1 流域基本情况
自然概况
1.1.1 自然地理概况
赤水河是长江干流上游右岸的一级支流,发源于云南省镇雄县赤水源镇银厂村,古称赤虺河,因水赤红故名赤水河。河流由西向东流至镇雄县大湾镇与西南之雨河汇合后称洛甸河,纳威信河、铜车河后始称赤水河,到仁怀市茅台镇转向西北流,至合江县城东汇入长江。赤水河干流全长,总落差1475m,平均比降‰,河口多年平均流量284m3/s。赤水河流域主要涉及云南镇雄、威信、贵州毕节、大方、金沙、仁怀、遵义、桐梓、习水、赤水及四川的叙永、古蔺、合江等13个县(市),流域面积20440km2,其中云南、贵州、四川境内流域面积分别为2117km2、12222km2和6101km2,分别占流域总面积的%、%和%。赤水河水系发育,支流众多,主要支流有二道河、桐梓河、古蔺河、同民河、大同河、习水河等。赤水河主要支流特征见表1-1。
表1-1 赤水河主要支流特征表
流域面积 序号 支流名称 岸别 (km2) 河流长度 平均比降 河口多年平均流量 (km) (‰) (m3/s)
1 二道河 右 1353 72 2 桐梓河 右 3348 125 3 古蔺河 左 1015 72 4 同民河 右 226 41 5 大同河 左 1040 69 6 习水河 右 1655 156 赤水河流域地处云贵高原与四川盆地接壤地带,自乌蒙山以东至大娄山西北麓,北靠四川盆地;地势东、南、西三面高,北部低,大部分为山区,局部为丘陵和冲积盆地。西与永宁河、南广河以及横江的上游分界,南、东隔大娄山脉与乌江流域接壤,东北部紧邻綦江,北接长江干流及其支流塘河。
赤水河河源至茅台镇为上游河段,属云贵高原地貌,岩溶、洼地、落水洞,暗河发育,两岸山头高程一般为1000~1600m,其中花果顶梁子海拨高程2000m,该河段谷深坡陡,滩多水急,河段长,天然落差,平均比降‰。茅台镇至赤水市为中游河段,河谷深切,属云贵高原与四川盆地接壤的过渡地带,两岸高程为500~1000m,沿河有台地分布,农耕较为发达,本河段长,险滩较多,天然落差,河流平均比降‰;赤水市以下至河口为下游河段,河长,天然落差,平均比降‰,该区进入四川盆地边缘,高程250~500m,河谷开阔,水
流平缓,两岸多为丘陵台地及河谷坝子,沿河集镇、良田较多。
2水文气象
气候概况
赤水河流域属中亚热带季风气候区,气候温暖湿润,年气温变化小,冬暖夏凉,气候宜人。全年日照少,初夏晚秋多阴雨,立体气候和地区差异显着。 2.1.1 降水
赤水河流域多年平均年降水量800~1200mm,面平均降水深为。流域内降水分布不均匀,降水量的高值区位于赤水河左岸支流大同河上游,年降水量达1200mm以上;降水量的低值区位于赤水河中游干流及支流古蔺河中下游,年降水量为700~800mm。
降水量年内分配不均,5~10月降水量占全年降水量的75~83%,6月、7月降水量较多,两月降水占全年的30%左右,冬季12月和1月降水较少。
降水的年际变化不大,单站年降水量的最大值与最小值之比,大多在~间。历年最大年降水量是大同站的1843mm,发生在1968年。 2.1.2 蒸发
(1) 水面蒸发
赤水河流域处在大娄山北面背风坡,云雾多、风力小,所以水面蒸发量小,流域多年平均水面蒸发量一般在700mm左右(E601蒸发器,下同)。蒸发量大体是下游地区小,而中上游地区大。
水面蒸发量的年内分配主要受年内温度、湿度及风的季节变化影响。经实测资料分析,多年平均最大月蒸发量多发生在5、6两月,最小月蒸发量均发生在1月份。水面蒸发年际
变化较为稳定,最大最小年蒸发量的比值多在~之间。
(2) 陆地蒸发
赤水河流域陆地蒸发量在500~650mm之间变化。赤水河中游地区陆地蒸发量相对较大,上、下游地区相对较小。
(3) 干旱指数
干旱指数是反映各地气候干湿程度的一种指标,当干旱指数大于1时,说明蒸发能力大于降水量,气候偏干旱,指数越大,干旱程度越严重;反之,当干旱指数 小于1时,说明降水量超过蒸发能力,气候偏湿润。赤水河流域干旱指数变化范围为~,下游地区小于中上游地区。
2.1.3 气温及其它气象要素
赤水河流域属中亚热带季风气候区,冬季主要受西伯利亚冷气流影响,夏季受印度洋孟加拉湾的西南暖湿气流影响,湿润多雨,流域上、中、下游因地势变化大,气候有明显的差异。
以毕节气象站概述流域上游气象特性,据毕节气象站资料统计:多年平均气温℃,最冷月(一月)平均气温℃,最热月(七月)平均气温℃,极端最高气温℃(1988年5月6日),极端最低气温℃(1977年2月9日)。年平均无霜期为天,最大积雪深度18cm。多年平均日照时数为,日照率29%。多年平均相对湿度为82%,最热月平均相对湿度为78%,最冷月平均相对湿度为86%。全年平均雾日数16d,冰雹日数,雷暴日数。多年平均风速为s,全年以SE风居多,最大风速为s(1977年4月14日),风向为NW。降水分布不均,集中在5~10月。年降水日数(日降水量≥)为,日降水量≥的日数为,日降水量≥的日数为,暴雨日(日降水量≥)为,实测最大日降水量为(1970年7月7日)。
以仁怀气象站概述流域中游气象特性,据仁怀气象站资料统计:多年平均气温℃,最冷月(一月)平均气温℃,最热月(七月)平均气温℃,极端最高气温℃(1966年8月16日),极端最低气温℃(1970年1月6日)。年平均无霜期为265d,最大积雪深度11cm。
多年平均日照时数为,日照率%。多年平均相对湿度为79%,最热月平均相对湿度为73%,最冷月平均相对湿度为81%。全年平均雾日数,冰雹日数,雷暴日数。多年平均风速为s,全年以N风居多,多年平均年降水量为,降水分布不均,集中在5~10月。年降水日数(日降水量≥)为,日降水量≥的日数为,日降水量≥的日数为,暴雨日(日降水量≥)为2d,实测最大日降水量为(1987年7月20日)。
以赤水市气象站概述流域下游气象特性,据赤水市气象站资料统计:多年平均气温℃,最冷月一月均温℃,最热月七月均温℃,极端最高气温℃,极端最低气温℃(1961年1月16日),最高气温≥30℃的天数平均每年为,最低日气温≤0℃仅有,多年平均相对湿度为82%,最热月月平均相对湿度为79%,最冷月月平均相对湿度为86%。平均无霜期294d,平均年日照时数,日照百分率29%。全年平均雾日数为13d,最大积雪深度。多年平均风速s,冰雹日数,雷暴日数。全年为N风。年平均日数(日降水量≥)为,中雨日数(日降水量≥)为,暴雨日数(日降水量≥50mm)为,大暴雨日数(日降水量≥100mm)为天,无特大暴雨记录,实测最大一日降水量为(1958年6月2日)。 基本资料
2.2.1 基本水文站网
赤水河流域干流上建有赤水河、茅台、赤水三个水文站;支流上有洛甸河、二郎坝、古蔺水文站,桐梓水位站。流域水系及水文站网见图,各水文站基本情况见表。
表 赤水河流域主要水文站基本情况表 河流 站名 站别 集水面积 建站时间 3414 8003 16622 观测项目 水位、流量、泥沙 水位、流量 备注 赤水河 赤水河 水文 赤水河 茅 台 水文 赤水河 赤 水 水文 水位、流量、泥沙
洛甸河 洛甸河 水文 牛渡河 二郎坝 水文 726 3149 水位、流量 水位、流量、泥沙 1971年后改为水位站 官渡河 桐梓 水位 458 水位、流量、降水 古蔺河 古蔺 水文 379 水位、流量 2.2.2 主要水文站测验与资料整编
(1) 赤水河水文站
赤水河水文站建于1955年4月,测验项目包括水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温等。
测验河段顺直长约150m,两岸为卵石夹壤土,右岸约有35m宽的卵石滩地,水位在以上时漫滩,断面上游有一干沟,暴雨时有部分水量汇入。上游河槽从右到河心有废桥墩7个,其中河心一个最高,1981年6月27日被大洪水冲断一半,仍使水流受阻,对测验有影响,基本断面下游90m处有赤水河铁桥,再下游为急滩和连续弯道。
赤水河水文站采用吴淞高程系统,与黄海高程系统的换算关系为:黄海高程=冻结高程。 (2) 茅台水文站
茅台水文站建于1953年4月,观测水位、流量至今。
测验河段较顺直,长约1000m,两岸为岩石、泥土,河床为砾石组成,微有冲淤。基本断面上游约500m为弯道,再上游约7km右岸有盐津河汇入,下游约700m以下河段,当水位在407m以上时河滩漫水,再下游约为银滩弯道。
图 流域水系及水文站网分布图
1989年后右岸修成河堤,相应过流断面狭窄,原水位流量关系有抬高趋势。
茅台水文站采用吴淞高程系统,与黄海高程系统的换算关系为:黄海高程=吴淞高程。
(3) 赤水水文站
赤水水文站1939年12月设立,1941年6月将断面下迁约400m, 1946年3月停测,1948年恢复为水位站,1949年8月停测,1951年又恢复为水位站,将断面上迁510m。1953年改为水文站,断面又上迁130m,观测水位、流量等。
测验河段长约450m,断面为复式断面,河底由岩石、卵石组成,两岸为沙壤耕地,基本稳定,水位在左岸有一30m洼地形成死水,水位为时漫滩宽度约115m,内有高杆作物不能测验。基本断面上游290m处为浅滩,左岸有顺坝,下游约140m处左岸有一小溪汇入,再下游150m处为浅滩,紧接为一弯道,1975年河道进行整治,1979年在基本断面下游约420m处新建大桥一座。
赤水水文站采用高程系统为吴淞高程,该站与黄海高程的换算关系为:黄海高程=吴淞高程
(4) 二郎坝水文站
二郎坝水文站位于桐梓河干流下游习水县的二郎乡,控制流域面积3149km2。测验项目有流量、泥沙、水位、降水、蒸发、水温等,1972年开始悬移质泥沙观测。
该站测验基本断面位于仁(怀)习(水)公路二郎大桥下游约30m,顺直河段长150m,上下游均有弯道,下游250m处有一浅滩,对低水有较好的控制作用。测站上游约600m处有沙坝河小支流在右岸汇入,该河出口处有一小水电站,开关闸时影响基本断面水位1~2m。基本断面下游800m的弯道对高水起控制作用。上游二郎大桥距测流断面30m,由于大桥的影响,在最高水位时产生回水、旋涡,对水位—流量关系与测验工作带来一定影响。测流断面灰岩出露,岸坡较陡,整个断面稳定。
二朗坝水文站采用高程系统为吴淞高程,该站与黄海高程的换算关系为:黄海高程=吴淞高程。
(5) 桐梓水文(位)站
桐梓水文站位于官渡河南溪河汇口下游,控制流域面积458km2,始建于1950年,1971年以前主要观测水位、流量、降雨量等,1971年以后改为水位站。
测站河段顺直,断面呈“V”型。由于下游蟠龙洞排泄能力低,每遇洪水即使葫芦坝成一片汪洋,对桐梓水文站水位顶托严重,致使测验河段冲淤变化大,水位流量关系曲线不甚稳定。1978年蟠龙洞排洪工程竣工后,河道水力条件发生很大变化,特别是中、高水水位流量关系曲线发生根本变化,而测站未进行水位流量关系曲线的前后对比观测分析,致使1978年后无法用水位流量关系线推流。
(6) 古蔺水文站
古蔺水文站位于古蔺县古蔺镇长沙坝村,1958年设立,观测水位、流量。 测验河段顺直长约250m,河床为沙卵石组成,左岸是岩石陡岸,右岸是大乱石夹沙土,其坡度较大,并有低矮灌木丛林。浮标上断面附近为乱石堆,对流向有一定的影响。基本断面下游60m处有一沙卵石组成的浅滩,为本站低水控制,在较大洪水后有一定冲淤变化,随着河床变迁浅滩逐渐消失。枯水季节河段内丛生苔藻,对测验有一定影响。基本断面上游1400m处修有一闸门式拦水坝,在基本断面上游500m处左岸引水发电,对本站有一定影响。 径流 2.3.1 径流系列
赤水河干流上有赤水河、茅台、赤水三个水文站,赤水河站资料为1960~2008年,其中1962年缺测;茅台站资料为1958~2008年,其中1968、1969年缺测;赤水站资料系列最长,为1953~2008年56年,其中1969年缺测。水资源综合规划中对三站径流资料进行了插补延长,统一采用1956~2000年。本次
将系列延长至2008年,统一采用1956~2008年。 2.3.2 径流系列代表性分析
赤水河干流上有赤水河、茅台、赤水三个水文站,三个水文站中 赤水站资料系列最长,为1953~2008年56年,其余两站插补后系列为53年。对三站径流系列进行系列代表性分析。
根据赤水河、茅台站53年及赤水站56年系列年径流资料绘制了年径流均值模比过程图(见图)。图中显示,三站系列长度超过25年后,就已趋于稳定。
图 赤水河、茅台、赤水站年径流累积平均模比曲线
根据赤水站56年系列年径流资料,向前计算不同时段(N=10、20、30、40年)系列的均值及变差系数Cv值,并与1953~2008年长系列均值和变差系数
Cv值比较,检验不同长短系列的代表性,结果见表。
表 代表站年径流长短系列统计参数比较表
短系列对长系列统计参数的相对误差(%) 长系列1953-2008 站名 1999-2008 1989-2008 1979-2008 1969-2008 R 赤水 251 Cv R 238 Cv R 240 Cv R 246 Cv R 248 Cv 由表可见,当系列达20年后,径流系列均值的相对误差已小于5%。根据年径流均值模比过程及年径流长短系列统计参数的分析成果,说明1956~2008年53年的实测资料有较好的代表性。 2.3.3 径流特性
(1) 年径流地区分布
赤水河是典型的山区雨源型河流,径流主要由降水形成,径流的时空变化规律与降水的时空变化规律基本一致,流域径流深等值线的分布与年降水量等值线分布趋势大体一致,流域平均径流深为467mm,从上游至下游呈递增趋势,中上游径流深在300~400mm左右,下游径流深在400~700mm左右。1956~2008年同期资料分析,赤水河站为468mm,茅台站为406mm,赤水站为469mm。
(2) 径流的年内分配及年际变化
赤水河径流年内分配不均,受季风气候的影响,冬春10月~4月气候相对干燥,降水量较少,径流量也小,夏秋季5~9月温暖湿润,降水量较多,相应径流量也较大。年内最枯月份出现在1月或2月份,最丰月份出现在6月或7月。年内丰枯月径流变化在3~12倍左右。据赤水站资料统计,10月~4月径流占全年径流的%,而5~9月径流占全年径流的 %。赤水河干流站的径流年月分配见表。
表 赤水河干流主要依据站多年平均径流量年月分配
流量:m3/s;径流量:亿m3
特征值 流量 径流量 % 测站 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 全年 109 赤水河 100 流量 茅台 径流 107 189 219 176 126 103
量 % 100 流量 107 113 120 174 311 488 503 367 277 225 162 115 247 径流赤水 量 % 100 备注:资料系列为1956~2008年 赤水河流域径流年际变化小。赤水河站年径流CV值为,历年最大年平均流量为s(1968年),最小为 m3/s(1963年),最大最小比值为;茅台站年径流CV值为,历年最大年平均流量为173m3/s(1968年),最小为s(2003年),最大最小比值为;赤水站年径流CV值也为,历年实测最大年平均流量为446m3/s(1954年),最小为158m3/s(1963年),最大最小比值为。 2.3.4 干流站设计径流
利用赤水河干流上赤水河、茅台、赤水三个水文站实测及插补的年径流系列(1956~2008年)分析计算各站的设计径流。理论频率采用P—Ⅲ 型曲线,经验点据频率计算公式采用:Pnm100%,以矩法计算为初始值, n1然后经验适线优选参数。各依据站设计径流成果见表所示,设计径流频率曲线如图~所示。
表 干流主要依据站设计径流成果 径流量:亿m3 水文站 均值 Cv Cs/Cv 频率%
20 赤水河 50 90 95 茅台 2 赤水 2 赤水河干流站径流量均值沿程递增,符合径流地区分布的一般规律;CV值沿程递减,与流域降水地区分布及径流补给的地区组成规律基本一致。
图 赤水河站年径流频率曲线 图 茅台站年径流频率曲线 图 赤水站年径流频率曲线
2.3.5 干流站枯水径流
(1) 年最小流量出现时间分布
根据赤水河干流的赤水河、茅台、赤水站流量资料,统计了各站最小流量出现时间,见表。
表 赤水河干流主要站年最小流量各月出现频次 频次:% 测站 赤水河 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 全年 100 茅 台 100 赤 水 100
由表可见,赤水河站、赤水站除2月份未出现年最小流量外,其余月份均出现过年最小流量,茅台站2月、10月、11月未出现年最小流量,其余月份均有出现。
赤水河站4月份出现年最小流量的频次最多,占%,其次是5月,占%,9月和12月各占%;茅台站5月出现年最小流量的频次最多,占%,3月、4月、12月各占%;赤水站3月出现年最小流量的频次最多,占%,4月、9月各占%。
赤水河干流上赤水河、茅台、赤水三站同时出现最小流量的频次为%;赤水河与茅台站同时出现最小流量的频次为%;茅台与赤水站同时出现最小流量的频次为%;赤水河与赤水站同时出现最小流量的频次为%。
赤水河站累年最枯流量为s,出现在1978年10月23日;茅台站累年最枯流量为s,出现在1979年5月1日;赤水站累年最枯流量为s,出现在1963年4月4日。
以上分析可见,赤水河流域年最小流量不一定出现在枯季,汛期也会出现年最小流量。
(2) 枯季径流分析
赤水河干流上赤水河、茅台、赤水三站多年平均流量别为s、103m3/s、247m3/s,水量年内变化较大。三站多年平均最枯三个月径流均出现在12~2月,其水量占全年的比例分别为%、%、%,由上游向下游逐渐减少。 表 赤水河干流多年平均年径流、枯季径流地区组成表
集水 站名 面积 2占赤水 站面积 年径流 (亿m3) 占赤水站 12~2月 占赤水站 年径流 (%) 径流 12~2月 (km) (%) 赤水河 3141 (亿m3) 径流(%)
赤水河至茅台区间 4862 茅 台 8003 茅台至赤水区间 8619 赤 水 16622 100 100 100 表列出了赤水河干流站多年平均年径流、最枯三个月(12~2月)径流的地区组成。可见,最枯三个月径流赤水河站占赤水站的%,大于面积比及年径流比;茅台站占赤水站的%,小于面积比,大于年径流比。
年径流、最枯三个月径流,茅台至赤水区间所占比重均大于茅台站所占比重。 2.3.6 支流径流
赤水河主要支流有二道河、桐梓河、古蔺河、同民河、大同河、习水河,其中桐梓河上有桐梓、二朗坝水文(位)站,古蔺河上有古蔺水文站。
支流径流计算中还需用到赤水河邻近狮头河流域天堂岩水文站资料。 (1) 支流控制站及邻近流域控制站径流 1) 桐梓站
桐梓水文站1951~1971年有流量测验,该站以流速仪测流为主,多年平均测流测次为98次,且以精测法为多,1972~1978年径流利用水位流量关系来推流。因此桐梓水文站径流系列1951~1978年共28年,该成果作为计算主要依据之一。
由于桐梓水文站仅有28年径流系列,且1978年桐梓水文站下游蟠龙洞排洪工程竣工后,河道水力条件发生很大变化,壅水影响程度减小,中、高水时水位流量关系曲线发生变化,而该测站未进行水位流量关系曲线的前后对比观测分
析,致使1978年后无法用水位流量关系线推流。因此通过桐梓水文站与二郎坝年径流量建立相关关系来推求桐梓水文站1979~2008年径流系列。故1979年后年径流由二郎坝水文站和桐梓水文站二站1963~1978年同期资料建立的相关方程(相关系数为)插补求得。
2) 二朗坝站
二朗坝水文站1963年后有实测流量资料,1962年以前的径流资料依据二郎坝水文站与桐梓水文站同期资料建立的相关方程求得,资料系列为1952~2008年。
3) 古蔺站
古蔺站1960年开始有实测流量资料。资料系列1960~2010年。 4) 天堂岩站
天堂岩水文站于1958年4月由四川省水利电力厅设立,1964年1月改由四川省水文总站管理。1967年5月基本水尺断面下迁约1500m,改名为天堂岩(二)站,1969年1月改为水位站,1970年8月恢复为水文站,于1971年基本水尺断面下迁约70m,改名为天堂岩(三)站。
天堂岩站测验河段顺直部分约150m,右岸因1965年修筑公路,多为填方壤土,左岸均为竹林坡地。河床均是石盘组成,多乱石,河床稳定。下游900m处有一较大支流汇入,上游500m处有小型水电站一座。天堂岩径流资料系列为1959~2008年。
(2) 六大支流径流
二道河无控制水文站,因此二道河径流量的计算方法是利用邻近流域古蔺河上的古蔺水文站径流资料,按二道河流域面积与古蔺站控制面积的倍比,再乘以降雨修正系数(流域面雨量与水文站控制面积面雨量之比),将古蔺水文站的径流系列放大得到二道河支流年月径流系列。年月径流计算成果如表所示。
桐梓河上有二朗坝水文站,径流系列依据流域面积与二朗坝站控制流域面积的
倍比系数,将控制站的径流系列放大得到桐梓河支流年月径流系列。年月径流计算成果如表所示。
古蔺河上有古蔺水文站,径流系列依据流域面积与古蔺站控制流域面积的倍比系数,将控制站的径流系列放大得到古蔺河年月径流系列。年月径流计算成果如表所示。
同民河无控制水文站,经对流域气候、水文特性及流域植被、地势等的分析,决定选用位于狮头河流域的天堂岩水文站的径流资料,按同民河流域面积与天堂岩站控制面积的倍比,考虑降水修正,将控制站的径流系列放大得到同民河年月径流系列。年月径流计算成果如表所示。
大同河无控制水文站,经对流域气候、水文特性及流域植被、地势等的分析,决定选用位于狮头河流域的天堂岩水文站的径流资料,按大同河流域面积与天堂岩站控制面积的倍比,将控制站的径流系列放大得到大同河年月径流系列。年月径流计算成果如表所示。
习水河干流原设有石笋水文站,有1959~1961年实测流量资料,从习水气象站历年过程和邻近地区水文站历年流量过程分析,该时段为枯水期,加之资料系列短,代表性差,故直接引用石笋水文站资料不能满足设计要求。邻近地区有与习水河同处赤水河流域的桐梓河桐梓水文站和二郎坝水文站。桐梓水文站控制流域面积458km2,二郎坝水文站控制流域面积3149km2,故选用流域面积与习水河流域相近的桐梓水文站为参证水文站。根据桐梓水文站的径流资料,按习水河流域面积与桐梓站控制面积的倍比,将控制站的径流系列放大得到习水河年月径流系列。年月径流计算成果如表所示。
表 赤水河主要支流多年平均径流量年月分配 流量:m3/s;径流量:亿m3
特征值 河流 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 全年 二道河 流量
径流量 % 流量 径流量 % 流量 径流量 % 流量 径流量 % 流量 径流量 % 习水河 流量 21 123 105 桐梓河 2 古蔺河 同民河 37 49 大同河
径流量 % 洪水
2.4.1 暴雨洪水特性
(1) 暴雨特性
按日雨量≥50mm为暴雨统计,赤水河流域多年平均暴雨天数为2~4d,流域中、下游暴雨发生次数超过上游。流域的暴雨最早出现在4月,大多于10月结束。6月~8月为暴雨集中的时期,3个月暴雨日数可占全年的75%~85%,其中又以7月暴雨最多。
赤水河流域年最大24h点暴雨的分布特点是中下游大于上游,流域内以牛渡河官店站的(1972年5月)为最大。年最大3d点雨量,也是流域中下游比上游大,最大值也是官店站,为(1972年5月)。
影响赤水河流域暴雨的天气系统,主要是冷锋低槽类和两高切变类,其次为长江横切变类。其它类型(如西槽多脊、台风、印缅低槽类等)出现次数较少。
(2) 洪水特性
赤水河的洪水,均由暴雨形成。而形成本流域的暴雨天气主要是冷锋低槽及两高切变线。该流域位于黔西北和黔西南及川南暴雨中心的中间过渡地带,暴雨的强度不大,赤水实测最大一日暴雨量仅为。本河流是山区型河流,两岸高山峡谷,流域坡降较大,植被较差,每遇暴雨就形成陡涨陡落的洪水,且洪水多呈单峰型,一次洪水过程总历时多在5天左右,洪量主要集中在l~3天内。如赤水站1953年实测最大洪水总历时为6天,1985年最大洪水总历时为7天。
赤水河的洪水多发生在5~10月,5月进入汛期,年最大洪水发生在6~7月份的机会最多,但9月份也可发生大洪水,赤水站1953年的大洪水就发生在9月
6日。根据赤水河水文站1960~2008年(缺1962、1993~2000年)40年、茅台水文站1958~1992年(缺1968、1969、1993~2000年)41年及赤水水文站1953~2008年56年洪峰资料分析,年最大洪峰流量7月出现次数最多,三站分别占%、%、%;6月其次,三站分别占%、%、%;再次是8月,三站分别占%、%、%;赤水河站5月较9月洪峰出现的次数多,茅台站10月还出现过1次年最大洪峰,赤水站5、9月洪峰均占%。三站年最大洪水出现时间机率见表。
表 赤水河干流三个水文站逐月发生年最大洪水机率表
月份 5月 站名 次数赤水河 (次) 机率(%) 次数茅 台 (次) 机率(%) 次数赤 水 (次) 机率(%) 6月 7月 8月 9月 10月 合计 3 12 16 7 2 0 40 100 2 11 15 7 5 1 41 100 5 16 23 7 5 0 56 100 2.4.2 洪水组成及遭遇
根据赤水河干流三站年最大洪水出现时间,对干流的年最大洪水的组成及遭遇特性进行了分析,结果表明全流域都普遍涨水的年份占%,上、下游均发生的大洪水都是全流域涨水,洪水峰高量大。如赤水站调查到的历史特大洪水及实测
的大洪水,1918年、1953年、1954年都是此类型。上中游涨水不大或不涨,只是下游涨水的年份占%,下游洪水因产汇流面积不大,洪水的峰、量不大。还有一种组合情况,就是上游不涨水而中下游涨水,也占%,这种类型的洪水因产汇流面积比前面第二种类型大,故这种洪水的峰量也较大,如赤水站1985年洪水即属此类。
茅台站与赤水站之间最大的支流是桐梓河,该河出口控制站为二朗坝水文站,控制流域面积3149km2,占赤水站控制面积的%,占茅台~赤水区间的%。对于支流与干流年最大洪峰流量的遭遇也进行了分析,二朗坝站与赤水站完全同步即干支流都涨水的机率为50%,但二朗坝站与茅台站同期均涨水的机率仅19%。1985年、1986年洪水即是干流茅台站与支流二朗坝站均涨水的类型。 2.4.3 主要控制站洪水调查及重现期确定
1965年、1966年及1969年,原长江流域规划办公室荆江实验站勘测四队曾多次对赤水河流域进行过洪水调查及计算,1980年4月遵义水文队先后多次对赤水河流域不同河段进行过历史洪水调查。调查成果由贵州省水利厅出版的《贵州省洪水调查资料》正式刊布。
(1) 赤水河水文站
根据“贵州省洪水调查资料”记载,从1680年到1918年的历史资料历时239年,赤水河河段前后共发生洪水11场次,平均大约20年左右就发生一次。
赤水河河段调查到的历史洪水最久远的为1918年洪水,自1918年以来,发生的大洪水年有1918、1920、1922、1924、1946、1953年等,其中1922、1946、1953年进行了推流,成果见表,1918、1920、1924年未推流。 表 赤水河水文站历史洪水调查成果表
年份 1922 1946
水位(m) 流量(m3/s) 可靠程度 注:水位为黄海高程。
3820 较可靠 2690 较可靠 1840 较可靠 1918、1920年赤水河站洪水量级无法考证,赤水河水文站历史洪水考证期从1922年算起,至2008年其考证期为87年,1922年洪水排第一位,其重现期约90年。
(2) 茅台水文站
根据“贵州省洪水调查资料”记载,从1649年到1918年的历史资料历时270年,茅台河段前后共发生洪水16场次,平均大约15年左右就发生一次。
茅台河段调查历史洪水最久远的为1878年洪水,自1878年以来,调查到的大洪水年有1878、1918、1920、1953、1954年等(见表),发生的最大洪水为1918年的6980m3/s,以下依次为1878、1953、1920、1954年。茅台水文站历史洪水考证期从1878年算起,其考证期为131年。从调查期分析,首项历史洪水重现期至少130年。
表 茅台水文站历史洪水调查成果表
年份 水位(m) 流量(m3/s) 可靠程度 1918 1878 1953 1920 1954 6980 较可靠 6840 供参考 6680 可靠 6360 供参考 3250 可靠 注:水位为吴淞高程
(3)赤水水文站
根据“贵州省洪水调查资料”记载,从明朝万历1602年到1918年的早期历史资料历时317年,前后共发生洪水16场次,平均大约20年左右就发生一次,其中比较严重的大洪水和特大洪水,按灾害严重程度记载推测有六次:1604、1606、1901、1906、1917、1918年。从1602年到1918年有317年,如果延伸到2008年,则有407年,已经证实1920、1953、1954、1985年的洪水都比1918年小,从1918年到2008年,调查期为91年,这期间以1918年洪水位居首位,以被调查者年龄分布来看,90多岁的老人都说1918年洪水位最高,因此,1918年洪水重现期应在91年以上。
表 赤水水文站历史洪水调查成果表
年份 1918 1920 水位(m) 流量(m3/s) 可靠程度 注:水位为吴淞高程
10700 较可靠 10300 较可靠 9890 较可靠 综合分析选定首次历史洪水重现期为100年,按顺位计,其后是1920年、1953年。
2.4.4 水文站设计洪水
根据赤水河站1960~2008年(缺1962、1993~2000年)40年实测资料,加上1922、1946、1953年3个历史洪水资料,其中1953年洪峰1840m3/s,比实测系列中2006年洪峰2270m3/s、2008年洪峰2600m3/s小,不作特大值处理;茅台站1958~2008年(缺1968、1969、1993~2000年)41年实测资料,加上1878、1918、1920、1953、1954年5个历史洪水资料,其中1954年洪峰3250m3/s,比
3
3
实测系列中2007洪峰3920m/s、2008年洪峰3410m/s小,不作特大值处理;赤水站1953~2008年56年实测资料,其中赤水站1953年的洪峰流量作实测特大值考虑,加上1918、1920年2个历史洪水资料。各站实测资料加上其历史洪水组成不连续序列,按不连续序列计算经验频率及均值,理论频率曲线采用P-Ⅲ型曲线。
特大洪水系列经验频率公式采用:
PMM M=1,a N1实测系列经验频率公式采用:
PmPMa(1PMa)ml m=l+1,n nl1PM特大洪水第M序号的经验频率;式中:M特大洪水由大到小排列的序号;
N自最远的调查考证年份至今的年数;a为特大洪水个数(含实测中的特大洪水);Pm实测系列第m项的经验频率;m实测系列由大到小排列的序号;n实测系列的年数;l为实测系列中作特大值处理的个数;PMa为特大洪水第末项Ma的经验频率。
统计参数x、Cv、Cs以矩法计算为初始值,然后经验适线优选参数。干流三站年最大洪峰流量频率计算参数见表,频率曲线见图~。 表 干流站洪水参数成果表 站 名 赤水河 项 均值 Cv Cs 目 1% 2% 5% 10% 20% 25% 50% 75% 设计值 Qm 1160 4 3690 3180 2510 2020 1530 1380 929 697
茅 台 赤 水 Qm 2050 4 6330 5470 4350 3520 2700 2440 1670 1250 Qm 3850 4 10800 9450 7690 6350 5020 4590 3260 2480 图 赤水河站年最大洪峰频率曲线 图 茅台河站年最大洪峰频率曲线 图 赤水站年最大洪峰频率曲线
2.4.5 成果合理性分析
赤水河流域上下游洪峰流量的统计参数为:赤水河站、茅台站、赤水站的Cv值分别为、、,CsCv均为4,这是由于该流域上下气候、地形地貌等条件较相似,因而Cv值由上游至下游有所减小,符合水文的地区规律,所以水文站的设计洪水参数是合理的。 泥沙
赤水河干流赤水河、茅台、赤水三站中赤水河站泥沙资料为1967~1990年、2001~2008年32年;茅台站只1965~1967年、1972~1974年6年有泥沙资料;赤水站泥沙资料为1967~1990年(缺1961、1962、1968、1969、1971、1979年)、2001~2008年32年。支流牛渡河二郎坝站泥沙为1975~1990年(缺1983年)、2001~2008年23年。
根据现有资料统计了干流赤水河、赤水站,支流二郎坝的多年平均水沙特征如表。
表 赤水河干流站及二郎坝站水沙特征值 站名 集水 年径 年输 年输 年含 年输沙 资料
面积 (km2) 流量 (亿m3) 沙率 (kg/s) 沙量 (万t) 沙量 模数 年数 (kg/m3) (t/km2?a) 赤水河 赤水 二郎坝 3141 16622 3149 167 606 498 363 286 32 32 23 192 从赤水河上游至下游多年平均输沙量逐渐增大,而多年平均输沙模数递减。说明赤水河上游水土流失较中下游严重。赤水河上游多年平均含沙量逐渐增大,赤水河下游多年平均含沙量逐渐减少。
赤水河悬移质泥沙年内分配极不均,悬移质年内变化与径流变化相似,即呈现大水多沙,小水少沙的变化规律,产沙主要集中在汛期(5~10月),5~10月来沙量占全年的85%~90%。输沙量年际变化也较大,个别站址年最大与最小输沙量的比值达17倍。
据赤水河水文站实测资料统计,多年平均输沙率为s,多年平均输沙量167万t,多年平均含沙量m3,实测年最大输沙量530万t(1983年),实测年最小输沙量万t(2005年),极值比,赤水河站以上流域平均输沙模数498t/km2?a。
赤水站多年平均输沙率为192kg/s,多年平均输沙量606万t,多年平均含沙量m3,实测年最大输沙量2220万t(1972年),实测年最小输沙量132万t(2003年),极值比,赤水以上流域平均输沙模数363t/km2?a。
支流二郎坝水文站多年平均输沙率为s,多年平均输沙量90万t,多年平均含沙量m3,实测年最大输沙量483万t(1977年),实测年最小输沙量万t(2006年),二郎坝以上流域平均输沙模数286t/km2?a。汛期输沙量(4~9月)占全年沙量的98%以上。 水位流量关系
2.6.1 赤水河站水位流量关系
根据历年实测断面资料点绘的水文站基本水尺断面看,断面形状基本无大的变化,说明断面河床稳定,河流冲淤影响不大。由于测流断面冲淤变化较小,洪水涨落影响亦不明显,因此H~Q关系呈比较稳定的单一线。综合水位流量关系见表。
2.6.2 茅台站水位流量关系
根据1989年以前实测断面资料点绘的水文站基本水尺断面看,断面形状基本无大的变化,说明断面河床稳定,河流冲淤影响不大。由于1990年修建了防洪堤,基本断面有所改变,河床缩窄,从历年水位流量关系点据的分布来看,1990年后的点据多分布在点群的上部,说明河床缩窄后相同流量下水位有所抬高。主要影响范围在408~414m之间,抬升水位约左右。为使水位流量关系主要反映现状情况,因此综合定线时,主要照顾到修堤后的点据,高水部分尽量照顾到历史洪水的位置。综合水位流量关系见表。
表 赤水河、茅台、赤水、二朗坝站水位流量关系成果表
赤水河 H 茅台 Q 15 25 80 170 315 480 H 406 407 408 409 410 411 Q 25 140 380 700 1080 1550 H 222 223 224 225 226 227 赤水 Q 50 300 650 1080 1560 2150 H 二朗坝 Q 5 13 25 78 170 290 794 394 795 395
796 670 870 1090 1330 1590 1860 2140 2430 2740 3060 3380 3700 4020 412 413 414 415 416 417 418 419 420 2080 2640 3200 3800 4400 5000 5600 6200 6800 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 2750 3360 4000 4660 5350 6080 6840 7790 8830 9890 10950 396 440 610 815 1050 1370 1690 2010 797 397 798 398 799 399 800 801 802 H:冻结吴淞m;Q:m3/s 2.6.3 赤水站水位流量关系
2000年前赤水站测流断面相当稳定,断面冲淤变化微小;点绘1972、1987、1992年大断面图,几乎完全重合,1953年~1985年水位面积关系曲线趋势一致;洪水涨落不明显,因此H~Q关系呈稳定单一线。
1980年初赤水大桥建成,对其上游420米处的赤水水文站测流断面的中高水位有局部壅高影响,尤其近年在大桥与水文站之间,左右两岸修建的一些河边
建筑物,局部侵占河道,减小了过水面积,致使~235.5m(吴淞)的中高水位比1980年前的H~Q关系曲线略有抬升趋势,同一流量时水位升高0.2m左右,但大桥等建筑物对特高水位的壅高影响相对较小,拟定H~Q关系时均综合考虑了这些因素。
2000后由于修筑了防洪堤,河床缩窄,赤水站测流断面发生冲淤,2000年后的点据多分布在点群的下部,说明河床缩窄后相同水位时,流量有所增加。主要影响范围在234m(吴淞)以下。为使水位流量关系主要反映现状情况,因此综合定线时,堤防标准以下的洪水采用2000年以来的资料定线,超过堤防标准的洪水采用建堤前的H~Q关系,综合水位流量关系见表。 2.6.4 二朗坝站水位流量关系
根据历年实测断面资料点绘的水文站基本水尺断面看,断面形状在2000年前后发生了变化,2000年后断面整体下切;从历年水位流量关系点据的分布来看,2000年后的点据多分布在点群的下部,说明河床下切后相同流量下水位下降。2000年以后的各年断面基本无大的变化,因此二朗坝水位流量关系主要根据2000年后的实测资料定线,高水部分照顾到历史洪水的位置。综合水位流量关系见表。
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