舞陽河舊州鎮川心堡至馬家屯段河道治理工程設計洪水分析計算探討

郭 敏

（貴州水利科技開發有限責任公司,貴州 貴陽 550000）

0 引言

由于舞陽河舊州鎮川心堡至馬家屯段河岸低,改道頻繁,河坎垮塌、河灘滯洪等因素,造成每年雨水季節常發洪災,致河道兩岸耕地和居民住宅被洪水淹沒,造成巨大的經濟損失,因此舞陽河干流川心堡至馬家屯段河道治理工程建設刻不容緩,此河段上游流域有2 座中型水庫,1 座小（一）型水庫；洪水組合復雜,設計洪水計算成果的準確性對本段河道治理工程至關重要。

1 基本情況

黃平縣舊州鎮舞陽河川心堡至馬溪屯段河道治理工程,治理范圍位于黃平縣舊州鎮境內,起點為川心堡村已建防洪堤末端,終點為馬家屯村龍王閣攔水堰正常回水末端,治理長度3.5 km,保護人口1000 人,保護耕地1500 畝。

2 流域概況

舞陽河為沅江一級支流,發源于貴州省甕安縣嵐關鄉二道崖,由西向東流經黃平縣、施秉縣、鎮遠縣、岑鞏縣及玉屏縣,由玉屏縣進入湖南省。在貴州省境內全長258.4 km,全流域面積6474 km2,平均比降1.8‰,治理河段終點斷面3+500 以上流域面積467.5 km2,主河道長49.7 km,平均比降8‰,治理終點斷面以上流域內有三座水庫,分別為舞陽河支流紅梅河上洋碼頭水庫,舞陽河干流上兩岔河（舞陽湖）水庫,和支流冷水河上印地壩水庫,見圖1。

圖1 舞陽河川心堡至馬家屯段治理河段流域水系圖

兩岔河（舞陽湖）水庫位于舞陽河上游舊州鎮,水庫調節性能為多年調節水庫。壩址以上集水面積256 km2,水庫總庫容6320 萬m3,正常蓄水位724.00 m,防洪限制水位720.00 m,其防洪庫容3200 萬m3,水庫溢流方式有溢洪道,閘門控制的泄洪洞,根據水情,控制啟動泄洪洞泄洪,庫水位到達724.0 m,溢洪道參與泄洪。當來水逐漸減小,水庫水位逐漸回落至正常蓄水位,溢洪道停止泄洪,泄洪洞繼續泄流,直到水庫水位回落至限水位720.0 m,標志一次洪水過程結束。

洋碼頭水庫位于兩岔河水庫北面有舞陽河支流紅梅河上,壩址以上集雨面積21.5 km2,水庫正常蓄水位755 m,校核洪水位767.0 m,總庫容158 萬m3,洋碼頭水庫泄洪洞直接連接到兩岔河水庫庫區內。

印地壩水庫位于黃平縣西北側舊州鎮,地處舞陽河右支流冷水河上,壩址以上流域面積43.4 km2。總庫容1462 萬m3,印地壩水庫采用無閘門控制開敞式溢流堰泄洪,溢流凈寬10 m。

3 治理河段設計洪水計算

3.1 暴雨洪水特性

本流域屬典型的山區雨源性河流,洪水由暴雨所致,具有陡漲陡落、峰量集中、漲峰歷時短等山區性河流的特點。暴雨天氣一般發生在每年的6 月～7 月,其中以7 月為最多。洪水過程多為單峰型,洪水多發生在6 月～8 月。

3.2 天然洪水成果分析計算

離治理河段最近的舊州水文站從1982 年開始有洪水資料,但從1996 年開始,其年最大洪峰受兩岔河水庫調蓄影響,受影響后系列不足30 年,不能滿足規范規定要求,因此采用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》及其修訂本的雨洪計算（修訂）公式推求舞陽河上游川心堡至馬溪屯天然設計洪峰流量,采用地區洪水組成法計算受兩岔河水庫、印地壩水庫影響后洪峰流量。

根據確定的暴雨參數（H24h=90 mm,CV=0.45,CS/CV=3.5）和量算的流域參數,采用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》（修訂本）方法,進行控制斷面處的設計洪水計算。

當θ=L/J1/3/F1/4>30 且25 ≤F<300 km2,適用計算公式為：

當θ=L/J1/3/F1/4>30,300 ≤F<1000 km2時、設計洪峰流量Qp的基本計算式為：

式中：Qp為設計頻率為P 的洪峰流量,m3/s；γ 為匯流參數,匯流參數γ 參考《貴州省黃平縣兩岔河水庫除險加固工程初步設計報告》中取值；F 為流域匯水面積；J 為河道加權平均坡降；f 為流域形狀系數,f=F/L2；C'為洪峰徑流系數,0.682～0.558；H24為最大24 小時設計雨量,mm。

（3）現狀洪水成果分析計算

由于治理河段上游右岸支流冷水河上修建印地壩水庫,調蓄作用較大,因此洪水計算按主干流和支流冷水河分開計算后疊加,主干流受兩岔河水庫調蓄作用,冷水河受印地壩水庫調蓄,冷水河匯合口以上洪峰流量,與主干流洪峰（兩岔河調蓄后）疊加,得到治理河段控制斷面3+500 的現狀設計洪峰流量,見表1。

表1 各控制斷面天然設計洪峰流量成果表

①舞陽河主干流（不含冷水河）治理段現狀洪水分析計算

川心堡至馬溪屯治理河道下游控制3+500 和起點斷面0+000 集水面積相差不大,沿途無支流匯入,因此選擇3+500斷面設計洪水流量成果作為河道治理水面線推算控制流量,3+500 斷面天然設計洪水采用雨洪法計算,參數參考兩岔河水庫除險加固報告中審定參數。洪水過程采用貴州省暴雨洪水手冊中概化過程線法計算[1]。上游兩岔河水庫洪水過程采用其除險加固報告中方法計算。3+500 斷面至兩岔河水庫區間流域特征參數（扣除冷水河）,采用暴雨洪水法計算區間設計洪水過程線。

組合方式一：采用控制斷面與上游兩岔河水庫同頻,兩岔河水庫至控制斷面區間相應；3+500 斷面天然洪水過程線減去兩岔河水庫同頻洪水過程線（即峰對峰過程相減）,得到相應區間洪水過程線,兩岔河水庫洪水調節后過程線考慮0.5 h洪水傳播時間與相應區間洪水過程線疊加,得到3+500 斷面受兩岔河水庫影響后的洪水過程線,見圖2,其中洪水傳播時間按《貴州省暴雨洪水計算綜述》中下式估算：

圖2 方法一洪水組合過程線（主干流）

式中：τ為匯流時間,h；τ坡為坡流時間,0.3 h～0.5 h；τ槽為槽流時間,h；L 為主河道長度,km；V 為平均流速,半山區地區采用1.0 m/s。

組合方式二：采用控制斷面與兩岔河水庫至3+500 斷面區間同頻,上游兩岔河水庫相應的組合方式,3+500 斷面天然洪水過程線減去區間同頻洪水過程線（峰對峰減）,得到上游兩岔河水庫相應洪水過程線,由兩岔河水庫相應洪水調洪后的下泄洪水過程線,與同頻區間洪水過程線疊加,得到斷面受兩岔河水庫影響后的洪水過程線,如圖3 所示（減出的兩岔河相應洪水過程在3+500 斷面位置,則不考慮傳播時間）。

圖3 方法二洪水組合過程線（主干流）

最終成果遵循最不利原則：由兩種方法計算成果表可知,洪水組成最不利組合方法即區間同頻上游兩岔河水庫相應時計算的各斷面受兩岔河水庫影響后洪水設計值較大[2],為本次推薦成果,5 年一遇洪水計算方法與10 年一致,各組合方式計算成果見表2。

表2 各控制斷面洪水地區組成分析計算成果表

②冷水河（冷水河至舞陽河主干流匯合口以上）現狀洪水分析計算

冷水河匯入舞陽河匯合口（命名DM1）斷面受上游印地壩水庫影響后洪水計算采用地區洪水組成法,一是采用DM1與上游印地壩水庫同頻,印地壩水庫至DM1 區間相應的組合方式；二是采用DM1 斷面與印地壩水庫至DM1 斷面區間同頻,上游印地壩水庫相應的組合方式,計算成果見表3。

③治理河段控制斷面現狀設計洪水成果

主干流受兩岔河水庫調蓄作用,冷水河受印地壩水庫調蓄作用,冷水河匯合口以上洪峰流量,與主干流洪峰（兩岔河調蓄后）疊加,得到控制斷面3+500 的現狀設計洪峰流量,見表3。

表3 治理河段控制斷面（3+500）現狀設計洪水成果

4 洪水成果合理性分析

（1）計算方法合理：水文站資料不滿足規范要求,因此根據其流域特征值采用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》中相關公式計算控制斷面天然設計洪水方法是合理可行的。

（2）暴雨參數取值合理：本次采用的設計暴雨參數比與《貴州省暴雨統計參數等值線圖》中成果比較,本次采用成果略大,主要是結合了流域內舊州水文站、日州氣象站及上塘雨量站暴雨統計參數成果,均值加大是合理的。

（3）符合地區分布規律：根據洪峰計算成果,10 年一遇洪峰模數為6.78 m3/（s·km）,與同地區其他工程相比,模數偏小一點,原因為兩岔河水庫和印地壩水庫滯洪作用的影響。與上游段《貴州省舞陽河（黃平縣河段）治理工程（舊州鎮段）初步設計報告》（審定本）（中國電建貴陽勘測設計研究院有限公司）中洪水成果洪峰模數基本一致。

（4）與歷史洪水成果協調：從本次調查的1985 年洪水分析,舊州水文站洪峰流量547 m/s,重現期約10 年一遇,比擬到治理河段控制斷面,歷史洪峰為712 m3/s,與雨洪法計算的3+500 斷面天然10 年一遇洪峰流量681 m3/s 比較,兩者相差較小于5%,設計洪水與歷史調查洪水接近,可以認為本次設計洪水成果是合理的。

5 結語

舞陽河干流舊州鎮川心堡至馬家屯段洪水組成分析是眾多工程實例中比較典型的一個,在實際的工程設計分析計算中,設計人員要具體情況具體分析,結合工程設計要求和流域實際情況,找準邊界調節,在復核水文原理的基礎上,方法靈活運用,成果合理采納,才能更好地滿足工程設計的要求。