考慮暴雨修正的水文比擬法應用實例

劉 穎，張 僑，蒙天易，湯飛飛

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002)

貴州省位于我國西南部、地處云貴高原，境內92.5%的面積為山地和丘陵。區域地形崎嶇、坡度大。地貌以巖溶低山、溶丘洼地、溶丘盆地為主，河谷大都切割較淺，并分布有3～4級階地，一、二級多為堆積或內迭階地，三、四級多為基座或侵蝕階地。在巖溶區，較大河流兩側常有大泉或暗河在近河面處排出[1-2]。貴州屬亞熱帶濕潤季風氣候區，境內氣候溫暖濕潤，降水較多、雨季明顯，受大氣環流及地形等影響，省內氣候呈多樣性且不穩定，“一山分四季，十里不同天”。獨特的地形地貌造、多變的氣候使貴州省內各流域的暴雨洪水差異較大。

目前，水利水電工程設計洪水計算方法有“雨洪法”、“水文比擬法”等，“雨洪法”根據各地區《暴雨洪水計算手冊》，并結合不同的流域面積選取不同的雨洪計算公式[3]，但該方法不適用于集水面積大于300km2的流域[4]；“水文比擬法”則是依據流域附近的參證站實測系列，采用面積比計算設計洪水[5-7]。當采用常規“水文比擬法”計算相鄰流域的設計洪水時，僅考慮面積比修正，而忽略了參證站與設計流域暴雨洪水特性的差異，且不符合實際情況。

因此，文章同時采用常規水文比擬和考慮面上暴雨修正的水文比擬兩種方法來計算設計洪水，并將其應用于貴州省江口縣小江河桃映段防洪治理工程中，同時結合設計流域歷史洪水調查成果，來綜合分析確定設計洪水成果，使洪水計算成果更符合實際。

1 防洪工程及流域概況

貴州省江口縣小江河桃映段防洪治理工程位于江口縣桃映鎮境內，距離江口縣城19.5km，所在河流為長江流域沅江水系錦江一級支流小江河。流經貴州省松桃苗族自治縣、江口縣、銅仁市和湖南省鳳凰縣，發源于松桃縣寨英鎮興家莊村，向東南流經茶子灣、落滿、寨英、王家坪、凱牌、岑鼓坡進入江口縣怒溪鎮，經長坪、河對門、大坪、地樓、錦花村進入江口縣桃映鎮，經桃映社區、翁稿村、翁會村、溪口村、小屯村進入銅仁市碧江區和平鄉，經稿坪、和平村、陳家寨村、龍魚村，左納德勝屯河、至兩河口左納大梁河，經白馬洞、清水塘轉南流，至銅仁碧江區銅巖注入錦江。流域總面積1373km2，流域呈寬短形。貴州省境內面積1328km2，干流河長91km，平均比降11.1‰，占全流域面積的96.7%。

小江河上游多為天然岸坡，缺少防護措施，目前河道行洪能力較低，洪災頻繁，汛期洪水沖刷較嚴重、穩定性差，沿河兩岸村寨集中，發生較大洪水可能造成塌岸，造成較大的損失，迫切的需要修建防洪工程。本次防洪治理河段為小江河桃映洞—富里坳區間河段，治理河段總長約9.5km，治理起點以上集水面積252km2，河長38.37km，比降17.1‰；治理終點以上集水面積624km2，河長61.15km，比降4.31‰。

2 設計洪水計算

2.1 參證站選擇

治理河段所在設計流域內有清水塘水文站，周邊的錦江干流上分別有盧家洞、茅溪水文站和銅仁、江口水位站。工程流域內設有寨英、普覺、勻都、桃映、和平等雨量站點，流域周邊有江口氣象站、銅仁氣象站、凱馬、太平、石硯、牛郎等雨量站點。

江口水位站資料不連續且系列短，清水塘、茅溪水文站僅有2014至今實測資料，均不適合作為水文參證站；盧家洞水文站與治理河段同屬錦江流域，集水面積3346km2，由銅仁水位站下遷而來，銅仁水位站集水面積3324km2，兩站集水面積差別小可合并為一站進行分析，從距離、下墊面條件、產匯流條件上看，盧家洞水文站與設計流域基本相似，因此選用該站作為參證站。盧家洞水文站具有1975—2014年實測洪峰資料系列，銅仁水位站具有1953—1974年實測洪峰流量系列，銅仁水文站與盧家洞在錦江干流上為上下游關系，集水面積僅相差22km2，可將該站資料系列比擬至盧家洞，組成1953—2014年洪峰流量系列。

江口氣象站屬國家專用站，該站具有1959至今的連續降水資料系列，資料每年都進行整編，成果可靠；在雨量站中，桃映雨量站、勻都雨量站和普覺雨量站均位于設計流域內，且3站資料系列較長，資料連續性較好，氣候和下墊面條件基本相同；因此，選擇江口氣象站、桃映、勻都、普覺雨量站作為本次設計的暴雨參證站。

2.2 歷史洪水調查

2022年5月對該防洪工程所在河段進行了歷史洪水調查，調查到1933年為最大洪水，該場洪水重現期約為70a一遇。根據治理河段實測縱橫斷面資料，采用曼寧公式進行計算，治理起點斷面1933年洪峰流量約為1433m3/s、治理終點斷面1933年洪峰流量約為2820m3/s；調查到2021年洪水，重現期約為4a一遇，計算得到治理起點斷面2021洪峰流量約為474m3/s、治理終點斷面2021洪峰流量約為943m3/s。

2.3 設計洪水計算

2.3.1參證站設計洪水

盧家洞水文站具有1975—2014年實測洪峰資料，將該站資料系列比擬至盧家洞，組成1953—2014年實測洪峰資料系列，并加入1933和1935年歷史洪水，組成64年的不連續洪水系列。1995年實測洪水洪峰流量最大，1933年歷史洪水洪峰流量排位第二、1935年歷史洪水洪峰流量排位第三；1954年實測洪水洪峰流量排位第四，但比排位第三的1935年歷史洪水小很多，故將1933、1935和1995年3場洪水洪峰流量均提作特大值處理，首項1995年歷史洪水洪峰流量的重現期定為100年。

表1 盧家洞水文站設計洪水成果表

2.3.2常規水文比擬法

只考慮面積修正的水文比擬法計算公式如下：

(1)

2.3.3考慮暴雨修正的水文比擬法

考慮暴雨修正后，水文比擬法計算公式如下：

(2)

面積比指數一般通過本流域及鄰近流域相關測站的洪峰流量均值與集水面積建立冪回歸分析，冪指數即為面積比指數。根據《盧家洞水電站改擴建工程可行性研究暨初步設計報告》中對本地區的分析成果，面積比指數為0.76，本次計算引用該成果。

設計洪水變差系數Cv取值依據貴州省洪峰流量變差系數Cv值與集水面積的關系的經驗公式：

ΔCv=α×Lg(F治/F參)

(3)

式中，α—經驗系數，取值范圍-0.1～-0.2，本次取值-0.1。

3 結果對比

根據盧家洞水文站設計洪水成果，采用上述公式，分別計算得到計算斷面設計洪水成果，見表2—3。

表2 設計洪水計算成果表

表3 設計洪水與歷史洪水成果對比表

結合歷史洪水調查成果分析：

治理起點70a一遇調查歷史洪水約為1433m3/s，4a一遇調查歷史洪水約為474m3/s，考慮暴雨修正比擬法中70a一遇(P=1.43%)設計洪峰流量為1460m3/s、4a一遇(P=25%)設計洪峰流量為482m3/s，兩者成果相差在2%以內；同理，治理終點斷面70a一遇洪水約為2820m3/s，4a一遇洪水洪峰約為943m3/s，考慮暴雨修正的比擬法中70a一遇(P=1.43%)設計洪峰流量為2760m3/s、4a一遇(P=25%)設計洪峰流量為968m3/s，兩者成果相差在3%以內。而歷史洪水調查成果與常規水文比擬成果相差較大。

由此可見，與考慮暴雨修正的比擬法之成果與歷史洪水調查成果更為接近、更符合實際。

4 結語

本文以銅仁市江口縣防洪治理工程為研究實例，以盧家洞水文站為參證站，分別采用常規水文比擬法和考慮暴雨修正的水文比擬法，將盧家洞站洪水成果比擬至防洪治理工程所在河段，并結合歷史洪水調查成果綜合確定設計洪水成果。結果表明：在治理起點和終點，考慮暴雨修正的比擬成果與歷史洪水調查成果相差在2%以內，而常規水文比擬法成果與歷史洪水成果相差7.74%～12.1%。因此，考慮暴雨修正的比擬法成果與歷史洪水調查成果更為接近、更符合實際。

本文通過上述研究，為防洪工程設計洪水計算提供了參考，同時，未來還可對暴雨參數選取、面積分級修正等內容進行深入研究。