贵州省洪水特性及洪峰模数规律浅析（修改）

1、贵州省洪水特性及洪峰模数规律浅析 罗志远 杨全明 吴刚 （贵州省水利水电勘测设计研究院 贵阳 550002）摘要贵州省国土面积为17.6万km2，其中岩溶出露面积占61.9%，独特的下垫面条件及冷峰、低槽和两高切变暴雨天气系统造就了贵州省洪水的特性及洪峰模数的变化规律。本文依据贵州省主要水文站实测洪水资料，并结合多年的工程设计实践，初步分析了其独特的洪水特性，并绘制出多年平均和主要设计频率的洪峰流量模数等值线图，对进行我省水利水电工程规划与设计具有一定的参考价值。关键词 贵州省 洪水特性 面积比指数 洪峰模数等值线 1 自然地理概况1.1 地理位置、地势及地貌贵州省位于云贵高原东部，属我国地势

2、的第二阶梯东部边缘的一部分。地理位置位于东经103°30109°30，北纬24°3029°13之间。全省国土面积176167 km2，其中山地占61.7%，丘陵面积占30.8%、山间平坝面积仅占7.5%。贵州省西部地区海拔在16002800m，最高峰是赫章县南部的韭菜坪，海拔为2901m，中部黔中地区海拔在10001800m，东部海拔在100800m，最低处在黎平县东部地坪乡水口河出省处，海拔为148m。省内地势西高东低，且从中部向北、东、南倾斜。境内岩溶分布广泛，出露面积占61.7%，且形态类型齐全，地域分异明显，构成一种特殊的岩溶生态系统。1.2 土

3、壤、植被贵州省土壤种类繁多，分布复杂，土壤面积共15.9万km2，土壤的地带性属中亚热带常绿阔叶林红壤黄壤地带，土层厚度一般在1.0m左右，上脊、陡坡和岩石裸露地区土层更薄，部分土层只有0.30.5m厚，持蓄水分的能力较差。贵州省耕地面积占全省面积的10.8，牧地占16.4，森林占14.5，从全省整体来看，荒山、荒地太多，耕地面积少，森林牧地面积不足。由于岩溶地貌地区极其脆弱的地质结构和陡峭的地形，加之人口增长及对土地的不合理利用，导致干旱缺水，水土流失加剧，贵州石漠化日趋严重，全省石漠化面积达3.48万km2，占贵州省国土面积的19.8。1.3 河流水系贵州省全省河流以中部苗岭为分水岭，北属

4、长江流域的乌江、沅江、牛栏江和横江、赤水河和綦江水系，主要河流有乌江、赤水河、清水江、舞阳河、锦江、松桃河、松坎河、牛栏江、横江等，南属珠江流域的南盘江、北盘江、红水河、柳江水系，主要河流有南盘江、北盘江、红水河、都柳江、打狗河等。长江流域总面积115747km2，占全省国土面积的65.7，珠江流域总面积60420km2，占全省国土面积的34.3。省内河流具有山区河流的特征，河道迂回曲折，主要河流河谷深切。全省大于100km2河流有527条，大于1000 km2有62条，大于10000 km2河流有7条。2 暴雨洪水成因机理及特性2.1 暴雨洪水成因贵州省暴雨成因复杂，有天气系统及地形地势因素

5、。因位于副热带东亚大陆的季风区内，气候类型属中国亚热带高原季风湿润气候，主要靠东南季风输送水气。形成贵州省暴雨的主要天气类型是冷锋低槽类和两高切变类，这两类暴雨在全省范围内均可出现，其次为长江横切变类，这类天气类型出现暴雨次数虽然较少，但产生高量级暴雨的机会多。对高量级暴雨而言，冷锋低槽类主要出现在黔西南和黔东北多雨区，两高切变则集中在黔西南和黔东南两多雨区。长江横切变化类暴雨出现在乌江以南的中部地带。省内河流属山区雨源型河流，洪水由暴雨产生，同时还受到暴雨分布、暴雨强度、暴雨历时和岩溶等的共同影响。2.2 暴雨洪水的时空分布规律暴雨一般出现在410月，日降水量150mm的暴雨主要出现在59月

6、，日降水量250mm的暴雨则出现在58月。全省进入汛期的时间从东部到西部逐渐推后，东部玉屏、锦屏一带4月份进入雨季，47月降水占全年的65左右，中部黔南、黔中、黔北地区5月份进入雨季，58月降水占全年的70左右，西部盘县、威宁一带6月进入雨季，69月降水占全年的70以上。我省暴雨的地区分布与地势、地形变化有着密切关系，多暴雨区多在地形变化大的区域，当天气系统过境时受地形抬升促使其复合作用，有利于暴雨的形成，出现暴雨的机会较多，暴雨区的主轴方向和山脉走向一致。据暴雨出现频率结合大暴雨集中程度省内划分三个多暴雨区，两个少暴雨区。（1） 黔西南多暴雨区：我省之西南部，中心在普定附近，年暴雨日数多达9

7、6天。（2） 黔东南多暴雨区：中心位于都匀和荔波附近。（3） 黔东北多暴雨区：我省之东北部，包括大娄山东段余脉以东地区。（4） 黔西北少暴雨区：我省之北部边沿，地区范围狭小。（5） 黔东南少暴雨区：位于三惠、瓮安一带。2.3 暴雨洪水特性因我省地形复杂，暴雨多呈块状分布，一般一场暴雨雨区较小，暴雨重心与雨区边缘雨量悬殊，雨区内暴雨等雨深线变化梯度大，如出现较大的阵性暴雨，常出现山洪及严重的水土流失。洪水特性与暴雨特性基本一致，全省大部分地区69月出现年最大洪水的机率较大，洪水具有陡涨陡落的特点、峰量集中、涨峰历时短等山区河流的特点，同时发育的岩溶地貌对山区洪水有不同程度的削减作用。3 洪峰系列

8、统计分析3.1 应用资料系列本次选用的46个水文站中，长江流域34个，珠江流域13个。各水文站控制集水面积从20051270km2不等，还包含1个面积小于200 km2的小河站。资料系列从建站至2002年，最短的有33年资料，最长的有47年资料。3.2 历史洪水资料及处理实测洪水资料中加入调查历史洪水将会提高系列的代表性，减小拟合曲线时的任意性从而提高洪水计算的精度及可靠性。本次分析选用的46个水文站的历史洪水采用1983年贵州省水利厅刊印的贵州省洪水调查资料，同时结合多年来水利水电工程规划与设计中对有关测站历史洪水重现期的考证，并对有关测站历史洪水进行反复论证和处理后加入计算系列。3.3 洪

9、水统计参数分析计算各水文站具有n年连续资料系列，其代表性较优，加入调查到的历史洪水与实测流量进行频率分析计算，并以P型曲线适线，经验频率按下式计算。实测系列 Pm= 特大洪水 PM= 洪水均值: Q= 变差系数：Cv= 上述各式中：PM：调查期N年中为首序号为M的经验频率 Q：洪峰流量均值，m3/sCv：变差系数a：在调查期N可以连续顺位的特大洪水个数n：实测洪水个数m：实测洪水由大至小排列序号M：特大洪水由大至小排列的序号N：自最远的调查考证年份至今的年数L：实测洪水中特大洪水个数Kj:历史洪水模比系数Ki:一般洪水模比系数据矩法计算的Cv值通常偏小，贵州河流偏态系数Cs大河上一般取33.5

10、Cv，中小河流一般取4Cv，采用图解适线法进行频率适线，适线时尽量使理论频率和经验频率点子拟合良好，且照顾稀遇洪水。3.4 洪峰流量均值及其它频率设计值计算按照上述式计算各站点洪峰流量平均值。本文将分析洪峰流量平均值、百年一遇洪峰流量、千年一遇洪峰流量模数的分布及变化规律，洪峰流量按下式计算。Qp1、0.1=Kp* Q 上述各式中：Qp1、0.1：百年、千年一遇洪峰流量，m3/s Kp：模比系数，根据Cv、Cs与Cv倍比、频率P查Kp值表得Q：洪峰流量均值，m3/s4 绘制洪水模数等值线及规律分析4.1 洪峰流量分区本次洪峰流量分区以暴雨区划为基础，综合自然地理要素的地区变化规律，包含自然地理

11、各要素的地区差异，各种历时暴雨地区分布规律，将贵州省划分为六个分区（见图）。在分区时，如区内水文站点较少，区界上的站点可同时用于两个分区，各区的相关性达到较好的精度，且与相邻区域协调。4.2 面积比指数分析将各区各测站的集水面积与洪峰流量点绘在双对数纸上（也可先将集水面积和洪峰流量分别求对数，再点绘在方格纸上），将特别突出的点据调整到相邻区域，使其具有一定的趋势和相关性，作出两者的相关关系线，计算其斜率则为面积比指数。经分析，区洪峰流量均值、百年一遇洪峰流量、千年一遇洪峰流量的面积比指数依次为0.65、0.64、0.63；区依次为0.69、0.68、0.67；区依次为0.66、0.65、0.6

12、4；区依次为0.71、0.68、0.67；区依次为0.71、0.66、0.65；区依次为0.66、0.65、0.64。4.3 洪水模数Cp值计算洪水模数是指单位时间单位面积上的产流量，洪水模数按下式计算：CCp 式中：Cp：洪水模数，m3/s.km2 Qp：洪峰流量，m3/sF：水文站控制面积，km2n：面积比指数。4.4 等值线绘制将分析的上述46个水文站年洪峰流量均值、100、1000年一遇洪水模数标识在贵州省水系图上，并勾绘其模数等值线图（见图）。等值线图要考虑各站点统计数据，不拘泥于个别点据且照顾地区规律。使线条有较好的平滑度，并选取适当的等值线间隔值，从而避免漏掉一些高低值区域。4.

13、5 洪峰模数地区规律影响贵州省洪峰模数大小的因素众多，其一为气象因素，包含水汽来源、暴雨分布、暴雨强度和暴雨历时等，其二为下垫面因素，包含地理位置、地形地貌、植被、土壤、流域河网密度及坡度、岩溶发育程度等。从模数等值线图可以看出，贵州省西部地区的牛栏江水系、南、北盘江水系，南部的红水河水系为强岩溶发育区，同时也为暴雨相对低值区，洪峰模数较小，而东部的柳江水系、沅江水系的施秉、松桃一带，黔北的洪渡河、芙蓉江源头及洪渡河流域重心务川一带为洪峰模数高值区。4.6 工程规划及设计中的运用洪峰模数等值线图是在分析贵州省主要水文站洪水资料及工程规划、设计实践的基础上绘制而成，在进行我省水利水电规划及设计中

14、有一定的参考意义，下面列举的三个工程的洪峰模数和本文分析的成果是吻合的。双河口水电站位于红水河一级支流蒙江中游，集水面积4770km2，装机容量120MW，电站正在建设中，其洪峰流量均值、百年一遇洪峰流量、千年一遇洪峰流量分别为1430、4010、5650m3/s，其洪峰模数分别为5.3、16.3、25m3/s.km2。务川县沙坝水电站位于洪渡河干流中上游地带，集水面积1396km2，装机容量30MW，电站正在建设中，其洪峰流量均值、百年一遇洪峰流量、千年一遇洪峰流量分别为1420、5220、8000m3/s，其洪峰模数分别为12.8、50.7、83.5m3/s.km2。赤水市复兴镇防洪规划工

15、程，防洪断面以上集水面积16111km2，该工程已完成规划，未建，其洪峰流量均值、百年一遇洪峰流量、千年一遇洪峰流量分别为3730、10600、15100m3/s，其洪峰模数分别为4.7、14.6、22.9m3/s.km2。5 结语本文依据主要水文站实测洪峰资料并结合工程实践对贵州省洪峰模数规律进行了浅析，旨在对区域洪水规律从更深层次进行探讨。受资料条件限制及个人经验不足，论述难以全面，旨在抛砖引玉，供水利水电工作者参考，并期望与同行共同探讨。参考文献1 长江流域规划办公室水文处.水利工程实用水文水利计算M .北京：水利出版社1982.8.2 朱新明.贵州省年最大洪峰流量洪量统计参数的地区综合分析. 1989年11月.3 贵州省水文水资源局.贵州省水文图集设计最大洪峰流量经验公式说明.1979年6月.4 贵州省水利厅.贵州省暴雨洪水计算实用手