合江水电站洪水特征分析研究

温建雄

(梅州市水利水电勘测设计院有限公司，广东 梅州 514000)

1 流域和河流特征

合江水电站地处梅江干流，电站站址位于广东省五华县水寨镇善坑村，在琴江与五华河交汇处下游，距水寨镇约9 km；其下距水口水文站8 km，上距尖山站59 km。合江水电站坝址处河床宽235 m，坝址以上集水面积为4 900 km2，占梅江流域总面积(13 929 km2)的35.2%。

梅江是韩江的主流，是梅州市最主要的河流，地理位置在东经115°13′～116°33′，北纬23°55′～24°48′，发源于广东省陆丰、紫金县交界的乌突山七星岽，上游河段称琴江，流经五华县水寨与五华水汇合后始称梅江，由西南向东北流经五华、兴宁、梅县至大埔县的三河坝与汀江汇合后称韩江。梅江流域东西宽136.5 km，南北长172 km，干流全长307 km，流域集水面积13 929 km2，平均坡降0.4‰。梅江在梅州市境内有集雨面积10 424 km2，河长270 km。

梅江流域总的地形是从西南向东北倾斜，地格结构为多字形，山地占流域总面积的36%，丘陵占流域总面积的44%，台地及小平原占流域总面积的20%。河流溪涧纵横密布，集水面积在100 km2以上的一级支流共有19条，其中集水面积在500 km2以上的河流有华阳水、五华河、宁江、程江、石窟河、松源河等6条(见表1)。

表1 梅江流域主要支流概况

梅江流域以前水土流失较严重，但经过近十几年的封山育林和水土保持工作，水土流失状况有所改善。合江水电站的主要任务为发电，兼顾航运，坝址以上控制集雨面积4 900 km2，占梅江流域面积的35.2%。水库正常蓄水位99.4 m(黄基)，正常蓄水库容430万m3，电站总装机容量7.2 MW。

2 梅江流域气象特征

2.1 降雨

据梅州市水文分局统计资料：梅州市多年平均降雨量为1 435.58 mm，最大年降雨量为2 309 mm(1983年)，最小年降雨量为904.5 mm(1991年)，最大24 h降雨量为180.6 mm(1961年)。本流域雨量充沛，但年内分配极不均匀，其中4—9月为雨季，降雨量约占全年降雨量的70%；10月至翌年3月为旱季，降雨量约占全年降雨量的30%。4—6月降雨多为锋雨，7—10月降雨多为台风雨。

2.2 径流

梅江流域径流年际变化较大，年内分配极不均匀，以4—9月为汛期，约占年径流量的70%～80%；最小径流量为1月，只占年径流量的3%左右。

据梅江干流的横山、水口和支流等水文站的历年测验整编资料统计，梅江主要站最大径流深、最小径流深、多年平均径流深和最小流量如下所示(见表2)。

表2 梅江主要站年径流特征值

2.3 洪水

梅江流域洪水主要是暴雨造成，而暴雨以台风雨为多，暴雨中心多在水口水文站以上及下游支流蕉岭石窟河一带。

3 洪水特征和电站设计洪水合理性分析

3.1 暴雨、洪水特性

梅州市属亚热带气候，雨量充沛，多年平均降雨量在1 400～1 800 mm之间，降雨年内分配不均，年内雨量集中在4—9月。由于受锋面雨和台风雨影响，梅州的暴雨大且集中，暴雨中心多在水口水文站以上及下游支流蕉岭石窟河一带。

梅江洪水主要由暴雨所致，以降雨性质区分，造成梅江洪水的暴雨以热带气旋雨居多。据横山水文站1943—1998年实测资料统计，出现洪峰流流量超过5 000 m3/s的有9场，由台风雨造成的占7场，其中最大的是1960年6月的一场洪水，洪峰流量为6 810 m3/s，就是由台风雨造成的。该年梅江干流上、下游普遍发生大水，水口站测得洪峰流量为5 030 m3/s(见表3)。

表3 水口站1954—2018年最大流量统计

合江水电站是1座低水头闸坝式径流电站，洪水时，闸门全开泄洪，电站不承担防洪任务，且电站库容较小，对水电站安全起控制作用的主要是洪峰流量；因此设计洪水及施工只分析洪峰流量。

3.2 历史洪水

梅江干流各站(或河段)的历史洪水查测资料及洪峰流量推算成果经多次整编审查，由广东省水利厅组织调查成果汇总成《广东省历史洪水调查成果表》，并经“全国雨洪办”审定。此次洪水计算重现期的确定可依据该成果表中历史洪水的调查成果确定。

根据历史文献记载及洪水调查资料，梅江干流1864年普遍发生较大洪水，自上而下的尖山、水口、梅县、横山等河段，各河段测站均查测并记录有该场洪水资料。据各站查测计算资料，1864年各站洪峰流量如下所示(见表4)。

表4 梅江各河段1864年洪水调查成果

3.3 设计洪水

3.3.1 洪水计算方法

根据参证站的选择，拟选定水口水文站作为设计洪水推求的参证站，设计洪水计算采用面积比指数进行计算。合江水电站坝址上下游有尖山、河子口、水口、梅县的水文测站，根据各站位置及统计资料可知，尖山站和河子口站位于坝址上游，汇合后才流经坝址，电站坝址以上控制集水面积为4 900 km2，尖山站和河子口站址以上集水面积分别占坝址控制面积32%和31%，不足50%，对坝址起不到控制作用，且用两支流作为参证站来反求主流面积指数并不合理；故采用尖山站和河子站作为参证站进行面积指数反求不合适。同理可知，用上游尖山站或河子口站与下游水口站或梅县站作参证站反求面积指数也不合适。

水口站距电站坝址仅8 km，且其与坝址控制面积相差仅24%，其上有宁江河汇入，梅县站与坝址控制面积差也未超过50%；其上有程江河汇入，两站同属梅江，自然地理条件均比较一致，两者作为参证站反求面积指数较为合理(见表5)。

表5 合江水电站上、下游测站基本情况

采用水口水文站和梅县水位站1960年实测的同场最大洪峰水及各自所控制的流域面积反推面积比指数，计算公式如下：

Q梅县=Q水口(F梅县/F水口)n

n=lg(Q梅县/Q水口)/lg(F梅县/F水口)

式中，Q梅县=5 811 m3/s；Q水口=5 030 m3/s；F梅县=8 152 km2；F水口=6 480 km2。

代入上式可求得n=0.63，故合江水电站洪峰流量为：

Q合江=Q水口(4 900/6 480)0.63=0.839Q水口

3.3.2 设计洪水计算

(1)基本资料

水口水文站位于合江水电站坝址下游8 km，设立于1952年，至今有较完整洪水资料，资料成果可靠；故合江水电站设计洪水、施工洪水资料系列可采用水口水文站整编刊布成果换算而得。

(2)历史洪水及重现期

由《广东省历史洪水调查成果表》中查得，水口站历史洪水年份有1864年，重现期起算年份为1864年，重现期N=155年。

(3)频率分析

系列采用：1954—2018年实测系列，加1864年历史洪水组成不连续系列。

经验频率计算：将实测系列与历史洪水作为同一总体的一个样本来考虑，即历史洪水频率按下式计算：

PM=[M/(N+1)]×100%

实测洪水频率按下式计算：

Pn=[m/(n+1)]×100%

线型：PⅢ型理论分布。

(4)分析成果

由1954—2018年水口水文站实测最大洪水加历史洪水组成不连续系列进行排频并适线，计算得水口站多年平均洪峰流量Q平均=2 146 m3/s，Cv=0.53，Cs=3Cv(见图1)。

合江水电站坝址处设计洪水采用水口水文站设计洪峰流量成果按面积比指数法推求，计算公式如下：

Q合江=Q水口(F合江/F水口)0.63=0.839Q水口

频率计算方法同上。经计算，合江水电站坝址多年平均洪峰流量Q平均=1 800 m3/s，Cv=0.53，Cs=3Cv。

水口站、合江水电站坝址各频率设计洪峰流量如下所示(见表6)。

表6 各频率设计洪峰流量计算成果

图1 水口站年最大洪水频率曲线

3.3.3 合理性分析

2004年4月，设计单位编制的《五华县合江水电站工程初步设计报告》(简称《初步设计》)，水口站多年平均洪峰流量为2 272 m3/s，Cv=0.50，其采用的水口站资料系列为1954—1999年。2012年10月，梅州市水务局、广东省水文局梅州分局编制的《梅州市流域综合规划修编报告书(2011—2030年)》(简称《规划修编报告》)，水口站多年平均洪峰流量为2 140 m3/s，Cv=0.55，其采用的水口站资料系列为1954—2005年(见表7)。

本次计算水口站成果与《初步设计》和《规划修编报告》计算成果相差均较小，与《初步设计》成果相比，洪峰流量相差-5.87%，Cv值相差5.66%；与《规划修编报告》成果相比，洪峰流量相差0.28% ，Cv值相差-3.77%。本次计算采用水口资料系列为1954—2018年，比《初步设计》《规划修编报告》计算时采用的资料分别延长了19 a和13 a，资料系列的代表性更好。因此，认为本次计算成果是合理的。

表7 水口站多年平均洪峰流量计算成果对比

4 结 语

暴雨和洪灾一直对河流重点区域造成极大伤害，对区域经济和居民生活造成了难以估量的影响。本文以梅江合江水电站地区为研究对象，对合江水电站的历史暴雨和洪水情况重点分析，详细论述研究区的暴雨成因特点、洪水成因特征和设计洪水合理性，为未来防汛主管机构决策积累经验和决策支持，也为合江水电站工程建设的水文分析与设计提供了理论参考。