同频率地区组成法在设计洪水中的运用

邓颂霖，杜兴强

（长江委水文局荆江水文水资源勘测局，湖北 荆州，434000）

同频率地区组成法在设计洪水中的运用

邓颂霖，杜兴强

（长江委水文局荆江水文水资源勘测局，湖北 荆州，434000）

文中从同频率地区组成法基本原理出发，根据控制断面所处水文站网布设情况，选取恰当的控制测站，很大程度上简化了洪水地区分区，较好的解决了区间组成比较复杂的情况，降低了多分区对资料和计算条件等要求较高的限制，同时提高了计算精度，简化了计算程序。

同频率地区组成法；设计洪水；小南海水库

小南海水电站位于长江宜宾至重庆河段重庆境内，是三峡水利枢纽的上游衔接梯级。坝址位于重庆市珞璜镇下游约 1.0km，上距江津区约 28.5 km，属重庆中心城区。坝址控制流域面积 70.5 万km2，多年平均流量 8590m3/s，相应多年平均径流量 2709 亿 m3。工程主要开发任务是发电、航运，并促进地方经济社会发展。工程建设后还具有改善重庆河段淤积形态、供水灌溉等综合效益。现阶段小南海水电站总库容 13 亿 m3，总装机容量 2030 MW，电站保证出力 819MW，多年平均发电量104.09 亿 kW·h。

1 项目研究内容

1．1 洪水地区组成规律

小南海水库部分设计依据站及参证站特性见表1。

表1 小南海水库部分设计依据站及参证站特性值

朱沱站是小南海水电站水文计算的主要依据站，位于坝址上游约 100km，区间面积仅占坝址控制面积的 1.5%。屏山站和高场站都是其设计参证站，其分别是金沙江下游干流控制站和岷江控制站。由于该区水系发育，洪水来源主要选取对朱沱站洪水影响较大的干支流分析，分析成果见表 2。

表2 朱沱站洪水地区组成表

从表 2可见，屏山站以上流域多年平均 7d、15d 洪量所占比例小于相应的面积比，并且 15d洪量比例较高，说明长时段洪量是朱沱站洪水的基础部分；高场以上流域多年平均 7d、15d 洪量所占比例大于其面积比，是朱沱站洪水的重要组成部分；未控区间也是朱沱站洪水组成中不可忽视的部分。

李庄水位站位于金沙江、岷江汇口下游 15.5 km 处，距朱沱站 100 多 km，是这次分析计算小南海水电站设计洪水地区组成中的防洪控制站。其水位流量关系稳定，流量系列根据水位插补展延得到。

1．2 同频率地区组成法的基本原理

同频率地区组成法是指定某一分区出现与防洪控制断面同频率的洪量，其余各分区的洪量按水量平衡原则出现相应洪量[1]。

采用同频率地区组成法的关键是如何确定哪一个分区出现与防洪控制断面同频率的洪量。应根据洪水地区组成特性，分析干流与支流、支流与支流之间及有工程控制的流域面积上与没有工程控制的区间洪水遭遇组成情况，并分析在设计条件下所指定的分区发生与下游控制断面同频率洪水的可能性。同频率地区组成法一般采用以下两种组合：

1）当下游设计断面发生设计频率为 P 的洪水（以设计洪量表示）WC，P时，上游水库 A 断面也发生频率为 P 的洪 水 WA，P，区间 B 发生 相 应洪水WB。即：

WB=WC，P-WA，P

2）当下游设计断面发生设计频率为 P 的洪水WC，P时，区间 B 也发生频率为 P 的洪水 WB，P，上游水库 A 断面发生相应洪水 WA。即：

WA=WC，P-WB，P

2 计算步骤和成果

2.1 典型年的选取

在设计洪水地区组成计算中，典型年的选取重点考虑金沙江、岷江、横江、沱江等干支流不同来水组成、洪水遭遇情况，以“全面且不利组合”原则，从实测大洪水系列中，选取 1961，1966，1981，1989，1991，1998 年 6 个峰高量大的实测典型洪水过程。文中以较“恶劣”的 1961 年 6 月 19 日至 26日洪水过程为例。

2.2 设计洪水地区组成的方法和具体方案

由于该区域河流众多，水系复杂，考虑到分区太多将对资料和计算条件等要求较高，所以只选取对控制断面影响最显著的金沙江、岷江进行分区。另外，考虑到后续水库运行调洪的需要和计算精度，根据该区水文站网布设情况，选择干流李庄水位站作为控制断面，将其插补展延后的流量系列排频计算，其设计洪水（该设计洪水与朱沱站设计洪水同频率）跟金沙江屏山站和岷江高场站设计洪水进行频率组合，由于三站区间面积较小，其未控区间流量未给予考虑。另外，朱沱站以上的未控区间 采用长 办 汇流曲 线[2]分 别 从屏 山 站和高 场站单独演算至朱沱站后叠加，然后用朱沱站实测流量减去演算后流量得到未控区间（沱江+未控区间）流量过程。具体组成方案如下：

1）李庄站控制，屏山站设计，朱沱未控区间设计，高场站相应。根据同频率地区组成法的基本原理，将屏山站作为设计，高场站按水量平衡相减后为相应方案，用分段同频率放大法；朱沱未控区间作为“最不利”的情况跟屏山站同频，用屏山站倍比分段同频率放大。

2）李庄站控制，高场站设计，朱沱未控区间设计，屏山站相应。先将高场站和李庄站同频，屏山站为相应方案，将朱沱未控区间跟高场站同频，用高场站倍比统一缩放。采用的方法仍为分段同频率放大法。

小南海水库设计洪水地区组成所采用的两种组合方式计算结果都较接近，但结合该区洪水地区组成，采用李庄站控制，屏山站设计，朱沱未控区间设计，高场站相应方案。1961 年典型计算出的小南海坝址受上游调洪影响下的设计洪水成果出现比天然情况下大的现象，但误差在 3.2%以内。分析表明，小南海天然情况下的设计洪水与受上游调洪影响下的设计洪水差别不大，小南海坝址洪水可直接用天然坝址洪水替代。

3 结论

采用屏山站—李庄站—朱沱未控区间同频和高场站—李庄站—朱沱未控区间同频 2 种情况,充分分析了该区洪水地区组成，经过实际洪水演进与调洪、组合计算，采用第一种组合。

小南海水库设计时结合该区测站布设条件，选择合适的测站，较好的解决了区间组成比较复杂的情况，降低了多分区对资料和计算条件等要求较高的限制，提高了计算精度，为类似水库设计洪水地区组成计算提供借鉴。

［1］季学武，王俊等.水文分析计算与水资源评价［M］.北京：中国水利水电出版社,2008.

［2］李心铭，罗钟毓.多维线性汇流系统的识别与长办汇流曲线参数的计算公式［J］.科学通报，1985，20：1592-1594.

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2013-08-11