秀水水库拟建坝址河道径流及洪水计算分析_刘星星.pdf

2023 年第 2 期水利技术监督工程实践DOI:10.3969/j.issn.1008-1305.2023.02.065秀水水库拟建坝址河道径流及洪水计算分析刘星星(邵阳市水利水电勘测设计院，湖南 邵阳 422000)摘要:秀水水库建设中，为掌握水库拟定坝址径流量，选取临近流域水文站作为径流计算的参证站，结合参证站多年历史数据，按面积和降雨量比拟至拟定坝址，得出秀水水库坝址多年平均径流量为 3297 万 m3，多年平均流量为 1.05m3/s。文章为掌握水库拟定坝址设计洪水，分别采用推理公式法和经验单位线法两种方法进行计算并进行合理性分析，再将推理公式法计算得出洪峰模数与流域范围之内洛口山水库设计洪峰模数进行比较，验证了成果的合理性，通过具体项目论述，以期为类似工程提供借鉴经验。关键词:秀水水库;径流量;设计洪水;比拟法中图分类号:TV697.4文献标识码:B文章编号:1008-1305(2023)02-0264-04收稿日期:2022-06-06作者简介:刘星星(1988 年)，男，工程师。E-mail:907578821 1工程概况秀水水库位于湖南省邵阳市绥宁县武阳镇秀水村，位于邵阳市西部，属亚热带季风气候。绥宁县县总面积2927km2，辖8 镇9 乡，总人口38.48 万。大坝距绥宁县城 51.8km，距武阳镇 6.8km，距邵阳市 163km，交通较便利。本水利工程由大坝工程、输水工程、交通工程及灌区配套工程等组成，以灌溉为主，兼有供水、防洪功能。工程等级为等，主要建筑物及挡水建筑物为 3 级建筑物，次要建筑物为 4 级建筑物，临时性建筑物为 5 级建筑物。水 库 校 核 洪 水 位 563.45m、设 计 洪 水 位562.75m、正常蓄水位 560.50m，相应库容分别为1330 万、1281 万、1118 万 m3。秀水水库坝址位于资江水系蓼水支流秀水河下游，蓼水发源于发源于绥宁县七坡山，流经绥宁县白里山等 15 个乡镇，于高沙镇双丰村双江口汇入资水，全长 97km，流域面积 1141km2，河道平均坡降 2.32。秀水属蓼水一级支流，于资水上游汇入，发源于绥宁县宝顶，流经绥宁县鱼洞江、双河桥、马家湾、杉木冲、陶家在绥宁县许江口汇入蓼水，流域面积 41.3km2，河流长度 21km，河流落差 389m，河流坡降 18.5。水库坝址控制集雨面积 36.8km2，坝址以上河道长 15.0km，河道坡降 20。流域上游无其他大中型水利工程，仅有一处装机容量为 400KW 电站，电站无任何调蓄功能，上游的水利水电工程对秀水水库的水文特性基本无影响。2径流计算2.1径流特征工程收集到临近威溪水文站 19581994 年 37年的实测径流资料和威溪水库 19952015 年的实测蓄水量、来水量、出库水量资料，利用威溪水库相关历史资料推求的威溪水文站的年径流量成果。威溪(一)站控制集雨面积 110km2，威溪(二)站控制集雨面积 89.8km2，威溪水库控制集雨面积105km2，因收集到水文资料集雨面积相差不大，本次直接将威溪(一)站及威溪水库径流采用面积比相关到威溪(二)站，计算所得的威溪(二)水文站历年径流计算成果见表 1。2.2径流成果合理性分析经分析，威溪水文站年均径流系列具有代表性和合理性，其中代表系列中丰水年 19 年，平水年17 年，枯水年 22 年;本次计算时，收集威溪水文站(含一站和二站)资料时长为 37 年，其成果精度可靠;收集威溪水库入库流量观测资料 21 年，有专门的观测和检验人员，其入库流量观测成果较为可靠，收集的水文资料可靠程度较高;威溪水文(一)站、(二)站与威溪水库均位于赧水一级支流462工程实践水利技术监督2023 年第 2 期玉溪河下游，控制集雨面积相差不大，上游除建有两处径流式电站外，无其他大型的水利工程和取用水户，河道的产汇流条件基本一致，收集的水文资料具有良好的一致性。表 1威溪水文站历年径流量成果表年份径流量/亿 m3年份径流量/亿 m3年份径流量/亿 m3年份径流量/亿 m319580.90519731.28419880.82920030.82219590.84819740.74719890.87120041.10919600.87419751.06319900.86120050.80419611.40619760.95019910.82320061.15719621.19219770.87719920.82620070.75119630.50119780.77919931.04720080.85519640.95919790.88319941.65220091.01519650.84519800.83619950.67320100.98919660.69019811.06919960.96720110.67119671.08819821.06919971.15220121.11019681.26819830.85119980.81820130.95119690.87419840.88319991.21220141.00319701.27119850.77920000.97620151.09919710.73219860.93920011.139均值0.96219720.84519870.97520021.311由于威溪水文(一)站、(二)站与威溪水库集水面积相差不大，流域各水文特性基本一致，因此可以利用威溪水库 19952015 年的径流资料，采用水文比拟法推求威溪水文站同时段径流系列。点绘威溪水文站年径流过程线如图 1 所示，逆时序平均过程线如图2 所示。从逆时序平均过程线图可以看出，当逆时序系列长度大于 30 年时，系列均值趋于稳定，基本在平均径流量0.96 亿 m3上下波动。2.3参证站径流计算通过对威溪水文站水库实测径流资料进行分析图 1威溪水文站年径流过程线图 2威溪水文站年径流逆时序平均过程线计算，采用 P-型曲线进行适线，计算威溪水文站各频率年平均径流设计值，结果见表 2，径流年内分配情况见表 3。2.4坝址径流计算坝址径流计算根据威溪水文站的径流计算成果，采用面积雨量比拟相关到秀水水库坝址，计算公式如下:W坝=W威F坝F威P坝P威式中，W坝、W威秀水水库坝址、威溪水文站径径流量，万 m3;F坝、F威秀水水库坝址、威溪水文站控制流域面积，km2;P坝、P威秀水水库坝址、武阳雨量站年平均降雨量、威溪水文站控制流域面积以上面雨量，mm。表 2威溪水文站年平均径流设计值单位:亿 m3统计参数频率/%，设计值/亿 m3XCvCs/Cv5152550758590950.9620.224.01.3541.1761.0830.9310.8070.7520.7180.674表 3威溪水文站多年平均年径流月分配成果表项目1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月全年流量/(m3/s)1.432.042.824.205.085.163.323.683.072.132.161.493.05径流量/万 m33824937541090136113378909867975705603999620占全年百分数/%4.05.17.811.314.113.99.310.38.35.95.84.21005622023 年第 2 期水利技术监督工程实践秀水水库坝址上游无水文观测设施，利用附近的武阳雨量站资料作为流域上游的面雨量，经统计计算武阳雨量站多年平均降雨量为 1359.7mm，威溪水文站以上及流域周边主要有汪家田、吴家坪、江口等雨量站及威溪水文站，其中吴家坪、江口及威溪站相继在 1995 年停测，汪家田站一直观测至今，有连续的观测资料。经计算，威溪水库以上流域多年平均年降水量为 1625.6mm。计算得出秀水水库坝址径流成果见表 4，坝址年平均径流分配成果见表 5，90%代表年径流分配成果见表 6。2.5坝址径流合理性分析秀水水库位于雪峰山脉南端与八十里大南山西北部的交接地带，多年平均降雨量为 1359.7mm，水库坝址以上为山区，植被覆盖率在 85%以上，植被产流条件好，经计算坝址上游多年平均产水量为 3297 万 m3，多年平均径流深 896mm。其临近流域有 洛 口 山 水 库，该 水 库 控 制 集 雨 面 积 为31.4km2，根据洛口山水库管理所提供的运行资料分析，水库多年平均来水量有 2800 万 m3，其多年平均径流深892mm;水库所在流域下游蓼水干流有红岩水文站(控制集雨面积 694km2)，本次收集到了该水文站 20042017 年径流成果，其平均径流深为854.3mm。经对比分析，秀水水库坝址径流计算结果基本合理。3洪水计算3.1洪水特性秀水洪水均由降雨所造成，洪水特性和暴雨特性一致，每年 3 月起进入梅雨季节，水量明显增大，4 7 月为汛期，8 月后水量渐小，为平枯水期。本流域暴雨成因，大多数为峰面雨，少数为台风雨。天气系统高空为低槽、低涡、切变线或低涡沿切变线活动，地面为静止峰。年最大降雨量多发生在 48 月，尤以 46 月出现次数最多。工程所在流域属山区性河流，洪水暴涨，变辐较大，一次大洪水过程 12 天，由于暴雨时空不同，洪水峰形有时呈单峰形，有时为复峰形，洪水从起涨到峰现通常在一天内，有时仅几小时。3.2秀水水库坝址设计洪水秀水水库位于蓼水流域秀水支流上，缺乏完整的实测降雨、径流资料，故本次水库设计洪水计算采用洪水查算湖南省暴雨洪水查算手册，利用临近的武阳雨量站资料进行暴雨成果复核计算。3.2.1设计暴雨根据秀水水库所处位置，查湖南省暴雨查算手册 得:流域中心最大 24h 点雨量均值 98mm，Cv=0.4，Cs=3.5Cv。根据对水库临近的武阳雨量站实测最大一日暴雨系列进行分析计算，计算成果见表 7。经过计算，采用实测资料的计算成果较手册查算成果在 P=3.3%、P=2%及 P=0.2%三种频率的情况下，分别偏小 1.11%、偏大 0.88%、偏大0.86%。偏大设计暴雨值均偏大在 5%以内，说明手册查算暴雨值较为合理，为安全起见，本次复核设计暴雨采用手册计算的成果。3.2.2设计洪水坝址控制集雨面积 36.8km2，坝址以上河长15.0km，河道坡降 20.0，设计洪水利用湖南省暴雨洪水查算手册，分别采用推理公式法及经验单位线法两种方法计算，计算成果见表 8。表 4秀水水库坝址年平均径流设计值统计参数频率/%XCvCs/Cv5152550758590950.3300.2240.4640.4030.3710.3190.2770.2580.2460.231表 5秀水水库坝址年平均径流月分配表项目1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月全年径流量/万 m31311692593744674593053382731961921373300占全年百分数/%4.05.17.811.314.113.99.310.38.35.95.84.2100表 6秀水水库坝址 P=90%代表年径流月分配表项目1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月全年径流量/万 m3150.2164.6135.2131.0370.3555.535.371.8251.7229.892.6273.12461占全年百分数/%6.16.75.55.315.022.61.42.910.29.33.811.1100662工程实践水利技术监督2023 年第 2 期表 7武阳雨量站最大一日暴雨计算成果表站名统计参数频率/%武阳雨量站均值CvCs/Cv3.320.289.60.384168.3183.7249.124 小时降雨量=最大一日降雨量 1.1185.1202.0274.0表 8秀水水库坝址设计洪水成果表单位:m3/s方法频率(P%)0.10.20.30.5123.35102050推理公式法36033331430027624522521017614397.5经验单位线241226215