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【摘 要】河道中的岩溶形成天然暗河伏流，洞内结构错综复杂，过水能力有限。天然情况下，洪水到来时洞前往往形成壅水，壅水程度与洪水的大小和过程有关。随着河道来水流量的增加洞前壅水位随之上升，形成滞洪和径流调节的天然水库，洪峰过后，上游河道水流量减小，洞前水位逐渐消落。通过分析落水洞的泄流及人工引水工程的泄流能力，如何确定洪水流量与水位的关系，是推求岩溶伏流对上游洪水影响分析的关键。
【关键词】河道；岩溶；伏流；洪水分析
天然河道中存在岩溶暗河伏流，如何按相关规范要求，并合理确定岩溶暗河伏流对上游工程项目区工业场区及井口高程，是河道洪水影响分析需要解决的问题。基本方法是：首先对岩溶暗河伏流以上河段进行历史洪水调查；其次洪水推求不同频率的洪峰流量；再对天然落洞泄流分析；最后分析出水位流量关系，如果天然落洞上游有工程措施引流，则对联合泄流时洪水影响分析，最终推求不同频率下洪峰流量及洞前壅水高程。工程实例分析如下。
1基本情况
1.1流域概况
项目区位于罗平县阿岗镇上泥落村南部，工业场区沿篆长河右岸，工业场区下游8km为岩溶暗河伏流。篆长河位于九龙河的上游段，属珠江流域西江水系，黄泥河三条支流之一。篆长河发源于独木水库上游富源县东山乡鲁租壁村后，自北而南，流经篆长河（地名）、戈维、折为西南～东北向，经妥者、乐作，在大落水洞（地下溶洞）流入地下，伏流约2km，出地表后为冒水洞，伏流水与革宜小河汇合后称九龙河。河流以后大致呈南、南东、东北弧形流经龙甸坝子，在他谷上游2km处与响水河汇合后，流向转东，进入腊庄峡谷。冒水洞电站兴建于1999年，取水坝位于大落水洞上游650米处，经2218米的有压引水隧洞至革宜小河右岸冒水洞附近建厂发电。电站设计水头98米，引水流量为41.4㎡/s ，装机容量为2*1.7万KW，取水坝坝顶高程1805米。
1.2水文站分布情况
岩溶暗河伏流上游设有独木水库站及妥者水文站，下游为他谷水文站。流域内尚设有东风、溜子田水库站及小柏树、阿市里雨量站等站点。邻近分布有湾子水库、罗平、师宗气象站，喜旧溪河上曾设有长底水文站。他谷水文站径流面积1870km2，于1958年8月1日由云南省农业厅水利局设立，为国家水文基本站；妥者水文站径流面积1160km2，于1971年1月1日由昆明勘测设计院设立，为阿岗水库水文专用站，于1988年撤消，2003年又恢复；独木水库于1958年兴建，总库容1.056亿㎡。建库后有水位、出流和降水等观测项目。
2拟建项目设计洪水及暴雨特性
2.1设计洪水标准
根据中华人民共和国国家标准相关设计规范，拟建项目工业场区防洪标准重现期为100年；重要部位的防洪标准提高一等级进行校核，防洪标准重现期按300年进行校核。根据中华人民共和国水利行业标准《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）进行计算。拟建煤矿项目工业场区处控制径流面积1175km2，较其上游妥者水文站大1.29%，因此可直接采用妥者站资料及计算成果计算该项目的洪水。
2.2暴雨洪水特性
篆长河流域属我国东、西部型气候的过渡区，特点是干湿分明，雨季一般从5月的中旬开始，9月下旬结束，汛期6～10月，干季11月至次年的5月。5～10月的降水量占全年雨量的86.5%，6～8月雨量占全年雨量的55.8%。流域多年平均降雨量1235mm，暴雨自南向北增大，暴雨最早发生在4月中旬，最迟结束在10月中旬，主要集中在6～9月，上游小柏树～独木一带为一个暴雨中心，最大一日点暴雨量为139.7mm，其次为他谷。流域暴雨强度不，持续时间一般已一天最多，二、三天较少，三天以上的更少。
3历史洪水调查资料
3.1洪水调查情况
原水利部昆明院及原农业厅水利局在黄泥河流域的多个河段做了大量的、细致的历史洪水调查，妥者～落水洞河段长14km的河段内，共访问了七个村寨的66位老人，供指认洪痕87处，初、复查共得洪水年份有13个年份洪水。调查到洪水痕迹1892年洪痕5处，1924年5处，1936年6处，1948年35处。
3.2历史洪水定量
妥者～落水洞河段，1892年洪水的定量采用高切林法进行洪水还原，分别模拟三种洪水峰型：①按1948年调查的洪水过程模拟，其洪峰流量431㎡/s；②按1974年6月瘦峰型模拟，得洪峰流量463㎡/s；③按1976年7月胖峰型模拟，得洪峰流量392㎡/s。经妥者站实测洪峰流量，经比较后取用洪峰流量为463㎡/s。
4妥者站洪峰流量的推求
历史洪水重现期按调查期计算，约为100年。根据妥者水文站18年（1971～1988年）的实测洪峰流量系列并加入调查的历史洪水组成不连序系列进行频率计算：数学期望公式计算经验频率，皮尔逊Ⅲ型理论线型、矩法初估参数、适线法拟定统计参数。妥者站洪峰频率曲线见图。
5岩溶暗河泄流分析
篆长河大落水洞是岩溶形成的暗河，洞前河底高程为1781.2m，洞内结构极为错综复杂，过水能力有限，天然情况下，洪水到来时洞前往往形成壅水，壅水程度与洪水的大小和过程有关。上游河道来水流量在100㎡/s以内时，洞前不壅水或壅水范围很小，随着河道来水流量的增加洞前壅水位随之上升，形成滞洪和径流调节的天然水库，洪峰过后，上游河道水流量减小，洞前水位逐渐消落。根据洪水调查和实测资料：1976年妥者最大洪峰流量365㎡/s（接近二十年一遇的洪水），洞前水位高达1819.7m，壅水长度达10余公里，蓄水量约为1800万㎡；洪峰流量为233㎡/s（相当于五年一遇的洪水），洞前水位高达1813.5m；洪峰流量为156 ㎡/s（相当于二年一遇的洪水），洞前最高水位为1806.7m。受天然落洞泄流能力的限制，当上游河道发生二年一遇以上的洪水时，洞前形成的壅水水位高于冒水洞电站大坝坝顶高程，大坝形成潜水坝。 项目区内的河道防洪工程设计的主要影响是下游的冒水洞电站引用流量和大落水洞天然过水能力，因此对该落水洞的天然过水能力进行分析是至关重要的。为此依据落水洞及下游革宜站、小阿尼站1971～1976年的实测资料，以水量平衡及水库蓄泄原理推求落水洞的泄流曲线图。
计算方法为：F（H）=I=β（Q小-Q革）其中：F（H）～落水洞瞬时出流；β=F大落/（F小-F革）；Q小～小阿尼流量；Q革～革宜站流量；F大落～大落水洞集水面积；F小～小阿尼水洞集水面积；F革～革宜站水洞集水面积
6冒水洞电站坝址处水位流量关系
冒水洞电站坝址位于落水洞前660m，落水洞情况比较复杂，泄洪能力有限，汛期由于宣泄不及而经常发生雍水现象。坝址与妥者站的控制面积只相差2.59%，因此可直接引用妥者流量与落水洞水位建立坝址处水位流量关系曲线。
根据落水洞有1971年至1976年实测水位资料，及1988年定时水位观测资料，以落水洞、妥者站同期资料计算。
从汛期洪水水文要素摘录落水洞、妥者相应水位、流量数据，点绘关系曲线，以历史洪水点作为依据，制作妥者流量、妥者水位、落水洞水位的合轴相关图。即冒水洞电站坝址水位流量关系曲线。
7冒水洞电站引水建筑物
冒水洞电站为引水式电站，从篆长河引水，至九龙河发电，引水线路穿过山体，为有压隧洞引水。校核洪水位高出正常高水位28.5m，正常高水位至死水位的工作深度为5m，进水口布置在死水位以下。
引水建筑物包括进水口、引水隧洞、溢流式调压井、调压井泄水道。进水口布置在坝上游左岸，中心线距坝轴线最短距离35m，压力墙式，坝顶高程1805m，高出正常水位1.0m；底板高程1794m，孔口尺寸3.5×3.5m。引水隧洞为圆形有压隧洞，内径为3.8m，长2218m，坡降i=0.01。溢流式调压井直径6.0m，调压井顶高程1808.5m，调压井溢流顶板高程1805m，底板高程1772.6m。
调压井的溢流顶与上游正常水位1805m为同一高程，当电站丢负荷时，水流经调压井溢流口流入泄水陡槽泻入厂房上游的革宜小河。溢流式调压井泄水道全部丢弃负荷的弃水量为41.4㎡/s。
根据下面公式，当冒水洞电站丢弃全部负荷时，计算出不同水位时引水隧洞过流量，隧洞最大过流量为76.8 ㎡/s。Q=μω [2g（T0-hp）]1/2；μ—流量系数；ω—隧洞出口断面面积；
T0—上游水面与隧洞出口底板高程差及上游行进流速水头之和，一般可认为T0=T；hp—隧洞出口断面水流的平均单位势能，hp=0.5a+p/r；a—洞出口断面洞高
8冒水洞电站坝址与引水隧洞联合泄流的水位、流量关系曲线
项目区的防洪设计取决于岩溶暗河泄流和引水隧洞泄流量，如果洪水流量超过该电站的大坝和引水隧洞泄流量时，将导致上游形成一个天然滞洪水库。
因此把电站大坝和引水隧洞的泄流量进行叠加就可以得到两者联合泄洪成果。见冒水洞电站大坝和引水隧洞联合泄流水位～流量关糸曲线图。
9结语
通过上述实例分析，可以为喀斯特地貌区常见的天然河道岩溶伏流对上游洪水影响分析提供基本方法，其中历史洪水调查分析及岩溶伏流上下游水位观测工作对洪水影响分析尤为关键。
参考资料：
1、《阿岗水库项目建议书》
2、《云南省师宗县冒水洞电站初步设计报告》
3、《罗平县龙驰煤矿场区河道防洪工程初步设计报告》
【关键词】河道；岩溶；伏流；洪水分析
天然河道中存在岩溶暗河伏流，如何按相关规范要求，并合理确定岩溶暗河伏流对上游工程项目区工业场区及井口高程，是河道洪水影响分析需要解决的问题。基本方法是：首先对岩溶暗河伏流以上河段进行历史洪水调查；其次洪水推求不同频率的洪峰流量；再对天然落洞泄流分析；最后分析出水位流量关系，如果天然落洞上游有工程措施引流，则对联合泄流时洪水影响分析，最终推求不同频率下洪峰流量及洞前壅水高程。工程实例分析如下。
1基本情况
1.1流域概况
项目区位于罗平县阿岗镇上泥落村南部，工业场区沿篆长河右岸，工业场区下游8km为岩溶暗河伏流。篆长河位于九龙河的上游段，属珠江流域西江水系，黄泥河三条支流之一。篆长河发源于独木水库上游富源县东山乡鲁租壁村后，自北而南，流经篆长河（地名）、戈维、折为西南～东北向，经妥者、乐作，在大落水洞（地下溶洞）流入地下，伏流约2km，出地表后为冒水洞，伏流水与革宜小河汇合后称九龙河。河流以后大致呈南、南东、东北弧形流经龙甸坝子，在他谷上游2km处与响水河汇合后，流向转东，进入腊庄峡谷。冒水洞电站兴建于1999年，取水坝位于大落水洞上游650米处，经2218米的有压引水隧洞至革宜小河右岸冒水洞附近建厂发电。电站设计水头98米，引水流量为41.4㎡/s ，装机容量为2*1.7万KW，取水坝坝顶高程1805米。
1.2水文站分布情况
岩溶暗河伏流上游设有独木水库站及妥者水文站，下游为他谷水文站。流域内尚设有东风、溜子田水库站及小柏树、阿市里雨量站等站点。邻近分布有湾子水库、罗平、师宗气象站，喜旧溪河上曾设有长底水文站。他谷水文站径流面积1870km2，于1958年8月1日由云南省农业厅水利局设立，为国家水文基本站；妥者水文站径流面积1160km2，于1971年1月1日由昆明勘测设计院设立，为阿岗水库水文专用站，于1988年撤消，2003年又恢复；独木水库于1958年兴建，总库容1.056亿㎡。建库后有水位、出流和降水等观测项目。
2拟建项目设计洪水及暴雨特性
2.1设计洪水标准
根据中华人民共和国国家标准相关设计规范，拟建项目工业场区防洪标准重现期为100年；重要部位的防洪标准提高一等级进行校核，防洪标准重现期按300年进行校核。根据中华人民共和国水利行业标准《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）进行计算。拟建煤矿项目工业场区处控制径流面积1175km2，较其上游妥者水文站大1.29%，因此可直接采用妥者站资料及计算成果计算该项目的洪水。
2.2暴雨洪水特性
篆长河流域属我国东、西部型气候的过渡区，特点是干湿分明，雨季一般从5月的中旬开始，9月下旬结束，汛期6～10月，干季11月至次年的5月。5～10月的降水量占全年雨量的86.5%，6～8月雨量占全年雨量的55.8%。流域多年平均降雨量1235mm，暴雨自南向北增大，暴雨最早发生在4月中旬，最迟结束在10月中旬，主要集中在6～9月，上游小柏树～独木一带为一个暴雨中心，最大一日点暴雨量为139.7mm，其次为他谷。流域暴雨强度不，持续时间一般已一天最多，二、三天较少，三天以上的更少。
3历史洪水调查资料
3.1洪水调查情况
原水利部昆明院及原农业厅水利局在黄泥河流域的多个河段做了大量的、细致的历史洪水调查，妥者～落水洞河段长14km的河段内，共访问了七个村寨的66位老人，供指认洪痕87处，初、复查共得洪水年份有13个年份洪水。调查到洪水痕迹1892年洪痕5处，1924年5处，1936年6处，1948年35处。
3.2历史洪水定量
妥者～落水洞河段，1892年洪水的定量采用高切林法进行洪水还原，分别模拟三种洪水峰型：①按1948年调查的洪水过程模拟，其洪峰流量431㎡/s；②按1974年6月瘦峰型模拟，得洪峰流量463㎡/s；③按1976年7月胖峰型模拟，得洪峰流量392㎡/s。经妥者站实测洪峰流量，经比较后取用洪峰流量为463㎡/s。
4妥者站洪峰流量的推求
历史洪水重现期按调查期计算，约为100年。根据妥者水文站18年（1971～1988年）的实测洪峰流量系列并加入调查的历史洪水组成不连序系列进行频率计算：数学期望公式计算经验频率，皮尔逊Ⅲ型理论线型、矩法初估参数、适线法拟定统计参数。妥者站洪峰频率曲线见图。
5岩溶暗河泄流分析
篆长河大落水洞是岩溶形成的暗河，洞前河底高程为1781.2m，洞内结构极为错综复杂，过水能力有限，天然情况下，洪水到来时洞前往往形成壅水，壅水程度与洪水的大小和过程有关。上游河道来水流量在100㎡/s以内时，洞前不壅水或壅水范围很小，随着河道来水流量的增加洞前壅水位随之上升，形成滞洪和径流调节的天然水库，洪峰过后，上游河道水流量减小，洞前水位逐渐消落。根据洪水调查和实测资料：1976年妥者最大洪峰流量365㎡/s（接近二十年一遇的洪水），洞前水位高达1819.7m，壅水长度达10余公里，蓄水量约为1800万㎡；洪峰流量为233㎡/s（相当于五年一遇的洪水），洞前水位高达1813.5m；洪峰流量为156 ㎡/s（相当于二年一遇的洪水），洞前最高水位为1806.7m。受天然落洞泄流能力的限制，当上游河道发生二年一遇以上的洪水时，洞前形成的壅水水位高于冒水洞电站大坝坝顶高程，大坝形成潜水坝。 项目区内的河道防洪工程设计的主要影响是下游的冒水洞电站引用流量和大落水洞天然过水能力，因此对该落水洞的天然过水能力进行分析是至关重要的。为此依据落水洞及下游革宜站、小阿尼站1971～1976年的实测资料，以水量平衡及水库蓄泄原理推求落水洞的泄流曲线图。
计算方法为：F（H）=I=β（Q小-Q革）其中：F（H）～落水洞瞬时出流；β=F大落/（F小-F革）；Q小～小阿尼流量；Q革～革宜站流量；F大落～大落水洞集水面积；F小～小阿尼水洞集水面积；F革～革宜站水洞集水面积
6冒水洞电站坝址处水位流量关系
冒水洞电站坝址位于落水洞前660m，落水洞情况比较复杂，泄洪能力有限，汛期由于宣泄不及而经常发生雍水现象。坝址与妥者站的控制面积只相差2.59%，因此可直接引用妥者流量与落水洞水位建立坝址处水位流量关系曲线。
根据落水洞有1971年至1976年实测水位资料，及1988年定时水位观测资料，以落水洞、妥者站同期资料计算。
从汛期洪水水文要素摘录落水洞、妥者相应水位、流量数据，点绘关系曲线，以历史洪水点作为依据，制作妥者流量、妥者水位、落水洞水位的合轴相关图。即冒水洞电站坝址水位流量关系曲线。
7冒水洞电站引水建筑物
冒水洞电站为引水式电站，从篆长河引水，至九龙河发电，引水线路穿过山体，为有压隧洞引水。校核洪水位高出正常高水位28.5m，正常高水位至死水位的工作深度为5m，进水口布置在死水位以下。
引水建筑物包括进水口、引水隧洞、溢流式调压井、调压井泄水道。进水口布置在坝上游左岸，中心线距坝轴线最短距离35m，压力墙式，坝顶高程1805m，高出正常水位1.0m；底板高程1794m，孔口尺寸3.5×3.5m。引水隧洞为圆形有压隧洞，内径为3.8m，长2218m，坡降i=0.01。溢流式调压井直径6.0m，调压井顶高程1808.5m，调压井溢流顶板高程1805m，底板高程1772.6m。
调压井的溢流顶与上游正常水位1805m为同一高程，当电站丢负荷时，水流经调压井溢流口流入泄水陡槽泻入厂房上游的革宜小河。溢流式调压井泄水道全部丢弃负荷的弃水量为41.4㎡/s。
根据下面公式，当冒水洞电站丢弃全部负荷时，计算出不同水位时引水隧洞过流量，隧洞最大过流量为76.8 ㎡/s。Q=μω [2g（T0-hp）]1/2；μ—流量系数；ω—隧洞出口断面面积；
T0—上游水面与隧洞出口底板高程差及上游行进流速水头之和，一般可认为T0=T；hp—隧洞出口断面水流的平均单位势能，hp=0.5a+p/r；a—洞出口断面洞高
8冒水洞电站坝址与引水隧洞联合泄流的水位、流量关系曲线
项目区的防洪设计取决于岩溶暗河泄流和引水隧洞泄流量，如果洪水流量超过该电站的大坝和引水隧洞泄流量时，将导致上游形成一个天然滞洪水库。
因此把电站大坝和引水隧洞的泄流量进行叠加就可以得到两者联合泄洪成果。见冒水洞电站大坝和引水隧洞联合泄流水位～流量关糸曲线图。
9结语
通过上述实例分析，可以为喀斯特地貌区常见的天然河道岩溶伏流对上游洪水影响分析提供基本方法，其中历史洪水调查分析及岩溶伏流上下游水位观测工作对洪水影响分析尤为关键。
参考资料：
1、《阿岗水库项目建议书》
2、《云南省师宗县冒水洞电站初步设计报告》
3、《罗平县龙驰煤矿场区河道防洪工程初步设计报告》