野马川河下游河道治理工程设计洪水组合分析

蒙海泳

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563000)

设计洪水是流域规划和河道治理工程设计的基础，同时也是流域洪水调度管理的依据，其分析结果是否准确、可靠，会直接影响到流域治理工程的防洪规模和控制构建物布置[1]。流域上游规划有水库、水电站等调蓄工程后，下游地区洪水将受上游调洪下泄流量和区间来水量的共同影响，相应上游调洪水力条件将会对下游河道治理工程的防洪要求、设计规模和控制断面尺寸等带来影响[2]。因此，在进行下游河道治理工程设计时，要分析和掌握上游水利工程建设及蓄水、运行等引起的流域水文情势变换规律，以便为下游防洪、清淤等河道治理工程规划建设提供详实设计理论依据。本文以野马川河河道治理工程中民声桥断面的设计洪水计算为例，分析上游野马川水库在防洪调度工况下下游治理工程的设计洪水成果，确保下游治理工程的防洪安全。

1 流域概况

野马川河属乌江水系六冲河右岸一级支流，发源于赫章南部的兴发乡与威奢交界处的大韭菜坪、大木杆垭口一带，河源山顶高程2774m。河流自南向北流经犀牛塘、集中、柜子岩、花角、新营、野马川镇、新田等地后，于双河汇入六冲河，汇口高程1335m。野马川河为山区性河流，河道落差集中，全流域面积245km2，主河道河长33.2km，主河道平均坡降13.6‰，河口处多年平均流量3.42m3/s。流域内规划有野马川水库，坝址位于野马川河中上游河段，处于治理河段内。水库大坝为碾压混凝土重力坝，坝址以上集水面积146km2，河长17.1km，主河道加权平均比降30.6‰。水库正常蓄水位1503.50m，兴利库容1034万m3，总库容1839万m3，为中型水库，具备多年调节性能。

野马川河河道治理工程综合整治河长25.78km，起点位于赫章县白果镇集中村西南侧的板板桥处(桩号0+000)，控制集水面积26.4km2，主河道长7.42km，主河道平均坡降57.3‰；治理终点位于野马川河汇入六冲河河口(桩号25+800)，控制集水面积245km2，主河道长33.2km，主河道平均坡降13.6‰。野马川河流域水系及河道治理工程位置见图1。

图1 野马川河流域水系及治理工程位置

2 河流控制断面天然洪水

野马川河流域无实测水文资料，参考文献[3-4]采用“雨洪法”对各控制断面设计洪水进行计算。根据流域周边测站分布情况，选取赫章气象站进行暴雨分析。结合《贵州省短历时暴雨统计参数等值线图》，确定工程设计暴雨为：H24=88.0mm,Cv=0.50,Cs=3.5Cv。

根据野马川河河道治理工程各控制断面流域面积及流域几何特征参数，选取洪峰流量计算公式为[5]

(1)

式中Qmp——设计频率P工况下的洪峰流量，m3/s；

r1——汇流系数,此处取0.36；

f——流域形状系数；

F——流域面积；

L——主河道河长；

J——分水岭至断面的河道加权平均比降；

C3——洪峰径流系数；

H24p——设计最大24h点雨量均值。

设计流域折减系数Δn3在V区；暴雨衰减指数n3=0.78。按式(1)计算的流域各控制断面洪峰流量成果见表1。

表1 各控制断面洪峰流量计算成果

3 流域控制断面设计洪水组合分析

3.1 洪水组合方案拟定

野马川河河道治理防洪标准为20年一遇，洪水组合考虑两种最不利洪水组合形式：ⓐ野马川水库坝址以上发生20年一遇洪水，同时野马川水库坝址—控制断面区间也发生相应洪水，即“水库同频、区间相应”，此组合对水库防洪调度最为不利；ⓑ野马川水库坝址—控制断面区间发生20年一遇洪水，野马川水库坝址以上发生相应洪水，即“区间同频、水库相应”，此组合工况由于区间洪水不可控，相应区间洪水对下游河道防洪最为不利[6]。本文以民声桥断面(桩号15+500)为例，以两种最不利洪水组合形式分别对野马川水库控泄后的洪水组合情况进行分析。

3.2 洪水计算

3.2.1 水库同频、区间相应

3.2.1.1 水库同频率下泄流量

根据野马川水库洪水、水库泄流能力、库容曲线等成果，经洪水调节计算得P=5%下泄流量过程线。野马川河水库调洪成果见表2，下泄流量见表3。

表2 野马川河水库调洪成果

3.2.1.2 区间相应洪水成果

野马川水库—控制断面(民声桥)相应洪水由两断面洪水成果相减求得(见表3)。

3.2.1.3 第ⓐ种最不利洪水组合(水库同频、区间相应)分析成果

根据野马川水库、下游民声桥所处位置，考虑洪水传播时间为0.5h，将野马川水库坝址断面同频率下泄过程线演进至民声桥断面，再与区间相应洪水过程叠加，即可得到考虑野马川水库削峰影响后的下游民声桥断面洪水过程。民声桥断面各频率设计洪水成果见表3，叠加过程见图2。

表3 民声桥断面(水库同频、区间相应)设计洪峰流量计算成果 单位：m3/s

图2 野马川水库同频下泄洪水与区间相应洪水组合叠加过程示意图(P=5%)

3.2.2 区间同频、水库相应

3.2.2.1 区间同频洪水

区间流域参数由各控制断面参数减野马川水库坝址参数求得，采用“雨洪法”计算的区间同频率洪水成果见表4。

3.2.2.2 水库相应洪水成果

由各断面洪水过程线减去相应断面区间同频洪水过程线得“野马川水库坝址相应”洪水过程线，然后根据确定的水库相关参数(库容曲线、溢洪道泄流能力)进行调洪计算，得到各断面野马川相应的下泄流量过程线。同时，考虑野马川水库兼具防洪功能，以水库下游各断面经工程措施处理后的设计过流能力进行水库控泄，采用闸门控泄流量。经分析，民声桥断面要求野马川水库控泄流量为172m3/s(见表4)。

3.2.2.3 第②种最不利洪水组合(区间同频、水库相应)分析成果

根据野马川水库、下游民声桥所处位置，考虑洪水传播时间为0.5h，将野马川水库坝址断面相应洪水下泄过程线演进至民声桥断面，再与区间同频率洪水过程叠加，即可得到下游民声桥断面考虑了野马川水库削峰影响后的洪水过程。考虑上游野马川水库的削峰滞洪影响后，计算民声桥断面各频率设计洪水成果(见表4)。

表4 民声桥断面(区间同频、水库相应)设计洪峰流量成果 单位：m3/s

3.3 洪水组合方案选择

根据上述两种最不利洪水组合方案分析计算可知：野马川水库坝址P=5%坝址同频洪峰为397m3/s，最大泄量(控泄)为251m3/s，最高库水位为1504.78m；P=5%坝址相应洪峰为307m3/s，最大泄量(控泄)为172m3/s，最高库水位为1505.19m。从安全角度考虑，P=5%最高库水位为“水库相应”成果。因此，野马川水库防洪库容偏安全以“区间同频、水库相应”洪水成果来确定，为与野马川水库防洪功能相适应，对于水库以下各控制断面组合洪水，也应采用“区间同频、水库相应”的洪水组合方法进行计算。洪水组合推荐更为安全、合理的方案ⓑ“区间同频、水库相应”计算成果，即野马川水库坝址—控制断面区间发生20年一遇洪水、野马川水库坝址以上发生相应洪水的组合方案。

4 结 语

野马川水库下游河道的设计洪水，是确定水库下游河道治理工程的工程规模和控制断面尺寸的主要依据。由于上游野马川水库调节性能较大，其集水面积占下游控制断面比例高，为合理确定治理工程特性，需综合考虑上游水库对下游工程设计洪水的影响。选择两种最不利洪水组合形式，充分考虑野马川水库控泄洪水影响因素，对下游河道洪水组合情况进行分析，最终确定“区间同频、水库相应”洪水组合形法的计算成果更加安全、合理，为河道治理工程优化设计提供了详实理论依据。