曹明亮 劉曉宏 李 萍 黎 愷 劉啟陽

1.四川蜀禹水利水電工程設(shè)計(jì)有限公司 四川 成都 610072

2.四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 四川 成都 610072

1 引言

巴河主源南江發(fā)源于大巴山南麓南江縣映水壩,經(jīng)南江、巴中,于平昌左納通江后為巴河干流。巴河流域由于地處大巴山暴雨區(qū),暴雨洪水頻繁,在1950年～2011年62年內(nèi)有40個(gè)年份發(fā)生60次洪災(zāi),平均2年有一年發(fā)生洪災(zāi)[1]。

為解決渠江流域的防洪問題,《四川省渠江流域防洪規(guī)劃報(bào)告》[2]提出在巴河、州河干支流共規(guī)劃13座串并聯(lián)防洪水庫(其中新建12座),并配以河道整治和堤防建設(shè)滿足各防洪對象防洪要求。規(guī)劃報(bào)告按階段要求初擬了各水庫防洪庫容,但水庫群間防洪庫容合理分配問題尚未解決。

為解決多個(gè)水庫防洪庫容分配的問題,目前只能采用設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成的方法[3],而對于干流河段,河道變寬、比降變緩,河道調(diào)蓄作用較大,計(jì)算時(shí)必須考慮洪水的河道演進(jìn)。而洪水演進(jìn)參數(shù)的確定是目前亟需解決的問題。本文以南江干流巴中水文站～七里沱水文站河段為研究對象,分析南江流域的馬斯京根法參數(shù)。渠江流域水系圖見圖1。

2 數(shù)據(jù)

本文采用南江干流巴中水文站、七里沱水文站,以及恩陽河蘇家潭水文站的資料。各站資料情況如表1所示。

表1 本文所用水文測站資料情況一覽表

圖1

3 馬斯京根法

馬斯京根法是河道洪水演算中廣泛應(yīng)用的方法,該方法由Macoarthy[4]在1938年提出,并首先應(yīng)用于美國馬斯京根河。該方法以槽蓄方程代替復(fù)雜的動力方程、以水量平衡方程代替連續(xù)方程,認(rèn)為在一個(gè)河段中,河道槽蓄量S與某一特征流量Q’之間存在線性關(guān)系,即馬斯京根槽蓄曲線方程為:

式中:S為河道槽蓄量(h·m3/s);K為穩(wěn)定流情況下的河段傳播時(shí)間(h);Q’為示儲流量;x為流量比重因素,反應(yīng)河槽調(diào)蓄作用的大小;Q上為上斷面流量(m3/s);Q下為下斷面流量(m3/s)。

無區(qū)間入流時(shí),河道水量平衡方程為:

式中:Q上,1、Q上,2為時(shí)段始、末上斷面入流量(m3/s);Q下,1、Q下,2為時(shí)段始、末下斷面出流量(m3/s);Δt為計(jì)算時(shí)段(h);S1、S2為時(shí)段始、末河段蓄水量(h·m3/s)。

聯(lián)立馬斯京根槽蓄曲線方程與水量平衡方程,得馬斯京根流量演算方程為:

其中:

式中:C0、C1、C2為流量演算系數(shù);K為穩(wěn)定流情況下的河段傳播時(shí)間(h);x為流量比重因素,反應(yīng)河槽調(diào)蓄作用的大小;為計(jì)算時(shí)段(h)。

當(dāng)河段較長時(shí),需要分段演算,得到下斷面的流量過程。

4 南江干流馬斯京根法參數(shù)分析

4.1 典型洪水選擇 根據(jù)巴中水文站及蘇家潭水文站的流量資料,及恩陽河各雨量站的降雨資料,按照巴中洪水較大、區(qū)間洪水較小且降雨分布較均勻的原則選擇1965.9、1969.9、1974.9、1975.7、1980.8共五場典型洪水,分析南江巴中至七里沱河段的馬斯京根法參數(shù)。由于蘇家潭水文站1997年撤站,本次選擇的典型洪水均為1997年以前的過程。各典型過程七里沱水文站、巴中水文站及蘇家潭水文站的洪水特征值見表2。

表2 南江巴中至七里沱河段典型洪水特征值統(tǒng)計(jì)表洪峰：(m3/s) 洪量：(億m3)

4.2 馬斯京根法參數(shù)分析 對于上述5場典型洪水過程,選擇河槽調(diào)蓄作用較大(x=0.3)、河槽調(diào)蓄作用較小(x=0.4)以及河槽沒有調(diào)蓄作用(x=0.5)三個(gè)方案。采用先合后演法,首先將巴中水文站實(shí)測洪水過程與蘇家潭水文站實(shí)測洪水過程按傳播時(shí)間疊加,再演進(jìn)到七里沱水文站。然后將計(jì)算的洪水過程與七里沱水文站的實(shí)測洪水過程扣除巴中-蘇家潭-七里沱區(qū)間后的洪水過程進(jìn)行對比,分析演進(jìn)參數(shù)的合理性。

巴中至七里沱河長80.8km,傳播時(shí)間約7h。洪水演進(jìn)計(jì)算時(shí),計(jì)算步長取1小時(shí),分7段計(jì)算。三種方案的分析結(jié)果見表3?？梢钥闯?不考慮河槽調(diào)蓄作用時(shí),5場典型洪水巴中與蘇家潭考慮傳播時(shí)間疊加后演進(jìn)到七里沱水文站的洪峰流量均大于七里沱水文站扣除區(qū)間的實(shí)測洪峰流量的30%以上。x=0.3與x=0.4時(shí),5場典型洪水的洪量變化均不大,但峰現(xiàn)時(shí)間與洪峰流量相差較大。當(dāng)x=0.4時(shí),僅1場洪水峰現(xiàn)時(shí)間與實(shí)測一致,部分典型的洪峰流量偏大過多,如1974年9月洪水洪峰流量偏大34.5%;x=0.3時(shí)有3場洪水峰現(xiàn)時(shí)間與實(shí)測一致,洪峰流量基本合理。因此南江干流巴中至七里沱河段的馬斯京根法洪水演進(jìn)參數(shù)采用x=0.3較合適。

表3 南江巴中至七里沱河段馬斯京根法不同參數(shù)方案比較表洪峰：(m3/s) 洪量：(億m3)

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論 本文以南江干流巴中水文站～七里沱水文站河段為研究對象,采用先合后演法,選擇x=0.3、x=0.4與x=0.5共三個(gè)方案分析南江干流的馬斯京根法參數(shù)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),x=0.5方案極不合理,說明南江干流洪水調(diào)蓄作用較大,與前述分析一致。x=0.3時(shí),有3場洪水峰現(xiàn)時(shí)間與實(shí)測一致,洪峰流量基本合理。因此南江干流巴中至七里沱河段的馬斯京根法洪水演進(jìn)參數(shù)取x=0.3。

5.2 展望 本文分析了南江流域的洪水演進(jìn)參數(shù),下一步擬根據(jù)分析結(jié)果,計(jì)算流域的設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成,并進(jìn)一步進(jìn)行水庫群的聯(lián)合調(diào)度,確定各水庫的防洪庫容。