巖溶山區(qū)小流域水庫工程設計洪水計算
——以WL水庫工程為例

陸建宇，杜 娟，石 寶

（中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222）

設計洪水計算常采用水文比擬法、地區(qū)綜合法、暴雨洪水法。受暗河、溶洞發(fā)育等影響，巖溶地區(qū)、一般地區(qū)洪水特性差異明顯，常規(guī)的設計洪水計算方法需要結合區(qū)域條件加以改進[1-4]。本文以云南省巖溶山區(qū)小流域水庫工程設計為例，探討了WL水庫工程壩址設計洪水計算方法，旨在為工程設計提供更為科學的設計依據(jù)，并為該地區(qū)類似工程設計提供參考。

1 概況

WL水庫位于云南省GN縣境內，水庫壩址所在河流——WL河為XY江上游支流JM河一級支流；結合流域巖溶匯水分析，水庫壩址以上流域面積57.1 km2，其中右側支流KW 村以上伏流區(qū)面積21.0 km2、其余明流區(qū)面積36.1 km2。

JM 河為XY 江源頭之一，WL 河為JM 河右側支流，由3 支組成，水庫壩址位于左側2 支的匯合口下游；WL 水庫壩址以上流域無引調水工程，僅有1 座小（2）型水庫，該水庫壩址以上流域面積5.8 km2，總庫容26.72 萬m3；JM 河下游有JM 水文站，流量資料為2016—2020 年；XY 江干流下游有XYJ（二）水文站，控制流域面積2 473 km2，流量資料為1959—2020年；2站以上流域均無大中型蓄水、引調水工程。

2 雨洪特性

XY 江流域暴雨天氣系統(tǒng)主要為低槽、切變、低渦、副高邊緣以及南海臺風和赤道輻合帶等，大暴雨多數(shù)是低渦與低槽類天氣系統(tǒng)造成的。本流域不僅受西風帶天氣影響，還受副熱帶系統(tǒng)控制。暴雨主要受西伸的西太平洋副熱帶高壓影響，有明顯的季節(jié)性，多集中在6—9月。

XY 江流域洪水由暴雨形成，多發(fā)生在6—9 月，與暴雨時間相對應，其余月份雖有出現(xiàn)但量級不大、次數(shù)不多，一次洪水主要由3 d 降雨形成。因受氣象、地形等因素影響，上游洪水過程多為尖瘦型、單峰型，大水年的洪水多為雙峰或多峰型，次洪歷時3 d左右；下游洪水過程多為胖型，起漲流量較高，基流大，多為雙峰或多峰型。根據(jù)XYJ（二）水文站實測資料統(tǒng)計，年最大洪峰流量極值比為4.97。

3 洪水調查

JM 河下游的JM 站建于2016 年1 月，流量資料為2016—2020 年，該河段缺少長系列實測流量資料。根據(jù)水庫壩址附近河段大洪水調查分析可知，1966 年以來JM 河及WL 河有2 場大洪水，依次為1974、1982年洪水。

根據(jù)沿JM 河調查到的洪痕點河床及兩岸實際情況，采用河道恒定非均勻流水面線的計算方法，基于1974、1982 年洪水洪痕點對應高程，從水位流量關系線上查讀1974、1982 年洪水對應的洪峰流量分別為286、264 m3/s。

4 壩址洪水

本工程壩址所在流域屬無資料山區(qū)小流域，壩址以上流域分別為明流區(qū)、伏流區(qū)，兩部分產(chǎn)、匯流條件不同。壩址設計洪水采用綜合瞬時單位線法，分別按全面積法、分塊疊加法進行計算。

4.1 全面積法

對GN 氣象站1969—2020 年最大1、6 和24 h 實測暴雨統(tǒng)計分析，與XYJ（二）水文站短歷時實測暴雨、《云南省暴雨統(tǒng)計參數(shù)圖集》（2007 年）查讀成果綜合比較后，確定本工程壩址以上流域暴雨參數(shù)。

根據(jù)《云南省暴雨洪水計算實用手冊》（1992 年版）[5]，明確洪水計算參數(shù)如下：①時程分配：壩址流域位于云南省暴雨10區(qū)；②產(chǎn)流分區(qū)：為《云南省暴雨徑流查算圖表》中的3 區(qū)；③主雨強：計算值大于10 mm 時采用10 mm，小于10 mm 時采用計算值；④匯流參數(shù)：屬《云南省匯流系數(shù)分區(qū)圖》中的3區(qū)。

按流域特征值及主雨強，根據(jù)下列經(jīng)驗公式計算無因次參數(shù)n、k：

式中：Cm，Cn分別為分區(qū)匯流系數(shù)；F為流域面積（km2）；J為主河道平均比降（以小數(shù)計）；B為流域形狀系數(shù)（B=F/L2）；L為主河道長度（km）（至河源分水嶺）；i主為平均主雨強（mm/h）。

WL水庫壩址設計洪水計算成果，詳見表1。

表1 WL水庫壩址設計洪水計算成果

4.2 分塊疊加法

本工程壩址以上流域按巖溶地區(qū)分布分為伏流區(qū)、明流區(qū)，分別計算設計洪水過程，考慮到伏流區(qū)削峰滯洪，將伏流區(qū)洪水過程與明流區(qū)洪水過程疊加，可得本工程壩址流域設計洪水過程。

花椒精油中還含有大量的酯類化合物，其中含有的乙酸芳樟酯化學性質較穩(wěn)定，常溫下不會變色，在皂用香精和高檔香料產(chǎn)品的制造中經(jīng)常會用到。精油中還有一些其他酯類化合物，比如乙酸松油酯，它是帶有類似檸檬、薰衣草清香，氣味有一些甜的物質，其香氣停留時間相對較長，是我國頒布的《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》所允許使用的食品香料之一。此外，花椒精油中還含有乙酸異龍腦酯、乙酸香葉酯、乙酸-1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)環(huán)己酯等酯類化合物，它們均為花椒香味的主要來源之一。除此之外，這些酯類化合物在醫(yī)學上還具有鎮(zhèn)靜和止痙攣的治療功效[7]。

4.2.1 分區(qū)設計洪水

WL 水庫壩址伏流區(qū)面積21.0 km2，其余明流區(qū)面積36.1 km2。根據(jù)《云南省暴雨洪水計算實用手冊》中的綜合瞬時單位線法，設計短歷時凈雨為輸入，其余計算參數(shù)同壩址不考慮伏流影響的雨洪法情況。據(jù)此，計算得到壩址明流區(qū)、伏流區(qū)的分區(qū)設計洪水。

4.2.2 巖溶對伏流區(qū)洪水調蓄

WL 水庫壩址右側支流伏流入口呈矩型，伏流入口以上是一個明顯的錐形庫盆，庫容曲線依據(jù)1∶1 萬地形圖量算，其泄流能力按孔口自由出流公式計算，經(jīng)調洪演算，5～1 000 a 一遇的洪水削峰比例為9%～30%。

4.2.3 明流區(qū)與伏流區(qū)洪水疊加

表2 WL水庫壩址設計洪水計算成果

4.3 推薦洪水成果

綜合瞬時單位線法能夠考慮區(qū)域下墊面、氣象條件等的差異，是云南省通用的設計洪水計算方法。WL 水庫壩址以上流域巖溶發(fā)育，其設計洪水按全面積法、分塊疊加法2種情況考慮，其中全面積法與分塊疊加法均采用相同的設計凈雨，因而2 種方法的各時段設計洪量相當。

WL 水庫壩址右側支流伏流區(qū)有一定的削峰、滯洪能力，分塊疊加法設計洪水成果與壩址下游歷史洪水調查成果較接近，更能反映伏流區(qū)對壩址洪水調節(jié)的實際情況。因此，WL 水庫壩址設計洪水推薦采用分塊疊加法計算的設計洪水成果。

5 成果合理性分析

將WL 水庫、區(qū)域其他工程及水文站設計洪水成果進行比較，繪制P=0.2%設計洪峰流量-流域面積、設計洪量-流域面積關系圖，總體來看，各設計成果較協(xié)調，點據(jù)分布有一定的規(guī)律性，符合該地區(qū)一般水文特性[6]。因此，WL 水庫壩址設計洪水成果是合理的。

6 小結

以WL 水庫為例，提出巖溶山區(qū)小流域水庫工程設計洪水計算方法，即采用綜合瞬時單位線法分別按全面積法、分塊疊加法進行組合計算，并推薦采用分塊疊加法計算的設計洪水成果，與壩址下游歷史洪水調查成果較接近，更能反映伏流區(qū)對壩址洪水調節(jié)的實際情況。在設計洪水定量計算過程中，應在前期詳實的水文地質調查工作的基礎上，按分區(qū)進行多方法計算，綜合確定設計洪水成果，以確保設計洪水成果的合理與可靠。