岩溶地区水库设计洪水计算策略

　　摘要：云贵高原为我国典型的喀斯特地貌区，其中岩溶、伏流、泉点等地貌特征广泛分布于境内，该地区的伏流、洼地常对天然洪水有明显的削峰滞洪作用，在计算设计洪水时若直接按全流域考虑，则将使设计洪水成果偏大。针对这一情况，文章以贵州省兴义市小龙潭水库工程为例，通过流域内历史洪水调查，对设计流域内明流区、泉水出流区分别计算设计洪水及出流过程，考虑叠加组成岩溶地区的设计洪水成果，在计算泉水区设计洪水时，充分考虑了洪量控制、洪水涨落过程后得到泉点出流的一个渐变的洪水过程，较常规按均匀峰值考虑泉点出流过程更为严谨，对岩溶地区设计洪水计算方法的研究有一定的指导意义。

　　关键词：岩溶地区; 伏流; 历史洪水; 调查法; 设计洪水;

　　1、流域概况

　　兴义市处于贵州省西南部边缘，地处滇、黔、桂三省 (区) 结合部，岩溶地貌较为发育。水库所在的小龙潭河属于珠江流域南盘江水系，发源于兴义市七舍镇读纳村北部，右岸支流接纳左岸支流后明流1km后于落水洞 (入伏高程为1750m) 潜入地下成伏流，出露于龙滩村的小龙潭泉点 (出露点高程为1585.6m) ，再明流1.25km后又潜入地下 (入伏点高程为1563.6m) ，又于敬南镇鸡场岩溶大泉出露地表后 (出露点高程为967.5m) 汇入达力河，最终流入南盘江 (如图1所示) 。

　　小龙潭水库坝址位于小龙潭泉点—小龙潭入伏口之间的明流河段上，坝址距离小龙潭河入伏口约0.767km，坝址以上流域控制集水面积35.9km2，其中地表明流区集水面积6.31km2;小龙潭泉点以上集水面积29.59km2。据地质勘测调查，小龙潭泉点出水量除上游的水量外，还有流域内的岩溶洼地的补水，由于地下岩溶管道通畅，该部分地表和地下径流还是比较通畅的汇集到小龙潭坝址以上河道内，且地下水没有其它通道补给外流域，因此，本工程坝址以上流域 (F=35.9km2) 为闭合流域。水库坝址以上明流区主河道长11.67km，主河道比降43.59‰。

图1 流域水系示意图

　　2、暴雨洪水特性

　　工程设计流域位于我省黔西南暴雨区的边缘，据兴义气象站实测暴雨资料分析，暴雨天气一般发生在每年的5-9月，其中以6-8月为最多，发生机率约占78%。流域雨季水汽主要来源于印度洋孟加拉湾，形成暴雨的天气系统主要是冷峰、低槽和两高切变。暴雨历时一般为1-3d，以1d为多，多集中在12h内。

　　设计流域属山区雨源型河流。由于本区岩溶特别发育，溶洞、洼地、地下伏流众多，有明显的滞洪作用，洪峰量级不大，汇流历时较长。地勘调查龙潭泉点的地下岩溶管道较为通畅。虽然岩溶管道比较通畅，但是流域内的岩溶洼地对该区的洪水还是有较明显的消峰作用。

　　3、设计洪水

　　3.1、设计暴雨

　　小龙潭水库设计量雨成果表见表1。

　　该设计流域内无任何实测降水资料，邻近设有兴义、敬南、棒柞等气象、雨量站。统计兴义气象站历年实测最大一日暴雨量资料，得出其统计参数为:H1日=91.8mm, H24h=103mm, CV=0.40, CS=3.5CV。结合最新的“贵州省年最大24h暴雨等值线图”、“贵州省年最大1h暴雨均值等值线图”，确定设计流域暴雨参数为:H24h=110mm, Cv=0.42, Cs/Cv=3.5;H1h=47.3mm, CV=0.35, CS=3.5CV。

表1 小龙潭水库设计暴雨成果表

　　3.2、设计洪水

　　小龙潭水库坝址以上流域集水面积35.9km2，其中地表明流区集水面积6.31km2 (包括左右岸支沟) ，小龙潭泉点以上集水面积为29.59km2。

　　设计洪水考虑小龙潭坝址的明流区洪水和小龙潭泉点 (S1岩溶大泉) 出流的叠加。地表明流区部分采用雨洪法进行计算，小龙潭泉点部分根据实地调查的洪痕推算的泉水出流过程。

　　1) 明流区 (包括左右岸支沟) 设计洪水计算:

　　小龙潭水库地表洪水主要来源于两条支流，龙潭泉点 (S1岩溶大泉) 旁边的左岸支沟和龙潭泉点下游约440m的右岸支沟，有关流域参数见表2。

　　明流区设计洪水计算的公式及产汇流参数在《贵州省暴雨洪水计算手册 (修订本) 》上查取。流域以丘山为主，因此产汇流分区定为Ⅰ1区，洪峰径流系数C取均值;暴雨衰减指数n2=0.70，Δn2为Ⅵ区[2]。小龙潭水库坝址以上地表明流区集水面积设计洪水成果见表3。

表2 设计流域明流区流域特征参数表

表3 小龙潭坝址以上明流区设计洪水成果表

　　2) 小龙潭泉点设计洪水计算:

　　小龙潭泉点控制集水面积为29.59km2，计算时按地表设计洪水计算的公式计算其设计洪水，该产汇流分区定为Ⅰ2区，洪峰径流系数C取均值;暴雨衰减指数n2=0.70，Δn2为Ⅵ区。计算成果见表4。

表4 小龙潭泉点地表入流设计洪水成果表

　　根据洪水调查资料可知小龙潭泉点最大历史洪水重现期为60a一遇 (P=1.67%) ，洪水的最大出流为60m3/s (按调查洪痕点水位推求，下同) ，洪水涨落过程约为3d (即72h) ;常年洪水最大出流为45m3/s，洪水涨落过程为1d (即24h) 。经计算，小龙潭泉点60a一遇 (P=1.67%) 入流的洪峰流量为220m3/s，最大出流仅为60m3/s，消峰比例为72.7%;小龙潭泉点常年洪水入流的洪峰流量为62.8m3/s，最大出流为45m3/s，消峰比例为28.3%。综上分析，为了安全考虑，小龙潭泉点大于60a一遇 (P=1.67%) 洪水的出流流量消峰比例按72.7%考虑，小于60a一遇 (P=1.67%) 大于常年洪水的消峰比例按72.7%-28.3%进行内插;小龙潭泉点出流过程，大于常年洪水的洪量按3d (即72h) 考虑，接近或小于常年洪水的洪量按1d (即24h) 考虑。根据计算的小龙潭泉点入流过程与出流过程的洪量基本上是一致的，P=0.1%-20%的洪量相差仅1.8%-1.1%，出流过程基本合理[3]。

　　3) 坝址处设计洪水:

　　小龙潭坝址处设计洪水为明流区左右支沟设计洪水和小龙潭泉点出流的叠加。据此得出坝址处设计洪水成果，见表5。

表5 小龙潭坝址设计洪水成果表 (全设计流域)

　　4、设计洪水成果的合理性分析

　　从暴雨统计参数来看，以兴义气象站为参证站，暴雨统计参数与贵州省最新的有关暴雨等值线图是吻合的。调查的1976年洪水其历史洪水重现期60a左右，坝址处调查水位与以小龙潭伏流按“水库调洪”计算的库水位基本一致;下游鸡场岩溶大泉出口洪水调查推算的小龙潭伏流消水洞的洪水泄流量61.7 m3/s与以小龙潭伏流按“水库调洪”计算下泄量60 m3/s较为接近，仅相差-2.7% (最大洪水重新期也为60a一遇洪水) 。根据叠加后的小龙潭坝址设计洪量与按全面积计算的设计洪量基本上一致，P=0.1%-20%的洪量相差仅0.9%-1%，可认为叠加计算的设计洪水过程是合理的，其洪水成果也符合流域的暴雨特性和流域特征。

　　5、结论

　　该水库设计洪水计算采用地表明流区洪水叠加小龙潭泉点实地调查的洪痕推算的泉水出流过程，该方法计算的设计洪水过程对流域面上洪量进行了控制，对泉水出流的情况进行了分析，其计算方法更为严谨，较采用全面积计算或仅考虑泉水均匀出流过程计算的设计洪水成果更为合理[4]。

　　参考文献
　　[1] 杨华、吴昊.贵州省兴义市小龙潭水库工程初步设计报告[R].贵阳:贵州省水利水电勘测设计研究院，2015.
　　[2] 贵州省水利电力厅.贵州省暴雨洪水计算实用手册[M].贵阳:贵州省水利电力厅出版，1983:1-158.
　　[3] 叶守泽，詹道江.工程水文学 (第3版) [M].北京:中国水利水电出版社，2002 (07) :72-290.
　　[4]郭生练.设计洪水研究进展与评价[M].北京:中国水利水电出版社，2005 (10) :1-273.