果见下表。

项目频率
0.10%0.20%0.5%1%
2%
3%
5%
10%
33.3%C Ф洪峰径流系数
0.7970.7840.760.7290.6980.6740.6560.6230.565H 24P (mm )238.1219.7195.1176.3157.3143.1131.7111.978.9Q P (m 3/s )
52.651.948.943.438.034.333.331.225.7洪水总量(万m 3)
982.8
879.6
741
636529.2449.4385.8274.270.2
赖子河水库伏流区各频率洪峰流量计算成果表
表3
由于伏流区有明显的阻洪作用,采用雨洪法计算坝址明流区洪峰流量,并计算出明流区洪水过程线,再与伏流区洪水过程线错峰叠加,即得到全流域设计洪水。

水库明流区雨面积176km 2,流域几何特征值
为24.944;依据《贵州省暴雨洪水计算实用手册》(修订本)相关公式计算,计算公式为:Q p =0.357γ0.922·f 0.36·J 0.24·F 0.716·[CK p H 24]1.23(25<F ≤300km 2)
式中:Q p 为洪峰流量,m 3/s ;f 为流域形状系数;
J 为坡降;F 为设计流域汇水面积,km 2;C 为洪峰径流系数;γ为汇流系数,为0.36(根据实地调查,赖子河水库流域主要是山区间山丘为主,部分强岩
溶,植被一般,查雨洪法手册汇流系数分区表,得
赖子河水库流域介于Ⅰ1和Ⅱ2之间,故本次汇流系数取两区中间值为0.36);H 24p 为相应频率最大
24小时暴雨量,mm 。

明流区洪水总量按下列公式计算:W 总=0.1
·F ·(H 24p -H s -ΔH s )式中:F 为水库坝址以上流域面积,km 2;H 24p 为
设计频率P 下的最大24h 降雨量;H s 为稳定雨损;ΔH s 为附加雨损。

经计算,上、下坝址明流区洪峰流
量成果见表4。

将流域伏流区洪峰流量和明流区洪峰流量按洪水历时错峰叠加后即得坝址处洪峰流量,成果见下表。

(3)洪水成果的选择
把水文比拟法及雨洪法成果列于表4。

项目设计频率(%)
0.1
0.2
0.5
1
2
3.335
10
33.3洪峰流量(m 3/s )
876778646545451386
337263152洪水总量(万m 3)2656238220171740146112531086
817542
赖子河水库坝址处明流区洪水成果表
表4
由上表可得,雨洪法计算的成果比水文比拟法和省院雨洪自控法计算的成果大,且水文比拟法计算所采用的参证站向阳水文站控制流域内岩溶相对于设计流域要发育,且有多处伏流洞,对向阳水文站洪水有滞洪作用,并且主河道坡降缓,汇流时间延长,洪水产生量级小。

由于赖子河下坝址以上集水面积是236km 2,且“雨洪法”是结合山区
(贵州)实际状况编制的经验公式,对集水面积小于1000km 2的流域设计洪水精度较好,从安全角度考虑,采用“雨洪法”计算洪水成果作为设计洪
水成果。

3洪水成果合理性分析
从区域综合分析角度看,水库设计洪水P =
0.1%―10%洪峰模数为22.1―7.01m 3/s.km 2(n =
0.67),与邻近流域其它工程及其邻近地区相差不多,符合该地区洪水的地区分布规律,洪水成果是合理的。

再结合调查到的1991年洪水,洪峰流量为602m 3/s ,其重现期为168年左右,与坝址处同频
率的设计洪水基本一致。

本次洪峰流量频率计算成果与上下游电站设计成果相比,随着三岔河流域降水量沿河道从上至下递增和集雨面积逐渐增大,洪峰流量也逐渐增大,三岔河上赖子水库坝址处下游水文测站、已建成的其它电站洪峰流量成果对比见表7。

项目
设计频率(%)
0.1
0.2
0.5
1
2
3.335
1033.3洪峰流量(m 3/s )
931832697590491422
372296
179洪水总量(万m 3)
36373262275823761990170214721091
612
频率洪峰流量(m 3/s )
水文比拟法
雨洪法0.1%9279312%
442
491
赖子河水库坝址洪水成果表(雨洪法)
表5
洪水设计成果对比表
表6
项目赖子河向
阳
金狮子樱孜渡牛吃水木
浪
徐家渡流域面积(km 2)
266.8
85524362534256058836431Cv 0.912
0.50.480.480.40.41Cs /Cv 444433均值洪峰(m 3/s )257583
60761122602780洪峰模数 2.8 3.14 3.2 3.2 6.747.810.20%洪峰(m 3/s )832180421002106212061707760洪峰模数19.719.611.3111118.421.80.50%洪峰(m 3/s )697
147618401839185155606980洪峰模数16.516.09.99.69.616.619.61.00%洪峰(m 3/s )590123416301641165251006390洪峰模数14.013.48.778.598.615.217.92.00%
洪峰(m 3/s )491100014301443
145346335782洪峰模数11.610.9
7.77.67.6
13.8
16.2备注
本次成果本次成果
2003年金狮子二级电站初设成果
2010年樱孜渡电站初设(代可研)成果
2010年樱孜渡电站初设(代可研)成果
1988年普定水电站初步设计成
果
1998年引子渡水电站可研成果
4结论
以水文比拟法、雨洪法结合流域内伏流区洪
水调查进行伏流区下游水库设计洪水计算,经过对比分析,雨洪法结合流域内伏流区洪水调查的计算方式对集水面积小于1000km 2的流域设计洪
(下转第54页)
水库下游水文测站、电站洪峰流量及洪峰模数成果对比表
表7
(上接第47页)
水精度较好,成果更安全,也符合地区洪水的地区分布规律,为集水面积小于1000km 2的流域设计洪水计算方法和成果的选择提供了参考,但应注意在集水面积大于1000km 2的流域设计洪水计算
时,应选择以水文站洪水资料为主的水文比拟法进行计算。

□
参考文献:
[1]《贵州省暴雨洪水计算实用手册》(含修订本)贵州省水利电力厅,一九八三年.
[2]王继辉,贵州暴雨洪水计算综述,贵州水利发电,2000年01月.
Discussion on Calculation Method for Design Flood of Reservoirs in Hyporrheic Zone
with More Erosion Depressions in Basin
Li Dan ,Chen Hengji
Abstract :When there are more erosion depressions in hyporrheic zone in upstream of a reservoir ,the flood data collected from the hydrological station which is located at the same basin with the reservoir can be used to carry out flood calculation at dam site of the reservoir.General method is hydrological analogy ,meanwhile also should be combined with investigation results of historical flood ,and rain flood method as well as empiri ⁃cal formulas for flood calculation should be used to calculate the flood ,then be carried out comparing and an ⁃alyzing ,at last calculation method and results for design flood to be used should be recommended reasonably
in term of partial safety.
Keywords :hydrological analogy ;rain flood method ;hyporrheic zone ;capture outer basin
长、国控断面、排污口、取水口、水源地、监测站点、水库、水电站、堤防、橡胶坝、水闸、泵站、公示牌等河长制工作基础数据从一致性、完整性、合理性、正确性等方面进行检查复核,空间数据从平面精度、接边精度以及逻辑一致性方面进行复核。

2.6
数据收集过程中的协调沟通
本次台安县河长制管理系统数据收集工作横跨水利各个部门,因此沟通协调工作必不可少。

在这一过程中,要充分发挥河长制办公室的作用,就可以使数据收集工作事半功倍。

河长制数据收集工作涉及到水利管理工作的方方面面,为了保证数据的顺利入库,数据的标准化工作尤为重要。

另外,台安县河长制管理系统涉及的基础信息、历史数据众多,部分数据有可能存在不同版本,这就需要工作人员了解数据的来龙去脉,以最新批复的数据为准,力求保障数据的时效性与准确性。

3结论
台安县河长制系统数据调查工作,对台安县
内河长制相关基础资料与数据进行全面调查与制作,充分利用信息化技术,结合台安县实际特点,开展台安县河长制管理信息系统开发,实现台安县河长制管理范围全覆盖、工作过程全覆盖和业务信息全支撑,为河长制工作提供全面的信息化服务保障。

本文论述了河长制管理系统数据收集的过程、数据组成、数据复核以及数据收集中存在的问题及解决方式,本成果可为市县级河长制数据系统数据收集工作及标准化提供相应的技术支撑,具有借鉴意义。

□
参考文献:
[1]陈健,王志强,王佳怡.河长制管理信息系统建设及应用分析[J].水利发展研究,2018(6):12-15.[2]陈宏伟.安徽平原河湖“一河(湖)一策”实施方案编制探讨[J].中国水利,2018(10):21-23.
[3]倪娜娜.河长制管理信息系统服务模式研究与应用[J].水利规划与设计,2018(12):104-105.
台安县河长制数据调查收集探讨吉林水利孙丽君2020年06月。