徐克兵

（湖北省宜昌市水文水資源勘測(cè)局，湖北 宜昌 443003）

巖溶地區(qū)的明流區(qū)與伏流暗河區(qū)產(chǎn)流，匯流特性有很大差異，伏流暗河區(qū)洪水因受地下水通道和伏流段溶洞的調(diào)蓄作用，較明流區(qū)洪水過程洪峰滯后，峰形平緩，退水歷時(shí)長(zhǎng)。如果按全流域統(tǒng)算，可能使設(shè)計(jì)成果偏大，特別是稀遇年份，偏大更甚。

當(dāng)伏流暗河區(qū)洪水的峰量在設(shè)計(jì)洪水總量中占有較大比重時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算明流區(qū)和伏流暗河區(qū)設(shè)計(jì)洪水并進(jìn)行疊加。在伏流暗河區(qū)出流過程變化較小時(shí)，出流相當(dāng)于基流，采用疊加的方法是可行的。當(dāng)出流過程變化較大時(shí)，存在著如何組合的問題，此時(shí)需分析明流區(qū)、伏流暗河區(qū)出流過程的相互關(guān)系。本文以灣潭河流域扁口洞電站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算為例，探討一種推求巖溶地區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法。

1 研究區(qū)域簡(jiǎn)介

灣潭河流域位于鄂西南山區(qū)的南坡，發(fā)源于五峰縣海拔2252 m的北風(fēng)埡，自東北向西南徑流，在流程21.5 km處的右岸納入橫渡河支流，至汆坪地表河消失，河水由大汆、小汆、吞洪洞等巖溶洞穴潛入地下暗河。經(jīng)4.5 km長(zhǎng)的暗河系流匯集流域內(nèi)各閉流區(qū)的地下水后，于鎖金山北麓的百勝觀、扁口洞集中出露流入白順河，在百勝觀下游約3 km處的左岸加入三道河，經(jīng)鶴峰匯入湖南洞庭湖水系縷水上游的縷水支流。

灣潭河流域?qū)俚湫偷纳絽^(qū)性巖溶河流，同時(shí)又是歷史上著名的“35·7”特大暴雨中心。流域洪水由暴雨形成，洪水特征完全受暴雨和地形所制約。據(jù)灣潭鎮(zhèn)雨量站資料記載，實(shí)測(cè)最大日降雨量量為210.5 mm，大于50 mm的暴雨日最早出現(xiàn)在3月19日，最大出現(xiàn)在10月10日。平均每年暴雨日數(shù)約為6 d，最多年達(dá)14 d，暴雨主要集中在5—9月。由于流域支流發(fā)育呈扇型，加之河床坡降陡，洪水集流時(shí)間短，匯流迅速，致使洪水暴漲、暴落，一次洪水過程1～2 d，漲洪歷時(shí)僅數(shù)小時(shí)。

2 灣潭河流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

2.1 明流區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

明流區(qū)洪峰流量計(jì)算采用地區(qū)綜合公式計(jì)算。以灣潭河流域扁口洞電站為例，扁口洞電站壩址以上集水面積105.08 km2，其中明流區(qū)面積14.5 km2，占13.8%；流暗流區(qū)面積90.58 km2，占86.2%。扁口洞電站設(shè)計(jì)暴雨采用設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量、點(diǎn)面關(guān)系轉(zhuǎn)換的方法，計(jì)算得到明流區(qū)和全流域的設(shè)計(jì)暴雨，如表1所示。

表1 扁口洞電站設(shè)計(jì)暴雨統(tǒng)計(jì)表

灣潭河流域位于第7水文分區(qū)，根據(jù)《湖北省暴雨徑流查算表》中最大流量綜合公式及有巖溶地區(qū)變差系數(shù)Cv值公式：

計(jì)算結(jié)果如表2所示。

2.2 明流區(qū)設(shè)計(jì)洪水過程線計(jì)算

明流區(qū)洪水過程線推求采用《湖北省暴雨徑流查算圖表》中介紹的中小流域?qū)崪y(cè)洪水過程以相對(duì)值Qi/Qm和ti/tp進(jìn)行概化，為了進(jìn)一步考慮灣潭河流域的暴雨洪水特性差異，引進(jìn)洪水形狀系數(shù)：

表2 扁口洞電站明流區(qū)設(shè)計(jì)洪水

式中：h——設(shè)計(jì)凈雨總量，mm；F——流域面積，km2；Qm——洪峰流量，m3/s；T——地面徑流歷時(shí)，h；

由于明流區(qū)壩址和廠房處的面積在14.5～27.4 km2之間，故選用設(shè)計(jì)凈雨歷時(shí)tc=6 h，地面徑流歷時(shí)T=0.46F0.535+tc=8 h，根據(jù)《湖北省暴雨徑流查圖表》將洪水過程線Qi～ti轉(zhuǎn)換為地面徑流過程線，每時(shí)段加上Q0則為設(shè)計(jì)洪水過程線。壩址處明流區(qū)百年一遇的洪水過程計(jì)算如表3所示。

表3 壩址處明流區(qū)百年一遇洪水過程計(jì)算表

2.3 伏流暗流區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

伏流暗河區(qū)扣除損失后凈雨匯集于河道，經(jīng)滯洪調(diào)蓄后由暗河進(jìn)入明流區(qū)，洪水過程將只概化為三角形。實(shí)地調(diào)查伏流暗河區(qū)洪水歷時(shí)一般為6～7 d，采用6 d或7 d對(duì)全流域設(shè)計(jì)洪峰影響甚微，故按6 d計(jì)算，伏流暗河區(qū)設(shè)計(jì)洪峰流量（Qp暗）按下式計(jì)算：

式中：C——洪峰徑流系數(shù)；H全——全流域設(shè)計(jì)面雨量，mm；H明——明流區(qū)設(shè)計(jì)面雨量，mm；A全——全流域面積，km2；A明——明流區(qū)面積，km2；T——洪水歷時(shí)，為6 d；

伏流暗河區(qū)設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果（明流面積90.58 km2）：P=1%時(shí)為 96.4 m3/s，P=2%時(shí)為 83.1 m3/s，P=3.33%時(shí)為 77.4 m3/s，P=5%時(shí)為 66.3 m3/s，P=10%時(shí)為 53.2 m3/s。

2.4 洪水疊加原則

明流區(qū)洪水過程采用《湖北省暴雨徑流查算圖表》提供方法確定，伏流暗河區(qū)按概化三角形模擬洪水過程，經(jīng)實(shí)地調(diào)查漲洪歷時(shí)10～12 h，根據(jù)以往伏流暗河區(qū)洪峰出現(xiàn)時(shí)間分析，伏流暗河區(qū)洪峰流量疊加在明流區(qū)洪水過程終止點(diǎn)，由此計(jì)算得到全流域的設(shè)計(jì)洪峰流量如表4所示。

表4 扁口洞電站設(shè)計(jì)洪峰流量表m3/s

由于暗河區(qū)洪水歷時(shí)較長(zhǎng)，具漲水歷時(shí)幾乎超過了明流區(qū)的洪水歷時(shí)，故兩者的洪峰不可能相遇，其洪峰只能疊加在明流區(qū)洪水過程終點(diǎn)上。按照以上分析疊加原則，計(jì)算約百年一遇壩址處暗流區(qū)相應(yīng)明流區(qū)Qm的相應(yīng)流量為17.7 m3/s。

3 成果合理性分析

我們?nèi)园从?jì)算巖溶地區(qū)明流區(qū)的計(jì)算公式計(jì)算：

壩址斷面設(shè)計(jì)洪水成果如表5所示。

廠房處：

廠房斷面設(shè)計(jì)洪水成果如表5所示。

表5 壩址 廠房斷面設(shè)計(jì)洪水成果表

扁口洞電站壩址以上承雨面積105.08 km2，廠房以上118 km2，其中伏流、暗河區(qū)集水面積95.58 km2（其中暗河區(qū)為90.58 km2），占全流域面積的86.2%，所占比重較大，在洪水期如果不進(jìn)行巖溶影響的處理或修正，有可能使設(shè)計(jì)洪水成果明顯偏大較多。扁口洞電站統(tǒng)算與分區(qū)計(jì)算設(shè)計(jì)洪水比較如表6所示。

表6 扁口洞電站統(tǒng)算與分區(qū)計(jì)算設(shè)計(jì)洪水比較表 m3/s

兩種計(jì)算方法設(shè)計(jì)洪水絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差統(tǒng)計(jì)如表7所示。

表7 兩種計(jì)算方法絕對(duì)誤差與相對(duì)誤差統(tǒng)計(jì)表

從表7可以看出全流域統(tǒng)算洪水設(shè)計(jì)成果系統(tǒng)偏大近1～2倍。從兩種計(jì)算方法成果比較表中可以看出這種誤差絕不是偶然誤差。而且由于計(jì)算方法不當(dāng)所造成的一種系統(tǒng)誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了巖溶地區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法的處理和修正，并以鄂西南灣潭河流域?yàn)槔瑢⒚髁鲄^(qū)、伏流暗河區(qū)分開計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，然后疊加成為巖溶地區(qū)洪水設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，經(jīng)巖溶洞室滯洪調(diào)蓄后，伏流暗河區(qū)的出流量與天然情況有所不同，在達(dá)到一定量級(jí)后其增率和變幅逐漸減小，當(dāng)這部分流量所占比重較大時(shí)，與明流區(qū)洪水一樣采用上端無(wú)限的線型是不甚相符的。

全流域統(tǒng)算洪峰流量明顯偏大較多，稀遇年份幾乎偏大近兩倍，這主要是由于目前頻率計(jì)算方法與采用線型適用于明流區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，而伏流暗河經(jīng)巖溶洞室滯洪調(diào)蓄后，其出流量顯然有所不同，在達(dá)到一定量級(jí)后其增率和變幅逐漸減小，可視為有較穩(wěn)定的上限值，當(dāng)這部分流量占比重較大時(shí)，與明流區(qū)洪水一樣采用上端無(wú)限的線型是不甚相符的。許多調(diào)查資料表明：當(dāng)伏流、暗河區(qū)面積所占全流域面積比重較大時(shí)，應(yīng)在開展流域水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)明流區(qū)與暗河區(qū)分開計(jì)算才能使洪水設(shè)計(jì)成果更加可靠、合理。

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