巢湖流域水文模型及水文成果

田 娟

(安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230088)

巢湖流域位于安徽省中部，屬于長江下游左岸水系，為全國五大淡水湖之一，流域總面積為13544.7km2，其中巢湖閘上面積9185.6km2，閘下面積4359.1km2。巢湖流域地形復雜，中上游為山丘區，下游為圩區，其中山丘區9697.7km2，占流域面積71.6%；圩區3040.8km2，占流域面積22.4%；湖泊806km2，占流域面積6.0%。

巢湖流域面積大，水文計算內容較多，在歷年的流域防洪規劃中，只計算了典型年的洪水，根據長江水位的高低，綜合確定了典型年的重現期。隨著大水年的增加和計算手段的革新，本文依托MIKE11 NAM模型，搭建巢湖流域的水文模型，并進行了長系列計算，對長系列計算成果進行p-Ⅲ型曲線適線，最終確定了各頻率年的巢湖閘上入湖洪峰流量、閘上及閘下洪量，供防洪方案調洪計算時使用，以確定一定頻率年的工程規模。

1 巢湖流域水文模型搭建

巢湖流域山丘區水文分區在1∶1萬數字高程圖(DEM)上進行劃分，并進行各分區的面積量算。

1.1 巢湖流域水文分區

(1)巢湖閘上分區。巢湖閘上面積9185.6km2，分區按照山丘區、圩區進行劃分，巢湖閘上山丘區共劃分為33個子流域，閘上萬畝以上大圩共26個，劃分為26個分區；萬畝以下圩區有158個，數量多，但面積小，根據位置分片概化，一條河道上的中小圩概化成一個，合計8個；巢湖湖區劃分為一個分區，巢湖閘上分區共計68個。巢湖閘上山丘區子流域分區見表1。

(2)巢湖閘下分區。巢湖閘下流域總面積4359.1km2，分區按照山丘區、圩區進行劃分，巢湖閘下山丘區共劃分為23個子流域，閘下萬畝以上大圩共28個，劃分為28個分區；萬畝以下圩區有162個，數量多，但面積小，根據位置分片概化，一條河道上的中小圩概化成一個，合計7個；巢湖閘下分區共計58個。巢湖閘下山丘區子流域分區見表2。

巢湖流域水文分區共計126個。巢湖流域水文分區如圖1所示。

圖1 巢湖流域水文分區位置圖

1.2 一維河道概化

模型中構建一維河道的目的是方便各分區洪水匯流，最終得到各河道出口的洪水過程。

表1 巢湖閘上山丘區子流域劃分基本情況表

表2 巢湖閘下山丘區子流域劃分基本情況表

(1)巢湖閘上。為將沿河圩口和山丘區子流域的水匯入河道中，在巢湖閘上搭建的一維河道包括南淝河、豐樂河、杭埠河及白石天河共4條河道，將派河、柘皋河等面積不大的河道概化為一個區間，不需要搭建一維河道，洪水直接連接巢湖，這些河道的圩口也主要分布于河道下游，相關的中小圩直接連接巢湖。

(2)巢湖閘下。為將沿河圩口和山丘區子流域的水匯入河道中，在巢湖閘下搭建的一維河道包括清溪河、裕溪河、牛屯河、西河、花渡河、永安河、兆河及縣河等8條河道。

巢湖流域水文模型概化如圖2所示。

圖2 巢湖流域水文模型概化圖

1.3 邊界條件

巢湖流域水文模型主要計算巢湖閘上洪水過程，不涉及洪水調算，故不需要調度各閘站，主要利用的邊界條件為降雨過程及各個圩區泵站的排澇能力。

(1)雨量站選用情況。巢湖流域內現有雨量站132處，根據雨量站的分布情況，每個分區選用1～4個雨量站進行計算。

(2)圩區排澇能力。圩區外排流量主要由排澇站排水能力決定，在1991年大水后，防洪體系進一步提升，隨著防洪排澇工程的建設，流域防洪排澇能力不斷提高，排水模數取值0.7m3/s/km2。

(3)模型計算參數。NAM模型中的參數根據《巢湖流域防洪治理規劃》水文水動力專題報告中的方法確定，河道一維水動力模型中的糙率取值0.03。

2 主要洪水成果

巢湖流域現有雨量站132個，由于各個站點建站的時間不一致，有的站雖然建站早，但降雨觀測不連續，考慮到資料的完整性及連續性，本次洪水計算采用建裕溪閘后的系列年，即1968—2020年共計53年。

通過巢湖流域洪水模型可計算出各個支流及與湖區直接連接分區的洪水過程，將所有支流及與湖區連接的分區洪水逐日疊加即得到巢湖閘上洪水過程。

2.1 巢湖閘上入湖洪峰成果

對巢湖閘上歷年入湖洪峰流量進行統計分析，根據P-Ш頻率曲線適線(如圖3所示)，變差系數Cv=1.06，Cs/Cv=3.0，頻率分析成果見表3。

表3 巢湖閘上洪峰流量排頻成果表

圖3 巢湖閘上洪峰流量頻率曲線

2.2 巢湖閘上洪量分析

巢湖閘上洪量選取3、7、30、90d四個統計時段，其中最大30d洪量一般決定巢湖最高湖水位，最大3、7和90d為控制洪水過程。巢湖閘上最大3、7及30d洪量出現在1991年，分別為17.4億、28.8億和51.6億m3，最大90d洪量出現在2020年，為75.1億m3。對各時段洪量進行P-Ш頻率分析，成果見表4，頻率曲線如圖4所示。

表4 巢湖閘上洪量分析成果表 單位：億m3

圖4 巢湖閘上3、7、30和90d洪量頻率曲線

2.3 巢湖閘下洪量分析

巢湖閘下洪量選取3、7、30、90d四個統計時段計算。巢湖閘下最大3和7d洪量出現在2016年，為12.9億和22.1億m3，最大30、90d洪量出現在1991年，分別為31.5億和40.9億m3。對各時段洪量進行P-Ш頻率分析，成果見表5，頻率曲線如圖5所示。

表5 巢湖閘下洪量分析成果表 單位：億m3

圖5 巢湖閘下3、7、30和90d洪量頻率曲線

2.4 巢湖流域洪量頻率分析

通過重復上述演算洪水過程，選取巢湖流域3、7、30、90d 4個時段分析洪量。巢湖流域最大3和7d洪量出現在1969年，為27.8億和47.8億m3，最大30、90d洪量出現在1991年，分別為82.9億和114.6億m3。對各時段洪量進行P-Ш頻率分析，成果見表6，頻率曲線如圖6所示。

表6 巢湖流域洪量分析成果表 單位：億m3

圖6 巢湖流域3、7、30和90d洪量頻率曲線

3 巢湖閘上設計洪水過程

將巢湖閘上各分塊洪水過程累加即得到巢湖入湖洪水過程，根據閘上最大1d入湖流量排頻成果以及閘上最大3、7、30、90d洪量排頻成果，對要進行調節計算的典型年閘上來水過程進行同頻率縮放，得到不同重現期(200、100、50及20a一遇)閘上來水過程，2020、2016、1991及1969年大水年各頻率入湖過程如圖7—10所示。

圖7 2020年型入湖設計洪水過程

圖8 2016年型入湖設計洪水過程

圖9 1991年型入湖設計洪水過程

圖10 1969年型入湖設計洪水過程

4 結語

本文通過長系列洪水計算，得到各支流的長系列洪水過程，在此基礎上進行統計分析，分析得到流域各頻率洪峰/洪量成果。將巢湖閘上各分塊洪水過程累加即得到巢湖閘上入湖洪水過程，根據閘上最大1d入湖流量排頻成果以及閘上最大3、7、30、90d洪量排頻成果，可對要進行調節計算的典型年閘上來水過程進行同頻率縮放，得到不同重現期(200、100、50及20a一遇)閘上來水過程，該典型年各頻率的洪水過程是流域各方案調洪演算的基礎，結合方案擬定及調算，可確定各頻率年的工程規模。