廣州市白坭河流域設計洪水分析

朱婷

摘要： 為做好廣州市白坭河流域防洪規劃，基于有限的實測水文資料，結合搬家指數法、查算圖表法、綜合單位線及推理公式等多種方法，對白坭河流域展開設計洪水計算，確定了遭遇100 a一遇洪水時主要控制斷面的洪量。結果表明，以本地洪水為主時，鴉崗斷面流量較目前防洪標準（20 a一遇）高約900 m/s，有必要提高流域內干支流堤防的防洪標準。研究成果可為該流域的綜合規劃提供參考。

關鍵詞： 設計洪水分析; 防洪能力評估; 搬家指數法; 白坭河流域

中圖法分類號：TV122. 3 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.07.005

文章編號：1006 - 0081（2022）07 - 0033 - 05

0 引 言

受地理位置和氣候的影響，白坭河流域在歷史上曾是洪澇災害頻繁發生的地區。1949～2015年的67 a里，共發生洪澇災害29次，平均2.3 a一次，且2000年之后洪澇災害尤其頻繁。近5 a來，主要災害發生在支流，廣州市花都區受災嚴重，直接經濟損失超過4.8億元。因此，對白坭河流域進行設計洪水分析具有重要意義。

流域設計洪水計算是防洪規劃基礎工作之一，且對編制防洪規劃及流域綜合規劃具有決定性控制作用[1]。郭富興等[2]以運糧河流域為例，介紹了無資料地區洪水計算分析方法。付雯琪等[3]采用削峰影響量法，通過計算上游水庫調蓄對下游設計斷面天然洪峰的影響量推求設計洪水。胡歆揚等[4]以擬建黃山水庫工程為例，對不同頻率下設計洪峰流量進行計算，為工程修建提供參考。此外，部分學者采用了不同方法對同一流域開展洪水設計，并比較各種計算方法的優劣性[5-6]。因此，針對不同流域的具體情況，選擇合適的方法進行洪水設計非常重要[7-8]。

白坭河流域內水文監測體系尚未完善，水文資料匱乏。本研究針對白坭河流域干流及主要支流的不同洪水組合，采用多種方法推求設計洪水，計算遭遇100 a一遇洪水時主要控制斷面的洪量，并與現狀基準洪水對比，旨在為該流域的綜合規劃提供參考。

1 流域概況

白坭河發源于廣東清遠石角鎮扶基頭，跨廣州、佛山、清遠三地。蘆苞水閘分洪后由西向東北方向沿三水長歧進入花都，該段又稱“九曲河”，流經西蓮塘后于白坭圩附近與國泰水匯合，始稱“白坭河”（圖1）。白坭河和蘆苞涌、西南涌（簡稱“兩涌一河”）位于北江大堤的中、下游堤段，是北江的分洪道，流經鴉崗附近匯入廣州河道的西航道，“兩涌一河”擔負著北江大堤的分洪任務。

白坭河流域總面積為1 493 km，干流全長57 km，其中在廣州市境內河長約33 km（占比58%），流域面積約718.6 km（占比48%）。白坭河有90條支流，主要支流有國泰水、新街河及天馬河等。流域平均年降雨量1 718.4 mm，年均降雨天數約164 d，降雨盛期主要集中在4～9月，其間降雨量約占全年的80%。受地理位置和氣候的影響，災害性氣候較多，每年4～8月常出現日降雨量80 mm以上的暴雨，形成洪澇災害。

2 防洪計算

采用國家GB50201-2014《防洪標準》的分級標準，根據廣州市系列規劃，2035年白坭河干流中下游，主要支流新街河、天馬河防洪標準為100 a一遇;鐵山河和銅鼓坑結合上游水庫防洪能力，采用堤庫結合防洪標準為50 a一遇;田美河、國泰水、大官坑等支流按20 a一遇的標準建設。

2.1 白坭河干流設計洪水

在流域尺度設計洪水計算時，應考慮區間來水和水庫閘壩泄水，選定設計洪水組成，計算不同洪水組成條件下各控制斷面的洪量，并分析計算成果的合理性[9-10]。白坭河洪水受北江洪水及蘆苞閘、西南閘控制的影響，在進行洪水計算分析時，應考慮白坭河流域區間洪水、兩閘分洪流量、河涌的電排排澇流量和下游潮汐影響。

2.1.1 洪水組成方案選擇

根據洪水實測資料，北江洪水及兩閘分洪與流溪河洪峰不遭遇。因此，白坭河設計洪水應該統計北江、兩閘分洪、流溪河及白坭河三大支流之間發生洪水的遭遇情況，合理確定防洪計算的洪潮組合。“兩涌一河”洪水有兩閘分洪為主和本地洪水為主兩種情況，在規劃水平年的洪水組合如下：

（1） 方案Ⅰ。兩閘分洪，區間相應。北江發生100 a一遇洪水，蘆苞、西南兩閘分別泄洪1 200 m/s和1 100 m/s，堤圍區內白坭河的國泰水、新街河、流溪河等支流及蘆苞、西南、官窯等河涌的排澇流量相當于5 a一遇，鴉崗水位為組合后流量的相應水位。

（2） 方案Ⅱ。兩閘不分洪，本地發洪。根據防護范圍內的社會經濟情況，兩涌整治的堤圍設計標準選為100 a一遇洪水。本地洪水以白坭河二大支流（國泰水和新街河）及流溪河P=1%的洪水為主，堤圍區內蘆苞、西南及官窯等河涌的電排排澇流量相當于10 a一遇，遭遇鴉崗20 a一遇洪潮水位。

為便于將規劃水平年的洪水設計成果與現狀基準年對比，現狀基準年采用初設階段成果。現狀基準年的防洪標準為20 a一遇，對應“兩閘分洪，區間相應”（方案I）和“兩閘不分洪，本地發洪”（方案II）兩種洪水方案。方案（I）與規劃水平年相同，方案（II）中兩涌整治的堤圍設計標準選取為20 a一遇洪水，本地洪水以白坭河的二大支流國泰、新街及流溪河P=5%的洪水為主，其他條件與規劃水平年一致。

2.1.2 設計洪水成果

對白坭河流域兩大支流（國泰水和新街河）及流溪河設計洪水，并計算堤圍內閘排澇流量以及各控制斷面流量。

（1） 兩大支流及流溪河設計洪水。白坭河干流主要控制斷面的設計洪水參考北江大堤加固達標工程初設成果，采用搬家指數法計算，計算公式如下

Q=Q×（A/F） （1）

式中：Q為設計河段控制斷面處的設計洪峰流量，m/s;Qm為參證站的設計洪峰流量，m/s;A為設計河段控制斷面以上的集水面積，m;F為參證站的集水面積，m。

以流溪河為例，用牛心嶺水文站實測最大流量減去水庫相應時間放流量，生成區間最大流量系列，其設計洪水作為“兩涌一河”山丘區設計洪水計算依據。根據流溪河水庫放流量系列的排頻成果，流溪河水庫放流計算成果見表1。

采用該方法計算國泰水、新街水以及流溪河3個控制斷面的設計洪水，見表2。

（2） 堤圍內閘排澇流量。除受蘆苞水閘、西南水閘影響外，蘆苞涌和西南涌還受堤圍內的電排排澇流量影響。根據洪水組合方案，按10 a一遇24 h暴雨3 d排干設計，以《廣東省暴雨徑流查算圖表》及《廣東省水文圖集》為基礎，采用“廣東省綜合單位線法” 和“推理公式法”兩種方法推求1 d洪量，設計排澇流量采用《水利動能設計手冊治澇分冊》的平均排除法，計算結果見表3。

（3） 各控制斷面設計洪水成果。表4給出了現狀基準年和規劃水平年兩涌洪水成果。現狀基準年采用初設階段成果，其分洪為主洪水與規劃水平年一致，本地洪水為20 a一遇。對比現狀基準年與規劃水平年設計洪水，方案I分洪為主洪水時，各控制斷面流量相同;方案Ⅱ本地洪水為主時，規劃水平年鴉崗斷面流量較現狀基準年高約900 m/s，原因是防洪標準從現狀基準年的20 a一遇提高到規劃水平年的100 a一遇。

2.2 主要支流設計洪水

由于白坭河流域規劃主要支流（新街河、天馬河、田美河等）均無實測洪水資料，根據不同方法的適用范圍和各河流情況，分別采用廣東省綜合單位線、推理公式法計算洪水。各河流上游山區部分均建有水庫，對洪水有一定的削峰作用，因此，在計算各河流設計洪水時，分別計算山區（水庫集雨區域）和平原區（區間）兩部分。

（1） 中型水庫調洪成果。白坭河流域主要支流范圍內有中型水庫2座，分別為芙蓉嶂水庫和福源水庫。芙蓉嶂水庫總庫容2 206萬m，集水面積22.6 km，水庫正常蓄水位45.2 m;設計洪水標準為100 a一遇洪水，設計洪水位47.13 m。福源水庫是一座以灌溉為主、結合防洪發電的多年調節中型水庫，集雨面積約16 km，總庫容1 325萬m。根據原設計及水庫運行管理資料，兩座水庫庫容曲線見圖2。調洪演算結果表明： 洪水頻率為1%時，芙蓉嶂水庫和福源水庫最大入庫流量分別為423.6， 274.3 m/s，溢洪道最大泄量分別為90.8， 63.5 m/s。

（2） 設計暴雨。根據2003年廣東省水文總局《廣東省暴雨參數等值線圖》，按暴雨中心分布特征分區確定設計暴雨相關參數，共分為4個片區，見表5。

（3） 洪水設計成果。根據流域內各支流的地理參數、暴雨參數，采用多種方法對各支流進行洪水計算。對于集水面積大于10 km的河流，采用綜合單位線計算成果。對于上游建有水庫防洪河道，設計洪水計算應考慮水庫的調蓄作用，將調蓄后的下泄洪水過程考慮一定的傳播時間后與區間洪水過程相疊加。水庫調洪計算所需基本資料及調洪原則采用當地提供的相關成果及測量資料，同時結合現場調查。由于這些水庫均不承擔防洪任務，故按自由泄洪方式進行調洪計算，各支流設計洪水成果見表6。

3 防洪能力評價及建議

白坭河流域內山區暴雨強度大，而小水庫、小堤圍等小型水利工程建設年代久遠，建設標準不高。大布河、胡屋河及大逕河等一大批中小河流尚未得到有效治理，經常發生山洪災害，抵御山洪、泥石流災害能力仍有待提高。當地防汛指揮決策支持系統建設基本完成，但基礎數據采集和反饋不夠及時，城市內澇、風暴潮、重要小流域水雨情監測和山洪災害等預測預警能力有待提高。

在規劃水平年（2035年），白坭河流域的防洪標準需要提升至100 a一遇，但目前白坭河干流堤防等級均按照50 a一遇設計，堤防等級為4級;各級支流最新防洪標準為20～100 a一遇，大部分均需進行達標加固建設。白坭河干流堤防已基本達標，但主要支流堤防仍有28.32 km尚未達標。因此，白坭河流域防洪能力仍需加強，應重點提高干支流堤防的防洪標準。

4 結 語

白坭河流域的區間洪水是廣州市白云區及花都區洪澇災害的主要來源，但流域內積累的水文資料不足。本研究采用多種方法對該流域展開防洪分析計算，確定了遭遇100 a一遇洪水時流域內主要控制斷面的流量。結果表明：本地洪水為主時，若防洪標準從20 a一遇提高到100 a一遇，規劃水平年鴉崗斷面流量較現狀基準年高900 m/s左右。根據防洪計算結果，白坭河干流堤防已基本達標，但支流堤防需要進行達標加固建設。因此，本研究計算成果可為白坭河流域綜合規劃提供參考，采用的洪水計算方法可為其他中小型無資料流域的防洪分析提供借鑒。

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（編輯：唐湘茜）

Calculation of design flood for Baini River Basin， Guangzhou City

ZHU? Ting

（Guangdong Hydropower Planning & Design Institute， Guangzhou 510635， China）

Abstract： In order to better complete the flood control planning of the Baini River Basin in Guangzhou， based on the limited measured hydrological data， combined with the methods of moving index， referring chart and figure， comprehensive unit hydrograph and deducing formulae， the calculation of the design flood was carried out to determine 100-year flood discharge at main control sections. The results indicated that the flood discharge at Yagang is 900 m3/s higher than that in the event of a 20-year flood. Therefore， the flood control standards of main stream and tributaries of the Baini River should be upgraded. This study provides an important reference for the comprehensive planning of the Baini River Basin.

Key words： flood control analysis; capability evaluation of flood control; moving index method; Baini River Basin