鄧 懿，李勁華

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽 550002）

0 引言

設(shè)計(jì)洪水是為防洪等工程設(shè)計(jì)而擬定的、 符合指定防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的、當(dāng)?shù)乜赡艹霈F(xiàn)的洪水。它是設(shè)計(jì)防洪水工建筑物的依據(jù)。當(dāng)流域上游修建水庫后，改變了水庫下游的水文情勢(shì)， 直接影響到下游斷面的設(shè)計(jì)洪水。計(jì)算水庫下游防洪斷面設(shè)計(jì)洪水時(shí)，需考慮水庫調(diào)蓄對(duì)防洪斷面的影響和區(qū)間洪水相應(yīng)的影響。

水溪河為珠江流域南盤江水系的二級(jí)支流泥溪河上游河段。水溪河河道治理工程的起點(diǎn)位于水溪河水庫下游溢洪道末端，終點(diǎn)位于發(fā)泥地消水洞處。 水溪河水庫對(duì)洪水有一定的削峰作用，而壩址下游河段各斷面設(shè)計(jì)洪水由水溪河水庫壩址設(shè)計(jì)洪水經(jīng)水庫調(diào)節(jié)后的下泄流量和壩址至各斷面的區(qū)間洪水組成。 由于流域內(nèi)無實(shí)測(cè)典型洪水資料，在進(jìn)行洪水計(jì)算時(shí)，考慮“設(shè)計(jì)斷面與上游水庫壩址洪水同頻率，區(qū)間洪水相應(yīng)組合”和“設(shè)計(jì)斷面與區(qū)間洪水同頻率，壩址洪水相應(yīng)組合”兩種工況下的洪水組合情況。筆者分析了水溪河水庫下游防洪斷面設(shè)計(jì)洪水的具體計(jì)算方法，以期供相關(guān)技術(shù)人員參考。

1 流域概況

水溪河流域處于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，屬于中低山地貌，植被較差，河道兩岸多為耕地。 水溪河水庫壩址以上流域由地表水和暗河兩部分組成。 暗河分為三處，一是孔雀田暗河，集水面積為8.10 km2，主河道長(zhǎng)4.87 km，加權(quán)平均比降為24.81‰；二是大長(zhǎng)沖暗河，集水面積為2.10 km2，主河道長(zhǎng)2.73 km，平均比降為24.99‰；三是洞門口暗河，集水面積為3.0 km2，主河道長(zhǎng)2.41 km，平均比降為86.39‰。 地表水集水面積為4.30 km2，主河道長(zhǎng)3.38 km，平均比降為46.47‰。水溪河水庫壩址以上設(shè)計(jì)洪水由地表水（集水面積4.3 km2）和暗河（集水面積13.2km2）疊加而得，即水溪河水庫壩址以上集水面積共17.5 km2。

水溪河河道治理工程的起點(diǎn)位于水溪河水庫下游溢洪道末端，終點(diǎn)為發(fā)泥地消水洞，整治河段全長(zhǎng)6 394 m。水庫壩址至末端斷面區(qū)間集水面積為11.4 km2（全為地表明流），末端斷面以上集水面積為28.9 km2（地表集水面積15.7 km2， 暗河集水面積13.2 km2），主河道長(zhǎng)9.88 km，平均比降為25.57‰。 流域參數(shù)見表1。

表1 控制斷面區(qū)間流域參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistics of drainage basin parameters of each control cross section

2 天然洪水計(jì)算

2.1 地表洪水計(jì)算

由于設(shè)計(jì)流域內(nèi)無實(shí)測(cè)水文資料，本文采用《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》和《貴州省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)（修訂本）》中的“雨洪法”公式計(jì)算各區(qū)間及控制斷面洪水［1-2］?！坝旰榉ā笔琴F州省水利專家根據(jù)陳家琦工程師推薦的推理公式法， 結(jié)合貴州省實(shí)際情況，推導(dǎo)出計(jì)算貴州省中小流域洪水的公式，其表達(dá)式如式（1）和式（2）所示。 該公式在貴州省內(nèi)得到了廣泛推廣應(yīng)用。

1 km2＜F≤10 km2時(shí)，

10 km2＜F≤25 km2，θ＜30 時(shí)，

式中：Qp為設(shè)洪峰流量，m3／s；r1為匯流系數(shù)；f為流域形狀系數(shù)，f＝F/L2；J 為主河道比降；L 為河長(zhǎng)，km；F 為流域面積，km2；C 為洪峰徑流系數(shù)；Sp為設(shè)計(jì)暴雨雨力，mm／h；H24p為設(shè)計(jì)24h 暴雨量，mm；θ為流域幾何特征值，θ＝L/J1/3/F1/4。

表2 控制斷面區(qū)間地表洪水計(jì)算結(jié)果Tab.2 Surface flood calculation results of each control cross section

2.2 暗河設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

由于暗河具有一定的調(diào)蓄作用， 并且受過流斷面的限制， 暗河部分洪水根據(jù)實(shí)際洪水調(diào)查分析確定。 經(jīng)過多次實(shí)地走訪調(diào)查，每當(dāng)下大雨時(shí)，孔雀田暗河、 大長(zhǎng)沖暗河、 洞門口暗河洪水出流量變化不大，最大出流量多在降雨開始后半小時(shí)左右出洞。各暗河部分洪水調(diào)查結(jié)果如表3 所示。

表3 暗河洪峰流量調(diào)查結(jié)果Tab.3 Peak discharge investigation results of each underground river

從最大出流量與推測(cè)的洪痕處流量可以看出，各暗河出流流量變化均不大。 從水庫工程安全方面考慮， 各暗河設(shè)計(jì)洪水的洪峰流量取最大出流量變化值的上限，即孔雀田暗河為65 m3／s、大長(zhǎng)沖暗河為7.5 m3／s、洞門口暗河為9.5 m3／s。 根據(jù)調(diào)查洪水從起漲到消退的時(shí)間， 用三角形概化法得到暗流的洪水過程線［3］。

2.3 控制斷面天然洪水計(jì)算成果

考慮暗河洪水傳播時(shí)間與地表明流區(qū)的設(shè)計(jì)洪水錯(cuò)峰疊加［4］，計(jì)算出各控制斷面洪水，如表4 所示。

表4 控制斷面天然洪水計(jì)算結(jié)果Tab.4 Natural flood calculation results of each control cross section

3 洪水組合計(jì)算及結(jié)果分析

3.1 洪水組合計(jì)算

本設(shè)計(jì)河段各斷面設(shè)計(jì)洪水由水庫壩址設(shè)計(jì)洪水經(jīng)水庫調(diào)節(jié)后下泄流量和壩址至各斷面的區(qū)間洪水組成［5］。計(jì)算時(shí)，可按兩種情況進(jìn)行組合。（1）組合一。設(shè)計(jì)斷面與上游水庫壩址洪水同頻率，區(qū)間洪水相應(yīng)組合。利用水庫同頻下泄洪水與區(qū)間相應(yīng)洪水，考慮洪水傳播時(shí)間錯(cuò)峰相加［6］，得到設(shè)計(jì)斷面組合設(shè)計(jì)洪水，如表5 所示。

表5 組合一 控制斷面及區(qū)間設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表Tab.5 Each control cross section and interval design flood calculation results of group one

（2）組合二。 設(shè)計(jì)斷面與區(qū)間洪水同頻率，壩址相應(yīng)洪水相應(yīng)組合。壩址洪水經(jīng)水庫攔蓄后下泄，考慮洪水傳播時(shí)間錯(cuò)峰相加， 得到設(shè)計(jì)斷面組合設(shè)計(jì)洪水，如表6 所示。

表6 組合二 控制斷面及區(qū)間設(shè)計(jì)洪水計(jì)算結(jié)果表Tab.6 Each control cross section and interval design flood calculation results of group two

3.2 結(jié)果分析

由設(shè)計(jì)洪水組合計(jì)算結(jié)果可知， 治理河段上游水溪河水庫削峰能力較大， 削峰率為37.4%～49.1%（P＝3.33%～50%），計(jì)算控制斷面設(shè)計(jì)洪水時(shí)需要考慮水溪河水庫的調(diào)蓄作用。 由于壩址以上集水面積占治理控制斷面以上全流域集水面積比重較大 （壩址以上占比為60.6%），因此，組合一計(jì)算的區(qū)間洪峰流量比組合二計(jì)算的區(qū)間洪峰流量偏小， 而組合一計(jì)算的末端斷面的洪峰流量比組合二計(jì)算的末端斷面的洪峰流量偏大。 這是由于水庫壩址以上集水面積占末端斷面以上全流域集水面積的60.6%，因此水庫調(diào)蓄對(duì)末端斷面洪水的影響更大。 從工程安全角度考慮，本次洪水計(jì)算采用壩址同頻、區(qū)間相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。

從區(qū)域綜合分析角度看，壩址以上設(shè)計(jì)洪水P＝3.33%～20%的洪峰模數(shù)在18.8～16.5 m3／（s·km2）之間（面積指數(shù)為0.67），符合地區(qū)規(guī)律。從流域集水面積分布情況來看， 壩址以上集水面積占防洪斷面以上全流域集水面積的60.6%， 對(duì)防洪斷面的洪水形成起主導(dǎo)作用。

4 結(jié)語

天然河道上修建水庫后， 對(duì)上游的洪水起到一定的調(diào)蓄作用，也改變了下游河道原有的洪水情況。在已建水庫下游修建防洪工程時(shí)， 通過考慮水庫的削峰作用后， 下游防洪斷面的實(shí)際洪峰比原天然情況下的洪峰有減小趨勢(shì)，這是符合實(shí)際規(guī)律的。在計(jì)算設(shè)計(jì)洪水時(shí)， 盡可能考慮上游水庫帶來的有利影響，可為下游的防洪工程節(jié)省投資。