达州设计洪水地区组成研究

刘晓宏

(四川省水利水电勘测设计研究院有限公司，成都，610072)

1 研究背景

达州市位于四川盆地东北部，大巴山南麓，州河穿城而过，州河是渠江的主要支流，洪灾频繁而且严重。2004-2011年以来8年有6年发生大洪灾，洪灾有愈来愈频繁、损失愈来愈严重的趋势。其中2004年、2005年、2007年、2009年、2010年和2011年洪水，据达州市七县区不完全统计，直接经济损失246.11亿元，因灾死亡、失踪人数162人，洪灾损失严重。频繁发生的洪灾，严重威胁人民群众生命财产安全，制约了流域社会经济的发展，流域防洪治理迫在眉睫。

针对渠江流域长期以来缺乏系统的、整体的流域防洪规划的实际，按照省政府部署，四川省水利厅组织编制《四川省渠江流域防洪规划报告》，并于2012年3月以水规计〔2012〕81号文获得水利部及四川省政府的批复。根据《四川省渠江流域防洪规划》，州河上规划的防洪水库分别为前河上的土溪口水库、中河上的固军水库、后河上的鲜家湾水库，与已建的江口水库联合运行调度(见图1)。但未对水库的库容选择做深入研究，要合理确定各防洪水库库容，必须要弄清达州洪水的组成情况，对各种洪水可能组合进行分析。

本文在研究达州达县水位站断面洪水地区组成特性的基础上，结合防洪要求和工程特点，采用地区组成法推求各分区设计洪水。研究成果可为州河流域防洪水库的库容选择及流域水库群联合调度提供依据。

2 州河流域概况

州河是渠江左岸最大的一级支流，发源于大巴山南麓，上游分为前河、中河、后河三支流，于宣汉县城东汇合始称州河，经宣汉、达县市至渠县三汇镇注入渠江。州河控制流域面积11102km2。拟建土溪口水库位于前河干流中上游渡口乡，坝址以上控制集水面积1041km2，河道长87.6km，平均比降8.5‰；拟建固军水库位于中河干流中上游固军乡大塘坝大桥，坝址以上控制集水面积617km2，河道长51.4km，平均比降10.6‰；规划的鲜家湾水库位于后河上游左岸支流白沙河下游，水库坝址以上控制集水面积488km2。

州河流域在建国前设有达县、万源两个气象站，建国后从1958年起，气象部门相继增设了大竹、开江、宣汉等3个气象站，观测项目齐全，资料完整。水文部门先后设有40余个雨量站。州河在罗江口以上有东林、土黄、南坝、毛坝、黄金口、清溪水文站，以下在支流明月江设有明月潭站、明月潭站撤消后在下游建有大风站，州河达州市区河段设有达县水位站。州河流域水系站网及工程位置分布见图1。

图1 州河流域水系站网及工程位置分布

3 洪水特性

州河的洪水主要由暴雨形成，与暴雨出现频率基本相对应，暴雨多发季节也是洪水多发季节。年最大流量主要发生在5-10月，4月偶有发生，但量级小，7月最多。洪水特性与暴雨特性基本一致，还与流域特性密切相关，因流域呈扇形，水系发育，中上游坡面及河道纵坡较大，利于洪水汇集，汇流迅速，流域属山区性河流，受大巴山暴雨的影响，暴雨洪水频繁。由于暴雨中心位置、强度、笼罩范围及持续时间等的不同，使得各场洪水在流域不同河段的量级大小和稀遇程度各不相同。强降水增多，量级加大和暴雨时空分布的耦合是近年州河特大洪水频发的直接原因。

4 设计洪水地区组成

达州城区以达县水位站作为防洪控制断面，规划防洪水库3个，因此，需要研究防洪控制断面以上设计洪水地区组成。

4.1 达州达县水位站防洪控制断面洪水组成分析

4.1.1 洪水遭遇分析

州河达州以上主要河流有前河、中河、后河及明月江。中河于普光乡汇入后河，后河与前河于宣汉县城东汇合始称州河。明月江在达县水位站上游约2.69km汇入州河。根据前河控制站土黄水文站(控制面积1309km2)，中河控制站黄金口水文站(控制面积1245km2)，后河控制站毛坝水文站(控制面积1428km2)及前、中、后河汇流后的州河东林水文站(控制面积6462km2)实测水文资料分析前、中、后河洪水遭遇情况；明月江上有明月潭水文站，控制面积736km2，以明月潭水文站和东林水文站实测资料分析明月江与州河洪水遭遇情况。得出主要结论如下：

(1)州河东林站大洪水主要由全流域降雨形成的洪水或中、后河洪水形成。51年中东林站发生年最大洪水时，前、中、后河相应土黄、黄金口、毛坝三站年最大洪峰遭遇的有17年，占33.3%；前、中河遭遇的有7年，占13.7%；中、后河遭遇的有9年，占17.6%；前、后河遭遇的有3年，占5.9%。东林站洪水组成属全流域型的有22年，占43.1%；主要由中后河组成的有19年，占37.3%。若前、中、后河洪水在高洪段遭遇，会出现州河洪水重现期大于前、中、后河情况，主要出现在大洪水或特大洪水年份。

(2)明月江洪水与州河干流洪水同步性一般较差，一旦遭遇对达州城区防洪威胁往往较大。52年中明月江站年最大洪峰与州河年最大洪水遭遇的仅有6年，占11.5%，且基本是在州河峰后高洪段遭遇。这与州河流域暴雨中心基本位于流域中上游，明月江洪水基本是由暴雨中心向下游移动或波及产生的特性相一致。

4.1.2 传播时间分析

水库坝址到控制断面之间的传播时间以分析的水文站之间的传播时间类推。如前河洪水传播时间的分析，通过选择多场洪水，对土黄水文站、东林水文站的同场洪水峰现时间进行分析，得洪水平均传播速度约12.8km/h，以此类推分析前河各区间传播时间，见表1。

表1 各水库坝址、水文站及控制断面之间距离及洪水传播时间

4.2 典型洪水选择

4.2.1 水文站典型洪水选择

通过流域洪水地区组成规律的分析，根据暴雨的地区分布规律、不同量级洪水的地区组成、各分区之间及与设计断面之间洪水的组合遭遇情况，选择了不同来水类型和不同洪水量级组合情况的8场洪水作为典型洪水，详见表2。

表2 州河达县水位站断面典型洪水选择 洪峰：m3/s；洪量：亿m3

4.2.2 各分区典型洪水过程推求

州河达县水位站断面以上需计算防洪水库、区间及防洪控制断面共6个分区的典型洪水过程，根据各分区特点，上下游有水文站的断面采用水文比拟法按面积比的n次方(面积比指数根据不同区域分析而得)考虑传播时间后移用水文站典型洪水过程，水库区间典型洪水过程根据已推求出的水库典型洪水过程，以江口水库典型洪水过程，考虑各水库分别到江口水库的传播时间，减去各水库典型洪水过程而得。

4.3 设计洪水地区组成

在分析研究达州达县水位站断面洪水地区组成特性的基础上，结合防洪要求和工程特点，采用地区组成法推求设计洪水。分别选用典型洪水组成法和同频率洪水组成法推求各分区设计洪水过程线。考虑到达州以上集雨面积较大，支流较多，洪水组合复杂，本次设计洪水地区组成采用典型洪水组成法为主，同频率洪水组成法为辅。

4.3.1 典型洪水组成法推求分区设计洪水过程线

典型洪水组成法分别按洪峰、24h洪量及3日洪量控制同倍比放大推求各分区设计洪水过程线。达州近期防洪标准为20年一遇，远期为50年一遇。

根据选择的8场典型洪水洪峰流量、24h洪量及3日洪量，分别以达州城区控制断面P=5%、P=2%设计洪峰、24h洪量及3日洪量与对应年份的该断面各场典型洪水洪峰流量、24h洪量及3日洪量的比值为控制，放大各分区各场典型洪水过程线，从而得到各分区设计洪水过程线，并结合各分区设计洪水成果对设计洪水过程线的合理性进行分析，对于部分设计特征值出现明显超标的设计洪水过程线应予以排除使用，如1965、2005、2010年以24h洪量控制放大后江口、达州洪峰显著超标准，因此，不采用这3年以24h洪量控制放大后的分区设计洪水过程。

4.3.2 同频率洪水组成法推求分区设计洪水过程线

同频率洪水组成的典型洪水选择原则：江口水库与达州同频、区间相应的典型洪水，宜选择州河干流东林站实测洪水中较大的洪水，且4水库区间也相对较大，本次选择了1982年、2004年、2010年共3个年份；江口～达州区间与达州同频、江口水库以上为相应洪水，宜选择明月江涨水且与干流遭遇的洪水，本次选择了1989年、2004年共2个年份。

(1)江口水库(东林水文站)与达县水位站控制断面同频率(江口～达州区间为相应洪水)

以1982年、2004年、2010年3场典型洪水为典型。江口水库以上各分区又分以下两种情况：一种是江口水库以上各分区按典型洪水组成法推求；一种是江口水库以上4水库区间与江口水库同频率(3个水库为相应洪水)。

江口水库及达州断面分别以3场典型洪水为典型，以P=2%设计值控制，按同频率放大法计算而得江口水库及达州断面P=2%设计洪水过程线，以达州断面P=2%设计洪水过程线减去江口水库P=2%设计洪水过程线，得江口～达州区间相应洪水过程线。P=5%同理。

(2)江口～达州区间与达县水位站控制断面同频率(江口水库为相应洪水)

以1989年、2004年2场典型洪水为典型。江口～达州区间及达州控制断面分别以P=2%设计值控制，按同频率放大法计算得区间及达州断面P=2%设计洪水过程线，以达州断面P=2%设计洪水过程线减去区间P=2%设计洪水过程线，得江口水库相应洪水过程线。

以达州P=2%的3日洪量减去区间P=2%的3日洪量，得江口水库相应3日洪量，以江口水库相应3日洪量与江口水库典型洪水3日洪量的比值，同倍比放大3水库及4水库区间各典型洪水过程，得3水库及4水库区间相应洪水过程线。P=5%同理。

由于采用同频率洪水组成法分配洪量时，各分区洪水过程线放大倍比是不一样的，虽然总的时段洪量已得到控制，但逐时段流量就不一定都能满足水量平衡要求，因此，对各分区洪水过程线从水量平衡方面进行合理性检查，对差别较大的，以控制断面的设计洪水过程线为准，修正各分区的洪水过程线。

从达州控制断面以上洪水的地区组成来看，根据东林、明月潭及达县水位站几十年的洪水资料分析，明月江洪水与州河干流洪水同步性一般较差，且大洪水时州河干流东林站洪水频率往往大于达县水位站，采用同频率洪水组成法会造成东林江口～达州区间洪水偏大，与达州控制断面以上洪水的地区组成特性不相符合，因此，针对达州控制断面以上洪水的地区组成时建议采用典型洪水组成法推求的各分区设计洪水过程线。

5 结语

本文以达州以上的州河流域为研究对象，通过对流域洪水遭遇情况、洪水传播时间等进行统计，分析了流域的洪水地区组成情况，分别选用典型洪水组成法和同频率洪水组成法推求各分区设计洪水过程线。经综合分析，考虑达州控制断面以上洪水特性，推荐采用典型洪水组成法推求的各分区设计洪水过程线。研究成果可为州河流域防洪水库的库容选择及流域水库群联合调度提供依据，对其他流域防洪具有一定的参考价值。