曹明亮 刘晓宏 李 萍 黎 恺 刘启阳

1.四川蜀禹水利水电工程设计有限公司 四川 成都 610072

2.四川省水利水电勘测设计研究院 四川 成都 610072

1 引言

巴河主源南江发源于大巴山南麓南江县映水坝,经南江、巴中,于平昌左纳通江后为巴河干流。巴河流域由于地处大巴山暴雨区,暴雨洪水频繁,在1950年～2011年62年内有40个年份发生60次洪灾,平均2年有一年发生洪灾[1]。

为解决渠江流域的防洪问题,《四川省渠江流域防洪规划报告》[2]提出在巴河、州河干支流共规划13座串并联防洪水库(其中新建12座),并配以河道整治和堤防建设满足各防洪对象防洪要求。规划报告按阶段要求初拟了各水库防洪库容,但水库群间防洪库容合理分配问题尚未解决。

为解决多个水库防洪库容分配的问题,目前只能采用设计洪水地区组成的方法[3],而对于干流河段,河道变宽、比降变缓,河道调蓄作用较大,计算时必须考虑洪水的河道演进。而洪水演进参数的确定是目前亟需解决的问题。本文以南江干流巴中水文站～七里沱水文站河段为研究对象,分析南江流域的马斯京根法参数。渠江流域水系图见图1。

2 数据

本文采用南江干流巴中水文站、七里沱水文站,以及恩阳河苏家潭水文站的资料。各站资料情况如表1所示。

表1 本文所用水文测站资料情况一览表

图1

3 马斯京根法

马斯京根法是河道洪水演算中广泛应用的方法,该方法由Macoarthy[4]在1938年提出,并首先应用于美国马斯京根河。该方法以槽蓄方程代替复杂的动力方程、以水量平衡方程代替连续方程,认为在一个河段中,河道槽蓄量S与某一特征流量Q’之间存在线性关系,即马斯京根槽蓄曲线方程为:

式中:S为河道槽蓄量(h·m3/s);K为稳定流情况下的河段传播时间(h);Q’为示储流量;x为流量比重因素,反应河槽调蓄作用的大小;Q上为上断面流量(m3/s);Q下为下断面流量(m3/s)。

无区间入流时,河道水量平衡方程为:

式中:Q上,1、Q上,2为时段始、末上断面入流量(m3/s);Q下,1、Q下,2为时段始、末下断面出流量(m3/s);Δt为计算时段(h);S1、S2为时段始、末河段蓄水量(h·m3/s)。

联立马斯京根槽蓄曲线方程与水量平衡方程,得马斯京根流量演算方程为:

其中:

式中:C0、C1、C2为流量演算系数;K为稳定流情况下的河段传播时间(h);x为流量比重因素,反应河槽调蓄作用的大小;为计算时段(h)。

当河段较长时,需要分段演算,得到下断面的流量过程。

4 南江干流马斯京根法参数分析

4.1 典型洪水选择 根据巴中水文站及苏家潭水文站的流量资料,及恩阳河各雨量站的降雨资料,按照巴中洪水较大、区间洪水较小且降雨分布较均匀的原则选择1965.9、1969.9、1974.9、1975.7、1980.8共五场典型洪水,分析南江巴中至七里沱河段的马斯京根法参数。由于苏家潭水文站1997年撤站,本次选择的典型洪水均为1997年以前的过程。各典型过程七里沱水文站、巴中水文站及苏家潭水文站的洪水特征值见表2。

表2 南江巴中至七里沱河段典型洪水特征值统计表洪峰：(m3/s) 洪量：(亿m3)

4.2 马斯京根法参数分析 对于上述5场典型洪水过程,选择河槽调蓄作用较大(x=0.3)、河槽调蓄作用较小(x=0.4)以及河槽没有调蓄作用(x=0.5)三个方案。采用先合后演法,首先将巴中水文站实测洪水过程与苏家潭水文站实测洪水过程按传播时间叠加,再演进到七里沱水文站。然后将计算的洪水过程与七里沱水文站的实测洪水过程扣除巴中-苏家潭-七里沱区间后的洪水过程进行对比,分析演进参数的合理性。

巴中至七里沱河长80.8km,传播时间约7h。洪水演进计算时,计算步长取1小时,分7段计算。三种方案的分析结果见表3。可以看出,不考虑河槽调蓄作用时,5场典型洪水巴中与苏家潭考虑传播时间叠加后演进到七里沱水文站的洪峰流量均大于七里沱水文站扣除区间的实测洪峰流量的30%以上。x=0.3与x=0.4时,5场典型洪水的洪量变化均不大,但峰现时间与洪峰流量相差较大。当x=0.4时,仅1场洪水峰现时间与实测一致,部分典型的洪峰流量偏大过多,如1974年9月洪水洪峰流量偏大34.5%;x=0.3时有3场洪水峰现时间与实测一致,洪峰流量基本合理。因此南江干流巴中至七里沱河段的马斯京根法洪水演进参数采用x=0.3较合适。

表3 南江巴中至七里沱河段马斯京根法不同参数方案比较表洪峰：(m3/s) 洪量：(亿m3)

5 结论与展望

5.1 结论 本文以南江干流巴中水文站～七里沱水文站河段为研究对象,采用先合后演法,选择x=0.3、x=0.4与x=0.5共三个方案分析南江干流的马斯京根法参数。根据计算结果发现,x=0.5方案极不合理,说明南江干流洪水调蓄作用较大,与前述分析一致。x=0.3时,有3场洪水峰现时间与实测一致,洪峰流量基本合理。因此南江干流巴中至七里沱河段的马斯京根法洪水演进参数取x=0.3。

5.2 展望 本文分析了南江流域的洪水演进参数,下一步拟根据分析结果,计算流域的设计洪水地区组成,并进一步进行水库群的联合调度,确定各水库的防洪库容。