曹江大拜水文站洪水頻率分析

王 英

(廣東省水文局 茂名水文分局，廣東 茂名 525000)

1 概 述

1.1 曹 江

曹江位于鑒江中游，是鑒江的一級支流，集水面積874 km2，河長100 km，總落差870 m，平均坡降2.76‰，其大于100 km2的主要支流有云爐河、新垌河。另外，在與其相鄰的大井河上建有良德水庫，與石骨水庫通過龍頭坳人工渠相連，兩大庫統稱為高州水庫。流域水系結構圖見圖1。

1.2 大拜水文站

大拜水文站設置于曹江上，系高州水庫的進庫站，集水面積394 km2，屬于二類精度的水文站。該站建于1967年1月，位于廣東省高州市長坡鎮大拜村，E111°09′N22°03′。實測最高水位為102.50 m(凍結基面)，最大流量為3 740 m3/s。大拜水文站斷面下游75 m處有實用堰型攔河壩一座，壩頂高程96.26 m。壩的左側有電站引水渠。電站在壩下約1 km處裝有6臺機組，3臺500 kW，2臺320 kW，1臺125 kW。電站閘門的開關影響到斷面水位流量的變化過程。低水時在基下232 m的引水渠道測流，中高水時在基本水尺斷面用纜道測流。引水渠道上測流時，采用7條垂線一點法；在基本水尺斷面測流時，采用15條垂線一點法。大拜站的高、中、低水位流量關系均比較穩定，歷年來為單一曲線。見圖2。

圖1 曹江流域水系圖

圖2 大拜水文站大斷面及水位面積曲線圖

2 洪水重現期的考證

根據調查訪問，曹江干流河道兩側已沒有(不存在)古洪水、歷史洪水的刻記。 1856、1904和1912年等歷史洪水在上世紀70年代的洪水調查中已有測量計算(見《中華人民共和國廣東省洪水調查資料》，廣東省水利電力廳1991年6月刊印，下簡稱《調查資料》)。根據《調查資料》及《高州縣志》記載，石墳公社大拜大隊塘邊園村70歲的詹玉中老人講述：“聽我父親講：清咸豐6年(1856年)，大水，沖崩我現在住的大屋，當時水浸到頭廳；再有清光緒30年(1904年)水浸至我現住的大屋，二廳上五塊泥磚；還有民國三年(1914年)大水剛剛浸至屋內二廳地面。”這3處的調查都是較可靠。2010年9月21日發生的大洪水，洪水位102.5 m,洪峰流量3 740 m3/s,為歷史之最[1]。

3 大拜水文站洪峰流量頻率分析

3.1 資料引用

本次分析引用大拜水文站建站以來(1967年)至2016年的實測洪水資料，系列長50年。

3.2 經驗頻率計算

3.2.1 特大值的考證與重現期的確定

根據《調查資料》以及湛江水文分站1977年編制的《鑒江流域大拜河段洪水調查資料報告》(下簡稱《報告》)，1856年洪水壩下水位為99.93 m，相應的壩上水位為103.49 m，對應的洪峰流量為4 040 m3/s；1904年洪水壩下水位為98.77 m，相應的壩上水位為102.56 m，對應的洪峰流量為3 170 m3/s；1914年洪水壩下水位為97.69 m，相應的壩上水位為101.68 m，對應的洪峰流量為2 410 m3/s。根據《調查資料》及《報告》，該3處洪痕高程為較可靠，洪峰流量推算方法合理，成果較可靠。所以，在本次洪水頻率分析計算中，1856、1904和1914年洪水洪峰流量均參加洪峰流量頻率計算。大拜水文站已知的大洪水情況見表1。

表1 大拜水文站己知的較大洪水情況表

注：表1中水位計算基面為凍結基面，與珠江基面轉換關系：2004年以前，凍結基面以上米數+0.009=珠江基面以上米數；2005年以后，凍結基面以上米數+0.056=珠江基面以上米數。

3.2.2 洪水的經驗頻率計算

1856、1904、1914和2010年的洪水在經驗頻率計算時均作為特大值來進行處理的，其它洪水的經驗頻率計算采用實測的系列。方法如下：

特大洪水的經驗頻率公式為：

式中：N為歷史考證期；M為特大洪水序位；a為特大值個數。

實測洪水的頻率公式為：

m=l+1,...,n

式中：N為歷史考證期；M為特大洪水序位；a為特大值個數；m為實測洪水序號；n為實測系列長度；l為實測系列n中的特大值個數。

3.3 頻率適線結果

將以上洪水的頻率點繪在頻率格紙上，采用P-Ⅲ型曲線目估法適線，Cs/Cv值取3.30，Cv=0.74，適線結果見表2和圖3。從適線圖上看，點據與線型配合較好。

表2 大拜站流量頻率計算參數成果表(P-Ⅲ型曲線配線)

圖3 大拜水文站年最大流量頻率曲線

4 大拜水文站水位流量關系分析

大拜站歷年水位流量關系為單一曲線。本次水位流量關系曲線中，水位在2016年最高水位99.80 m以下采用2016年關系線，水位99.80 m以上采用2010年關系線并進行趨勢延長。根據水位流量關系曲線結點表(表3)繪制水位流量關系曲線(圖4)。

表3 大拜水文站水位流量關系曲線結點表

圖4 大拜站水位流量關系曲線

5 大拜水文站不同頻率(重現期)流量及相應水位

根據大拜站年最大流量頻率分析，得出各重現期(頻率)設計流量。

查圖4得出設計流量的相應水位，即為同頻率水位。結果見表4。

表4 大拜水文站年最大流量頻率及相應水位計算結果

注：表4中水位基面為凍結基面，換算關系：凍結基面以上米數+0.056=珠江基面以上米數。