岩溶山区小流域水库工程设计洪水计算——以WL水库工程为例

陆建宇，杜 娟，石 宝

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

设计洪水计算常采用水文比拟法、地区综合法、暴雨洪水法。受暗河、溶洞发育等影响，岩溶地区、一般地区洪水特性差异明显，常规的设计洪水计算方法需要结合区域条件加以改进[1-4]。本文以云南省岩溶山区小流域水库工程设计为例，探讨了WL水库工程坝址设计洪水计算方法，旨在为工程设计提供更为科学的设计依据，并为该地区类似工程设计提供参考。

1 概况

WL水库位于云南省GN县境内，水库坝址所在河流——WL河为XY江上游支流JM河一级支流；结合流域岩溶汇水分析，水库坝址以上流域面积57.1 km2，其中右侧支流KW 村以上伏流区面积21.0 km2、其余明流区面积36.1 km2。

JM 河为XY 江源头之一，WL 河为JM 河右侧支流，由3 支组成，水库坝址位于左侧2 支的汇合口下游；WL 水库坝址以上流域无引调水工程，仅有1 座小（2）型水库，该水库坝址以上流域面积5.8 km2，总库容26.72 万m3；JM 河下游有JM 水文站，流量资料为2016—2020 年；XY 江干流下游有XYJ（二）水文站，控制流域面积2 473 km2，流量资料为1959—2020年；2站以上流域均无大中型蓄水、引调水工程。

2 雨洪特性

XY 江流域暴雨天气系统主要为低槽、切变、低涡、副高边缘以及南海台风和赤道辐合带等，大暴雨多数是低涡与低槽类天气系统造成的。本流域不仅受西风带天气影响，还受副热带系统控制。暴雨主要受西伸的西太平洋副热带高压影响，有明显的季节性，多集中在6—9月。

XY 江流域洪水由暴雨形成，多发生在6—9 月，与暴雨时间相对应，其余月份虽有出现但量级不大、次数不多，一次洪水主要由3 d 降雨形成。因受气象、地形等因素影响，上游洪水过程多为尖瘦型、单峰型，大水年的洪水多为双峰或多峰型，次洪历时3 d左右；下游洪水过程多为胖型，起涨流量较高，基流大，多为双峰或多峰型。根据XYJ（二）水文站实测资料统计，年最大洪峰流量极值比为4.97。

3 洪水调查

JM 河下游的JM 站建于2016 年1 月，流量资料为2016—2020 年，该河段缺少长系列实测流量资料。根据水库坝址附近河段大洪水调查分析可知，1966 年以来JM 河及WL 河有2 场大洪水，依次为1974、1982年洪水。

根据沿JM 河调查到的洪痕点河床及两岸实际情况，采用河道恒定非均匀流水面线的计算方法，基于1974、1982 年洪水洪痕点对应高程，从水位流量关系线上查读1974、1982 年洪水对应的洪峰流量分别为286、264 m3/s。

4 坝址洪水

本工程坝址所在流域属无资料山区小流域，坝址以上流域分别为明流区、伏流区，两部分产、汇流条件不同。坝址设计洪水采用综合瞬时单位线法，分别按全面积法、分块叠加法进行计算。

4.1 全面积法

对GN 气象站1969—2020 年最大1、6 和24 h 实测暴雨统计分析，与XYJ（二）水文站短历时实测暴雨、《云南省暴雨统计参数图集》（2007 年）查读成果综合比较后，确定本工程坝址以上流域暴雨参数。

根据《云南省暴雨洪水计算实用手册》（1992 年版）[5]，明确洪水计算参数如下：①时程分配：坝址流域位于云南省暴雨10区；②产流分区：为《云南省暴雨径流查算图表》中的3 区；③主雨强：计算值大于10 mm 时采用10 mm，小于10 mm 时采用计算值；④汇流参数：属《云南省汇流系数分区图》中的3区。

按流域特征值及主雨强，根据下列经验公式计算无因次参数n、k：

式中：Cm，Cn分别为分区汇流系数；F为流域面积（km2）；J为主河道平均比降（以小数计）；B为流域形状系数（B=F/L2）；L为主河道长度（km）（至河源分水岭）；i主为平均主雨强（mm/h）。

WL水库坝址设计洪水计算成果，详见表1。

表1 WL水库坝址设计洪水计算成果

4.2 分块叠加法

本工程坝址以上流域按岩溶地区分布分为伏流区、明流区，分别计算设计洪水过程，考虑到伏流区削峰滞洪，将伏流区洪水过程与明流区洪水过程叠加，可得本工程坝址流域设计洪水过程。

花椒精油中还含有大量的酯类化合物，其中含有的乙酸芳樟酯化学性质较稳定，常温下不会变色，在皂用香精和高档香料产品的制造中经常会用到。精油中还有一些其他酯类化合物，比如乙酸松油酯，它是带有类似柠檬、薰衣草清香，气味有一些甜的物质，其香气停留时间相对较长，是我国颁布的《食品添加剂使用卫生标准》所允许使用的食品香料之一。此外，花椒精油中还含有乙酸异龙脑酯、乙酸香叶酯、乙酸-1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)环己酯等酯类化合物，它们均为花椒香味的主要来源之一。除此之外，这些酯类化合物在医学上还具有镇静和止痉挛的治疗功效[7]。

4.2.1 分区设计洪水

WL 水库坝址伏流区面积21.0 km2，其余明流区面积36.1 km2。根据《云南省暴雨洪水计算实用手册》中的综合瞬时单位线法，设计短历时净雨为输入，其余计算参数同坝址不考虑伏流影响的雨洪法情况。据此，计算得到坝址明流区、伏流区的分区设计洪水。

4.2.2 岩溶对伏流区洪水调蓄

WL 水库坝址右侧支流伏流入口呈矩型，伏流入口以上是一个明显的锥形库盆，库容曲线依据1∶1 万地形图量算，其泄流能力按孔口自由出流公式计算，经调洪演算，5～1 000 a 一遇的洪水削峰比例为9%～30%。

4.2.3 明流区与伏流区洪水叠加

表2 WL水库坝址设计洪水计算成果

4.3 推荐洪水成果

综合瞬时单位线法能够考虑区域下垫面、气象条件等的差异，是云南省通用的设计洪水计算方法。WL 水库坝址以上流域岩溶发育，其设计洪水按全面积法、分块叠加法2种情况考虑，其中全面积法与分块叠加法均采用相同的设计净雨，因而2 种方法的各时段设计洪量相当。

WL 水库坝址右侧支流伏流区有一定的削峰、滞洪能力，分块叠加法设计洪水成果与坝址下游历史洪水调查成果较接近，更能反映伏流区对坝址洪水调节的实际情况。因此，WL 水库坝址设计洪水推荐采用分块叠加法计算的设计洪水成果。

5 成果合理性分析

将WL 水库、区域其他工程及水文站设计洪水成果进行比较，绘制P=0.2%设计洪峰流量-流域面积、设计洪量-流域面积关系图，总体来看，各设计成果较协调，点据分布有一定的规律性，符合该地区一般水文特性[6]。因此，WL 水库坝址设计洪水成果是合理的。

6 小结

以WL 水库为例，提出岩溶山区小流域水库工程设计洪水计算方法，即采用综合瞬时单位线法分别按全面积法、分块叠加法进行组合计算，并推荐采用分块叠加法计算的设计洪水成果，与坝址下游历史洪水调查成果较接近，更能反映伏流区对坝址洪水调节的实际情况。在设计洪水定量计算过程中，应在前期详实的水文地质调查工作的基础上，按分区进行多方法计算，综合确定设计洪水成果，以确保设计洪水成果的合理与可靠。