同頻率地區(qū)組成法在設(shè)計洪水中的運用

鄧頌霖，杜興強(qiáng)

（長江委水文局荊江水文水資源勘測局，湖北 荊州，434000）

同頻率地區(qū)組成法在設(shè)計洪水中的運用

鄧頌霖，杜興強(qiáng)

（長江委水文局荊江水文水資源勘測局，湖北 荊州，434000）

文中從同頻率地區(qū)組成法基本原理出發(fā)，根據(jù)控制斷面所處水文站網(wǎng)布設(shè)情況，選取恰當(dāng)?shù)目刂茰y站，很大程度上簡化了洪水地區(qū)分區(qū)，較好的解決了區(qū)間組成比較復(fù)雜的情況，降低了多分區(qū)對資料和計算條件等要求較高的限制，同時提高了計算精度，簡化了計算程序。

同頻率地區(qū)組成法；設(shè)計洪水；小南海水庫

小南海水電站位于長江宜賓至重慶河段重慶境內(nèi)，是三峽水利樞紐的上游銜接梯級。壩址位于重慶市珞璜鎮(zhèn)下游約 1.0km，上距江津區(qū)約 28.5 km，屬重慶中心城區(qū)。壩址控制流域面積 70.5 萬km2，多年平均流量 8590m3/s，相應(yīng)多年平均徑流量 2709 億 m3。工程主要開發(fā)任務(wù)是發(fā)電、航運，并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。工程建設(shè)后還具有改善重慶河段淤積形態(tài)、供水灌溉等綜合效益。現(xiàn)階段小南海水電站總庫容 13 億 m3，總裝機(jī)容量 2030 MW，電站保證出力 819MW，多年平均發(fā)電量104.09 億 kW·h。

1 項目研究內(nèi)容

1．1 洪水地區(qū)組成規(guī)律

小南海水庫部分設(shè)計依據(jù)站及參證站特性見表1。

表1 小南海水庫部分設(shè)計依據(jù)站及參證站特性值

朱沱站是小南海水電站水文計算的主要依據(jù)站，位于壩址上游約 100km，區(qū)間面積僅占壩址控制面積的 1.5%。屏山站和高場站都是其設(shè)計參證站，其分別是金沙江下游干流控制站和岷江控制站。由于該區(qū)水系發(fā)育，洪水來源主要選取對朱沱站洪水影響較大的干支流分析，分析成果見表 2。

表2 朱沱站洪水地區(qū)組成表

從表 2可見，屏山站以上流域多年平均 7d、15d 洪量所占比例小于相應(yīng)的面積比，并且 15d洪量比例較高，說明長時段洪量是朱沱站洪水的基礎(chǔ)部分；高場以上流域多年平均 7d、15d 洪量所占比例大于其面積比，是朱沱站洪水的重要組成部分；未控區(qū)間也是朱沱站洪水組成中不可忽視的部分。

李莊水位站位于金沙江、岷江匯口下游 15.5 km 處，距朱沱站 100 多 km，是這次分析計算小南海水電站設(shè)計洪水地區(qū)組成中的防洪控制站。其水位流量關(guān)系穩(wěn)定，流量系列根據(jù)水位插補(bǔ)展延得到。

1．2 同頻率地區(qū)組成法的基本原理

同頻率地區(qū)組成法是指定某一分區(qū)出現(xiàn)與防洪控制斷面同頻率的洪量，其余各分區(qū)的洪量按水量平衡原則出現(xiàn)相應(yīng)洪量[1]。

采用同頻率地區(qū)組成法的關(guān)鍵是如何確定哪一個分區(qū)出現(xiàn)與防洪控制斷面同頻率的洪量。應(yīng)根據(jù)洪水地區(qū)組成特性，分析干流與支流、支流與支流之間及有工程控制的流域面積上與沒有工程控制的區(qū)間洪水遭遇組成情況，并分析在設(shè)計條件下所指定的分區(qū)發(fā)生與下游控制斷面同頻率洪水的可能性。同頻率地區(qū)組成法一般采用以下兩種組合：

1）當(dāng)下游設(shè)計斷面發(fā)生設(shè)計頻率為 P 的洪水（以設(shè)計洪量表示）WC，P時，上游水庫 A 斷面也發(fā)生頻率為 P 的洪 水 WA，P，區(qū)間 B 發(fā)生 相 應(yīng)洪水WB。即：

WB=WC，P-WA，P

2）當(dāng)下游設(shè)計斷面發(fā)生設(shè)計頻率為 P 的洪水WC，P時，區(qū)間 B 也發(fā)生頻率為 P 的洪水 WB，P，上游水庫 A 斷面發(fā)生相應(yīng)洪水 WA。即：

WA=WC，P-WB，P

2 計算步驟和成果

2.1 典型年的選取

在設(shè)計洪水地區(qū)組成計算中，典型年的選取重點考慮金沙江、岷江、橫江、沱江等干支流不同來水組成、洪水遭遇情況，以“全面且不利組合”原則，從實測大洪水系列中，選取 1961，1966，1981，1989，1991，1998 年 6 個峰高量大的實測典型洪水過程。文中以較“惡劣”的 1961 年 6 月 19 日至 26日洪水過程為例。

2.2 設(shè)計洪水地區(qū)組成的方法和具體方案

由于該區(qū)域河流眾多，水系復(fù)雜，考慮到分區(qū)太多將對資料和計算條件等要求較高，所以只選取對控制斷面影響最顯著的金沙江、岷江進(jìn)行分區(qū)。另外，考慮到后續(xù)水庫運行調(diào)洪的需要和計算精度，根據(jù)該區(qū)水文站網(wǎng)布設(shè)情況，選擇干流李莊水位站作為控制斷面，將其插補(bǔ)展延后的流量系列排頻計算，其設(shè)計洪水（該設(shè)計洪水與朱沱站設(shè)計洪水同頻率）跟金沙江屏山站和岷江高場站設(shè)計洪水進(jìn)行頻率組合，由于三站區(qū)間面積較小，其未控區(qū)間流量未給予考慮。另外，朱沱站以上的未控區(qū)間 采用長 辦 匯流曲 線[2]分 別 從屏 山 站和高 場站單獨演算至朱沱站后疊加，然后用朱沱站實測流量減去演算后流量得到未控區(qū)間（沱江+未控區(qū)間）流量過程。具體組成方案如下：

1）李莊站控制，屏山站設(shè)計，朱沱未控區(qū)間設(shè)計，高場站相應(yīng)。根據(jù)同頻率地區(qū)組成法的基本原理，將屏山站作為設(shè)計，高場站按水量平衡相減后為相應(yīng)方案，用分段同頻率放大法；朱沱未控區(qū)間作為“最不利”的情況跟屏山站同頻，用屏山站倍比分段同頻率放大。

2）李莊站控制，高場站設(shè)計，朱沱未控區(qū)間設(shè)計，屏山站相應(yīng)。先將高場站和李莊站同頻，屏山站為相應(yīng)方案，將朱沱未控區(qū)間跟高場站同頻，用高場站倍比統(tǒng)一縮放。采用的方法仍為分段同頻率放大法。

小南海水庫設(shè)計洪水地區(qū)組成所采用的兩種組合方式計算結(jié)果都較接近，但結(jié)合該區(qū)洪水地區(qū)組成，采用李莊站控制，屏山站設(shè)計，朱沱未控區(qū)間設(shè)計，高場站相應(yīng)方案。1961 年典型計算出的小南海壩址受上游調(diào)洪影響下的設(shè)計洪水成果出現(xiàn)比天然情況下大的現(xiàn)象，但誤差在 3.2%以內(nèi)。分析表明，小南海天然情況下的設(shè)計洪水與受上游調(diào)洪影響下的設(shè)計洪水差別不大，小南海壩址洪水可直接用天然壩址洪水替代。

3 結(jié)論

采用屏山站—李莊站—朱沱未控區(qū)間同頻和高場站—李莊站—朱沱未控區(qū)間同頻 2 種情況,充分分析了該區(qū)洪水地區(qū)組成，經(jīng)過實際洪水演進(jìn)與調(diào)洪、組合計算，采用第一種組合。

小南海水庫設(shè)計時結(jié)合該區(qū)測站布設(shè)條件，選擇合適的測站，較好的解決了區(qū)間組成比較復(fù)雜的情況，降低了多分區(qū)對資料和計算條件等要求較高的限制，提高了計算精度，為類似水庫設(shè)計洪水地區(qū)組成計算提供借鑒。

［1］季學(xué)武，王俊等.水文分析計算與水資源評價［M］.北京：中國水利水電出版社,2008.

［2］李心銘，羅鐘毓.多維線性匯流系統(tǒng)的識別與長辦匯流曲線參數(shù)的計算公式［J］.科學(xué)通報，1985，20：1592-1594.

TV12

B

1002－0624（2014）05－0037－02

2013-08-11