四川省南江干流馬斯京根法參數率定研究

曹明亮 劉曉宏 李 萍 黎 愷 劉啟陽

1.四川蜀禹水利水電工程設計有限公司 四川 成都 610072

2.四川省水利水電勘測設計研究院 四川 成都 610072

1 引言

巴河主源南江發源于大巴山南麓南江縣映水壩,經南江、巴中,于平昌左納通江后為巴河干流。巴河流域由于地處大巴山暴雨區,暴雨洪水頻繁,在1950年～2011年62年內有40個年份發生60次洪災,平均2年有一年發生洪災[1]。

為解決渠江流域的防洪問題,《四川省渠江流域防洪規劃報告》[2]提出在巴河、州河干支流共規劃13座串并聯防洪水庫(其中新建12座),并配以河道整治和堤防建設滿足各防洪對象防洪要求。規劃報告按階段要求初擬了各水庫防洪庫容,但水庫群間防洪庫容合理分配問題尚未解決。

為解決多個水庫防洪庫容分配的問題,目前只能采用設計洪水地區組成的方法[3],而對于干流河段,河道變寬、比降變緩,河道調蓄作用較大,計算時必須考慮洪水的河道演進。而洪水演進參數的確定是目前亟需解決的問題。本文以南江干流巴中水文站～七里沱水文站河段為研究對象,分析南江流域的馬斯京根法參數。渠江流域水系圖見圖1。

2 數據

本文采用南江干流巴中水文站、七里沱水文站,以及恩陽河蘇家潭水文站的資料。各站資料情況如表1所示。

表1 本文所用水文測站資料情況一覽表

圖1

3 馬斯京根法

馬斯京根法是河道洪水演算中廣泛應用的方法,該方法由Macoarthy[4]在1938年提出,并首先應用于美國馬斯京根河。該方法以槽蓄方程代替復雜的動力方程、以水量平衡方程代替連續方程,認為在一個河段中,河道槽蓄量S與某一特征流量Q’之間存在線性關系,即馬斯京根槽蓄曲線方程為:

式中:S為河道槽蓄量(h·m3/s);K為穩定流情況下的河段傳播時間(h);Q’為示儲流量;x為流量比重因素,反應河槽調蓄作用的大小;Q上為上斷面流量(m3/s);Q下為下斷面流量(m3/s)。

無區間入流時,河道水量平衡方程為:

式中:Q上,1、Q上,2為時段始、末上斷面入流量(m3/s);Q下,1、Q下,2為時段始、末下斷面出流量(m3/s);Δt為計算時段(h);S1、S2為時段始、末河段蓄水量(h·m3/s)。

聯立馬斯京根槽蓄曲線方程與水量平衡方程,得馬斯京根流量演算方程為:

其中:

式中:C0、C1、C2為流量演算系數;K為穩定流情況下的河段傳播時間(h);x為流量比重因素,反應河槽調蓄作用的大小;為計算時段(h)。

當河段較長時,需要分段演算,得到下斷面的流量過程。

4 南江干流馬斯京根法參數分析

4.1 典型洪水選擇 根據巴中水文站及蘇家潭水文站的流量資料,及恩陽河各雨量站的降雨資料,按照巴中洪水較大、區間洪水較小且降雨分布較均勻的原則選擇1965.9、1969.9、1974.9、1975.7、1980.8共五場典型洪水,分析南江巴中至七里沱河段的馬斯京根法參數。由于蘇家潭水文站1997年撤站,本次選擇的典型洪水均為1997年以前的過程。各典型過程七里沱水文站、巴中水文站及蘇家潭水文站的洪水特征值見表2。

表2 南江巴中至七里沱河段典型洪水特征值統計表洪峰：(m3/s) 洪量：(億m3)

4.2 馬斯京根法參數分析 對于上述5場典型洪水過程,選擇河槽調蓄作用較大(x=0.3)、河槽調蓄作用較小(x=0.4)以及河槽沒有調蓄作用(x=0.5)三個方案。采用先合后演法,首先將巴中水文站實測洪水過程與蘇家潭水文站實測洪水過程按傳播時間疊加,再演進到七里沱水文站。然后將計算的洪水過程與七里沱水文站的實測洪水過程扣除巴中-蘇家潭-七里沱區間后的洪水過程進行對比,分析演進參數的合理性。

巴中至七里沱河長80.8km,傳播時間約7h。洪水演進計算時,計算步長取1小時,分7段計算。三種方案的分析結果見表3。可以看出,不考慮河槽調蓄作用時,5場典型洪水巴中與蘇家潭考慮傳播時間疊加后演進到七里沱水文站的洪峰流量均大于七里沱水文站扣除區間的實測洪峰流量的30%以上。x=0.3與x=0.4時,5場典型洪水的洪量變化均不大,但峰現時間與洪峰流量相差較大。當x=0.4時,僅1場洪水峰現時間與實測一致,部分典型的洪峰流量偏大過多,如1974年9月洪水洪峰流量偏大34.5%;x=0.3時有3場洪水峰現時間與實測一致,洪峰流量基本合理。因此南江干流巴中至七里沱河段的馬斯京根法洪水演進參數采用x=0.3較合適。

表3 南江巴中至七里沱河段馬斯京根法不同參數方案比較表洪峰：(m3/s) 洪量：(億m3)

5 結論與展望

5.1 結論 本文以南江干流巴中水文站～七里沱水文站河段為研究對象,采用先合后演法,選擇x=0.3、x=0.4與x=0.5共三個方案分析南江干流的馬斯京根法參數。根據計算結果發現,x=0.5方案極不合理,說明南江干流洪水調蓄作用較大,與前述分析一致。x=0.3時,有3場洪水峰現時間與實測一致,洪峰流量基本合理。因此南江干流巴中至七里沱河段的馬斯京根法洪水演進參數取x=0.3。

5.2 展望 本文分析了南江流域的洪水演進參數,下一步擬根據分析結果,計算流域的設計洪水地區組成,并進一步進行水庫群的聯合調度,確定各水庫的防洪庫容。