兩個水文站區間河段洪水計算方法的探討

徐 潔，高運法，孟慶峰

（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002）

0 引言

冪相關內插法是水文比擬法的一種延展。設計洪水計算中，對于上下游均有水文站控制，而兩站洪水模數等參數相差較大時，冪相關內插法兼顧了上下游河段的變化情況，較直接采用單個水文站進行水文比擬法更切合流域的實際情況，計算的洪水也更為合理。本文以烏江源頭三岔河流域六盤水治理河段為例，對采用冪相關內插法計算區間洪水進行分析，以期為相關工作中的問題提供更為合理的思路。

1 概況

三岔河為烏江上游源頭段，又稱烏江南源，屬長江流域，發源于貴州西部高原威寧縣鹽倉鎮西南的烏蒙山東麓，河源高程2528 m。河流由西北向東南流經威寧二塘、水城、納雍，至六枝的龍場轉為東北向，流經織金、普定、平壩縣境，在平壩縣的丘哨折向北流，于清鎮市、黔西縣、織金縣交界的化屋基納六沖河后，再流過鴨池河段后始稱烏江。三岔河干流全長325.6 km，總落差1339.8 m，主河道平均比降2.83‰，流域集水面積7264 km2。

三岔河干流上汪家寨鎮原來設有向陽水文站，控制集水面積855 km2（現已遷至大河鎮），下游納雍縣陽長鎮新陽長大橋下游約50 m建有陽長水文站，控制集水面積2696 km2（由原牛吃水水文站遷來）。

三岔河六盤水治理河段起點位于汪家寨水濂洞，流域控制面積849 km2，主河道河長68.4 km，主河道平均比降4.8‰；終點位于六盤水青林苗族彝族鄉灰依小河匯口，流域控制面積2358 km2，主河道河長117 km，主河道平均比降5.27‰。汪家寨水濂洞至青林鄉灰依小河匯口區間河段長48.6 km，治理河段各控制斷面位于向陽水文站和陽長水文站之間。

2 向陽水文站洪水

向陽水文站為三岔河上游基本站，于1967年10月由貴州省水文總站設立，站址位于貴州省水城縣汪家寨，向陽水文站于2015年由汪家寨遷至大河鎮，向陽（大河鎮）集水面積為939 km2，遷站后實測了2016及2017年洪峰流量資料，采用面積比將向陽（大河鎮）2016年及2017年資料移到向陽站（855 km2），組成向陽1969年~2017年共49年最大洪峰流量資料系列。

向陽站年最大洪峰流量頻率計算采用1991年 (實測值提出作特大值處理)歷史洪水和1969年至2017年實測系列共同組成不連序系列，歷史洪水經驗頻率采用計算（N=175），實測洪水連續系列經驗頻率采用Pm=PM+（1-PM）計算，用矩法初估參數，采用P-Ⅲ型曲線作為頻率計算的線型進行目估適線，曲線上部盡量以1991年實測點據為控制，中下部盡量靠近實測點據，曲線通過點群重心。頻率計算結果見表1。

表1 向陽水文站設計洪峰流量成果及參數表

圖1 向陽水文站最大洪峰頻率曲線圖

3 陽長水文站洪水

牛吃水水文站于1957年10月1日由貴州省水文總站設立，為三岔河上游基本站。站址位于貴州省納雍縣陽長鄉，集水面積2560 km2。該站1991年7月被洪水沖毀、1992年1月遷至陽長即陽長水文站，集水面積2696 km2。

牛吃水站具有1958年~1992年的實測洪峰流量整編資料，陽長水文站具有1993年~2017年的洪峰流量資料，兩站集水面積相差5.3%，本次將牛吃水站1958年~1992年洪峰流量按面積比移至陽長站，使陽長水文站具有1958年~2017年共60年的實測洪峰資料系列。并將實測系列內1991年洪峰提出來作特大洪水處理，重現期定為175年，則其頻率計算成果見表2。

表2 陽長水文站設計洪峰流量成果及參數表

圖2 陽長水文站最大洪峰頻率曲線圖

4 三岔河干流各控制斷面設計洪水

4.1 向陽、陽長水文站洪峰面積比指數分析

根據上述兩水文站控制集水面積及各站設計洪水成果，各頻率洪水面積比指數按照下列公式進行計算：

式中：n為面積比指數；Q向P為向陽水文站某頻率洪峰流量；Q陽P為陽長水文站某頻率洪峰流量；F向為向陽水文站集水面積；F陽為陽長水文站集水面積。

式中：C為常數。

經分析，向陽水文站、陽長水文站洪峰面積比指數及常數見表3。

表3 向陽、陽長水文站洪峰面積比指數成果表

向陽、陽長水文站均為三岔河上游基本站，而兩站各頻率洪峰面積比指數在0.1652~1.1031之間，面積比指數變化較大。究其原因，主要是因為向陽水文站與陽長水文站之間三岔河干流及支流上伏流較多，這些伏流大洪水時阻水明顯，導致陽長水文站高頻率實測洪峰偏小，洪水面積比指數偏小。從面積比指數結果來看，其變化與該地區地形地質條件是相吻合的。

4.2 區間斷面設計洪水計算

三岔河干流設計河段上游設有向陽水文站，下游設有陽長水文站，六盤水治理河段控制斷面主要位于兩者之間，各控制斷面洪峰流量以向陽及陽長水文站為參考，采用冪相關內插法確定各控制斷面的洪峰流量成果。

三岔河干流本次治理河段上游已建的水利水電工程主要有岔河電站、出水洞電站，兩個電站均為日調整，不具有削峰作用，故干流設計洪水計算時不考慮兩個電站對洪峰流量的影響。三岔河干流汪家寨水濂洞處有一段約600 m的伏流，位于向陽水文站上游，因向陽水文站實測洪峰已反映了該段伏流對洪水的影響，故采用冪相關內插（即根據向陽水文站、陽長水文站各頻率洪峰以及兩水文站洪峰面積比指數，采用公式Q設=C(F設)n得各設計斷面不同頻率洪峰流量），故不再重復考慮此段伏流對洪水的影響。

根據工程設計需要，計算得各控制斷面洪峰流量成果見表4。

表4 三岔河干流治理河段主要控制斷面洪峰流量表

4.3 洪水成果合理性分析

從貴州省的暴雨等值線圖來看，三岔河流域貴州境內的中下游暴雨較上游暴雨偏大些，從向陽水文站和陽長水文站兩站最大洪峰流量分析成果中可看出，向陽水文站、陽長水文站兩站的洪峰流量均值模數分別為2.76 m3/（s·km2）、3.11 m3/（s·km2），中下游的洪水均值較上游大些，洪峰流量模數的變化與暴雨的變化趨勢一致，洪峰流量模數的變化符合該地區洪水的分布規律。

為檢驗本次計算洪水成果的合理性，工程設計中進行了歷史洪水調查及歷史洪水重現期分析，各河段的洪調水位與相應重現期對應的洪水水位（查斷面水位流量關系或水面線成果）基本一致，說明設計洪水成果符合歷史洪水調查成果，成果是合理的。

5 結語

冪相關內插法適用于同一流域內已建多個水文站的情況，可利用相鄰兩站建立冪相關關系，來計算兩水文站站之間某一斷面的洪水。通過上述工程實例計算，水文站區間斷面各頻率洪水均與兩站洪水成果適應性較好，無相互交叉的現象；同時，該方法計算的洪水成果與歷史洪水調查相符，說明該方法計算的成果是可靠的。