王偉，劉倫華，余之光，黃緒臣

摘要：清江上游地區(qū)干支流水情復(fù)雜，且存在已建控制性調(diào)蓄工程。為確定清江姚家平水利樞紐防洪庫(kù)容需求，利用同頻率法分析了湖北省恩施市上游清江干流多區(qū)間洪水組合。結(jié)果表明，清江上游干流共有4種組合洪水工況：① 大龍?zhí)秹沃放c姚家平壩址發(fā)生同頻率洪水，上區(qū)間發(fā)生相應(yīng)洪水；② 大龍?zhí)秹沃放c上區(qū)間發(fā)生同頻率洪水，姚家平壩址發(fā)生相應(yīng)洪水；③ 大龍?zhí)秹沃废鄳?yīng)洪水與姚家平壩址發(fā)生同頻率洪水，上區(qū)間發(fā)生相應(yīng)洪水；④ 大龍?zhí)秹沃废鄳?yīng)洪水與上區(qū)間發(fā)生同頻率洪水，姚家平壩址發(fā)生相應(yīng)洪水。最后選取了有代表性的1982年7月、1989年7月、1996年7月洪水作為洪水地區(qū)組成分析的典型代表，推求了不同情況下姚家平水利樞紐壩址設(shè)計(jì)洪水。研究成果可為恩施市城區(qū)防洪調(diào)度提供參考。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)洪水； 洪水組合； 同頻率法； 清江流域

中圖法分類號(hào)：TV122文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.09.002

文章編號(hào)：1006-0081（2023）09-0011-04

0引言

設(shè)計(jì)洪水是確定河道樞紐設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，是涉水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、防洪調(diào)度的核心。對(duì)于干支流分布調(diào)蓄作用較大的梯級(jí)水庫(kù)，確定區(qū)域洪水組合是必要的。恩施姚家平水利樞紐防洪對(duì)象為恩施市城區(qū)，根據(jù)湖北省人民政府批復(fù)的《恩施市城市總體規(guī)劃（2011-2030）（2016年修訂）》，到2030年，城市人口60萬(wàn)人，防護(hù)區(qū)等別為Ⅲ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。姚家平壩址以上洪水和姚家平—恩施市區(qū)間（以下簡(jiǎn)稱“姚—恩”區(qū)間）有兩個(gè)較大支流匯入，且有已建大龍?zhí)端畮?kù)參與防洪調(diào)度，多斷面多區(qū)間洪水遭遇組成復(fù)雜多變。目前，受上游水庫(kù)調(diào)蓄影響的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法主要有地區(qū)組成法［1-5］、頻率組合法［6-7］、隨機(jī)模擬法［8-9］、實(shí)測(cè)暴雨移置法［10］、多方法集成［11］等。針對(duì)多水庫(kù)、多區(qū)間，目前較少有明確的頻率組合方法用以計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。因此，本文提出采用多層次同頻率洪水地區(qū)組成法，分析研究恩施市城區(qū)設(shè)計(jì)洪水組合，旨在為恩施市城區(qū)防洪工程的設(shè)計(jì)與調(diào)度提供參考。

1研究區(qū)域概況

清江是長(zhǎng)江中游南岸的一級(jí)支流，發(fā)源于湖北省利川市齊躍山東麓。恩施市以上清江干流有多處梯級(jí)電站，其中只有姚家平、大龍?zhí)毒哂休^好的調(diào)節(jié)性能，可承擔(dān)恩施市的防洪任務(wù)。姚家平水利樞紐壩址位于清江上游恩施市境內(nèi)，下游距恩施市城區(qū)約38 km。壩址以上流域面積1 928 km2，水庫(kù)正常蓄水位745.00 m，防洪庫(kù)容1.1億m3，總庫(kù)容為3.20億m3。大龍?zhí)端畮?kù)壩址以上流域面積2 396 km2，水庫(kù)正常蓄水位461 m，防洪庫(kù)容2 700萬(wàn)m3，總庫(kù)容為5 200萬(wàn)m3。

在研究洪水地區(qū)組成時(shí)，需考慮姚家平水庫(kù)和大龍?zhí)端畮?kù)及相應(yīng)區(qū)間的洪水地區(qū)組成。恩施市洪水由姚家平壩址洪水、姚家平壩址至大龍?zhí)秹沃穮^(qū)間（簡(jiǎn)稱“上區(qū)間”）洪水、大龍?zhí)秹沃返蕉魇﹨^(qū)間（簡(jiǎn)稱“下區(qū)間”）洪水3部分組成，詳見(jiàn)圖1。

2研究方法

2.1多層次同頻率地區(qū)組成法

多層次同頻率地區(qū)組成法是根據(jù)防洪要求，先假定出現(xiàn)下游設(shè)計(jì)斷面洪水Wn與上游設(shè)計(jì)斷面同頻率的洪水Wn+1，另一區(qū)間出現(xiàn)相應(yīng)洪水Qn+1，相應(yīng)洪量總數(shù)則按水量平衡原則推求Qn+1=Wn-Wn+1，然后依次類推至上一個(gè)設(shè)計(jì)斷面洪水Wn+2和區(qū)間洪水Qn+2［12］，詳見(jiàn)圖2和表1。

2.2洪水組合分析

湖北恩施清江上游干流組合洪水工況如下（表2）。

（1） 恩施站與大龍?zhí)秹沃钒l(fā)生同頻率洪水，下區(qū)間發(fā)生相應(yīng)洪水。該組合又包括兩種可能組合：① 大龍?zhí)秹沃放c姚家平壩址發(fā)生同頻率洪水，上區(qū)間發(fā)生相應(yīng)洪水，即組合一；② 大龍?zhí)秹沃放c上區(qū)間發(fā)生同頻率洪水，姚家平壩址發(fā)生相應(yīng)洪水，即組合二。

（2） 恩施站與下區(qū)間發(fā)生同頻率洪水，大龍?zhí)秹沃钒l(fā)生相應(yīng)洪水。為進(jìn)一步分析洪水地區(qū)組成情況，需分析大龍?zhí)秹沃废鄳?yīng)洪水對(duì)應(yīng)頻率。經(jīng)分析，恩施與下區(qū)間發(fā)生50 a一遇頻率洪水時(shí)，大龍?zhí)秹沃废鄳?yīng)洪水基本相當(dāng)于20 a一遇頻率洪水。則該組合可進(jìn)一步分為兩種組合：① 大龍?zhí)秹沃废鄳?yīng)洪水與姚家平壩址發(fā)生同頻率洪水，上區(qū)間發(fā)生相應(yīng)洪水，即組合三；② 大龍?zhí)秹沃废鄳?yīng)洪水與上區(qū)間發(fā)生同頻率洪水，姚家平壩址發(fā)生相應(yīng)洪水，即組合四。

2.3典型洪水過(guò)程選取

通過(guò)多次大洪水的暴雨分析，大部分情況下姚家平壩址以上和姚家平壩址-恩施斷面（姚-恩）區(qū)間的降水量分布比較均勻，但約有30%的情況下區(qū)間降水量明顯較大，其洪水組成比較復(fù)雜。由于姚家平水文站的實(shí)測(cè)資料較少，在選取多個(gè)代表性的典型洪水過(guò)程時(shí)，主要以對(duì)應(yīng)的最大24 h降水量為依據(jù)，來(lái)判斷姚家平壩址以上、上區(qū)間、下區(qū)間的洪水大小。分別按干流為主、上區(qū)間為主、上游干流和區(qū)間較均勻這3種情況選取代表性的典型洪水組成，根據(jù)各區(qū)間降水量比較，選取有代表性的1982年7月、1989年7月、1996年7月洪水作為洪水地區(qū)組成分析的典型代表，見(jiàn)表3。

2.4區(qū)間同頻率設(shè)計(jì)洪水

姚家平壩址至恩施斷面之間河道長(zhǎng)38 km（流域面積F=1 000.4 km2），由上、下兩區(qū)間組成，上區(qū)間為姚家平壩址-大龍?zhí)秹沃?，主要支流有車壩河（F=252.3 km2）和龍橋河（F=93.5 km2）；下區(qū)間為大龍?zhí)秹沃?恩施（F=532 km2），主要支流有帶水河（F=490 km2）?？紤]到龍橋河面積比較小，將上區(qū)間以車壩河（占上區(qū)間面積的53.9%）作為典型設(shè)計(jì)洪水單元，下區(qū)間以帶水河（占區(qū)間面積92.1%）為典型設(shè)計(jì)洪水單元，分別以暴雨途徑按瞬時(shí)單位線法計(jì)算出各單元的典型設(shè)計(jì)洪水，再以洪峰流量面積比指數(shù)分別放大到上、下區(qū)間，求得上、下區(qū)間的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程。姚家平至恩施上、下區(qū)間設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表4。

2.5典型斷面設(shè)計(jì)洪水

大龍?zhí)端畮?kù)電站2005年8月發(fā)電，此后恩施水文站流量資料受到一定程度的影響，設(shè)計(jì)采用1958～2004年共47 a實(shí)測(cè)水文系列資料進(jìn)行水文分析，求得恩施站設(shè)計(jì)洪水成果。姚家平壩址設(shè)計(jì)洪水利用恩施站設(shè)計(jì)洪水移置，按洪峰流量面積比指數(shù)0.642，計(jì)算求得壩址設(shè)計(jì)洪水。系列延長(zhǎng)后，姚家坪壩址、大龍?zhí)秹沃?、恩施水文站設(shè)計(jì)洪峰流量較姚家平水利樞紐項(xiàng)目建議書(shū)成果及大龍?zhí)冻醪皆O(shè)計(jì)成果略?。ū?），其中恩施站較項(xiàng)目建議書(shū)減小幅度為2.7%，相關(guān)設(shè)計(jì)成果基本一致。

2.6相應(yīng)洪水與地區(qū)洪水組合成果

根據(jù)姚家平和恩施站歷年實(shí)測(cè)同次洪水資料統(tǒng)計(jì)，姚家平壩址至恩施河段洪水傳播時(shí)間平均約3 h，其中上區(qū)間（姚家平壩址-大龍?zhí)秹沃罚?6 km）洪水傳播時(shí)間約2 h，下區(qū)間（大龍?zhí)秹沃?恩施，12 km）洪水傳播時(shí)間約1 h。當(dāng)恩施站與大龍?zhí)栋l(fā)生同頻率洪水時(shí)，下區(qū)間相應(yīng)洪水以大龍?zhí)秹沃吠l率洪水演進(jìn)至恩施站的過(guò)程與恩施站設(shè)計(jì)洪水相減得到；當(dāng)大龍?zhí)秹沃放c姚家平壩址發(fā)生同頻率洪水時(shí)，上區(qū)間相應(yīng)洪水以姚家平壩址同頻率洪水演進(jìn)至大龍?zhí)秹沃返倪^(guò)程與大龍?zhí)秹沃吩O(shè)計(jì)洪水相減得到；當(dāng)大龍?zhí)秹沃放c上區(qū)間發(fā)生頻率洪水時(shí)，姚家平壩址相應(yīng)洪水以上區(qū)間頻率洪水演進(jìn)至大龍?zhí)秹沃返倪^(guò)程與大龍?zhí)秹沃返脑O(shè)計(jì)洪水相減得到。當(dāng)恩施站與下區(qū)間發(fā)生同頻率洪水時(shí)，大龍?zhí)秹沃废鄳?yīng)洪水以下區(qū)間同頻率洪水演進(jìn)至恩施站的過(guò)程與恩施站設(shè)計(jì)洪水相減得到；此時(shí)姚家平壩址和上區(qū)間按面積比分配大龍?zhí)秹沃废鄳?yīng)洪水。根據(jù)上述分析計(jì)算，組成各區(qū)域設(shè)計(jì)洪水過(guò)程，其中50 a一遇洪水洪峰流量成果見(jiàn)表6。

3結(jié)語(yǔ)

清江上游地區(qū)是湖北恩施等重要城市的所在地，由于該地區(qū)干支流水情復(fù)雜，且存在已建控制性調(diào)蓄工程。本文針對(duì)湖北恩施以上清江干流來(lái)流以及已建樞紐情況，利用多層次同頻率洪水地區(qū)組成法，對(duì)多水庫(kù)、多區(qū)間地區(qū)洪水組合進(jìn)行了分析，研究成果可為恩施市防洪調(diào)度提供參考。

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（編輯：江文）

Combined flood analysis of main stream in upper Qingjiang River?based on same frequency method

WANG Wei1，LIU Lunhua2，YU Zhiguang1，HUANG Xuchen1

（1.Hubei Water Resources and Hydropower Planning Survey and Design Institute Co.，Ltd.，Wuhan 430070，China；2.Hubei Provincial Administration of River Diversion Project，Wuhan 430070，China）

Abstract： The water flow of main and branch rivers in upstream Qingjiang River was complex，and there were already built control storage projects.In order to determine the demand for flood control storage capacity of Yaojiaping Water Control Project on the Qingjiang River，we used the same frequency method to analyze the multi-interval flood combination on the main stream of the Qingjiang River in the upper reaches of Enshi City，Hubei Province.The results indicated that there were four operating conditions for the combined flood of the upper reaches of the Qingjiang River.① The Dalongtan Dam site and Yaojiaping Dam site experienced floods of the same frequency，with corresponding floods occured in the upper section；② The same frequency of floods occurred at the Dalongtan Dam site and the upper section，while corresponding floods occurred at the Yaojiaping Dam site；③ The corresponding floods at the Dalongtan Dam site occurred at the same frequency as those at the Yaojiaping Dam site，with corresponding floods occurring in the upper section；④ The corresponding floods at the Dalongtan Dam site occurred at the same frequency as those in the upper section，while the corresponding floods occurred at the Yaojiaping Dam site.Finally，the representative floods of July 1982，July 1989，and July 1996 were selected as typical representatives for the analysis of flood area composition，and the design floods of the Yaojiaping Water Conservancy Complex dam site under different working conditions were calculated.The research results can provide a reference for flood control scheduling in urban areas of Enshi City.

Key words： design flood； combined flood； same frequency method； Qingjiang River Basin