（水利工程专业论文）福建南一水库提高汛限水位研究.pdf

摘要 摘要 福建南一水库是阻防洪为主的大型水库，该水库位于九龙江西溪上游船场 溪支流，水库原设计汛限水位2 9 1 6 0 m ，正常蓄水位3 0 3 5 m ；水库总库容1 5 8 亿m 3 ，设计防洪库容o 7 0 1 亿m 3 。该水库原设计的防洪对象为南靖县城区和 漳州市区，水库于1 9 9 2 年1 1 月开始建成蓄水。该水库汛后蓄不到正常高水位， 水库的兴利效益无法充分发挥。随着受益地区漳州市经济、社会的发展，迫切 要求在不增加洪水风险的前提下，尽可能提高汛限水位，更有效利用洪水资源， 实现从单一的控制洪水向管理洪水转变，以充分发挥该水库的发电和供水等综 合利用效益，使之更好地为当地的经济建设和社会发展服务。 本论文结合该水库本身、下游防洪保护区南靖城关和漳州市区南、北两岸 等不同防洪对象不同防洪标准、不同河道安全泄量、不同洪水组合的实际情况， 通过研究流域的洪水特性，重新确定下游区间的设计洪水及其组合；在确保南 一水库自身安全和满足下游各防护区不同防洪标准要求的前提下，重新研究确 定防洪库容和汛限水位确定，并提出防洪调度方案，充分发挥该水库的发电和 供水等综合利用效益。 通过研究表明，该水库汛限水位由原来2 9 1 6 m 提高到2 9 6 5 m ，多利用兴 利库容2 3 1 0 万m ，相当于新建一座中型水库。年均增加可供水量2 2 6 0 万m ； 年均增加发电量1 8 3 4 万k w h ，年平均增加发电效益6 4 0 万元。增加的可供水 量有助于缓解水资源供需矛盾，具有显著的社会效益。提高汛限水位，对缓解 工程所在地区的水资源和电力供应起到重要作用，其经济效益、社会效益和环 境显著。 关键词：南一水库，汛限水位，设计洪水，调洪计算，洪水还原计算，洪 水地区组成 a b s t r a c t n a n y ir e s e r v o i r , w h i c hi sp r i m a r i l yu s e df o rf l o o dc o n t r o l ，i sal a r g e s c a l e r e s e r v o i ri nf u j i a np r o v i n c e i ti sl o c a t e da tab r a n c ho fc h u a n c h a n gr u n l e ti nt h e n u p r i v e rx i x i ，j i u l o n g j i a n gr i v e r t h ed e s i g n e df l o o dl i m i tw a t e rl e v e l i s2 9 1 6 0 m e t e ra n dn o r m a lw a t e rl e v e li s3 0 3 5m e t e r t h et o t a ls t o r a g ec a p a c i t yi s 1 5 8 ，0 0 0 ，0 0 0s t e r ea n dd e s i g n e df l o o d - c o n t r o ls t o r a g ei s7 0 ，1 0 0 ，0 0 0s t e r e t h e r e s e r v o i rh a sb e e nc o m p l e t e db yn o v e m b e r , 19 9 2a n dh a sb e e ni nu s es i n c et h e n i t so r i g i n a ld e s i g n e df l o o dc o n t r o lo b j e c t sa r en a n j i n gc o u n t ya n dz h a n g z h o u u r b a na r e a a t i e rt h ef l o o ds e a s o n ，t h i sr e s e r v o i rc o u l dn o tr e s e r v es om u c hw a t e r t ot h en o r m a lw a t e rl e v e l ，w h i c hr e d u c e dt h ee c o n o m i cb e n e f i to ft h er e s e r v o i r d u r i n gt h ef l o o dp e r i o d a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fz h a n g z h o u se c o n o m ya n d s o c i e t y , t h ef l o o dl i m i tw a t e rl e v e ls h o u l db ei m p r o v e da sh i g ha sp o s s i b l ew h i l e t h ef l o o dr i s ki sn o ti n c r e a s e d 。w h i c hm a k e st h ef l o o dr e s o u r c e sm o r ee f f e c t i v e l y u s e d t r a n s f o r m i n gf l o o dc o n t r o lt o f l o o dm a n a g e m e n tt o f u l l yd i s p l a yt h e r e s e r v o i r sc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nb e n e f i t ，s u c ha sp o w e rg e n e r a t i o na n dw a t e r s u p p l ya n ds oo n ，m a k e si td e v e l o pt h el o c a le c o n o m i ca n ds e r v et h es o c i e t yb e t t e r c o n s i d e r i n gr e s e r v o i ri t s e l fa n df l o o dc o n t r o lp r o t e c t i o na r e ao fn a n j i n g a n db o t hn o r t ha n ds o u t hb a n k si nz h a n g z h o uu r b a n ，t h ea r t i c l er e d e t e r m i n e s d e s i g n e df l o o da n di t sc o m b i n a t i o ni nt h ed o w n r i v c rs e c t o r , a c c o r d i n gt od i f f e r e n t f l o o dc o n t r o lo b j e c t s ，d i f f e r e n tf l o o ds t a n d a r d s ，d i f f e r e n ts a f ef l o o dd i s c h a r g e s ， c o m b i n a t i o no fd i f f e r e n tf l o o d sa n dt h es t u d yo nw a t e r s h e df l o o dc h a r a c t e r i s t i c s t oa s s u r et h ef l o o dc o n t r o ls a f e t yo fn a n y ir e s e r v o i ra n dm e e tt h en e e d o f d i f f e r e n tf l o o dp r e v e n t i o ns t a n d a r d sf o rd o w n r i v e rv a r i o u sz o n e s ，i tr e d e t e r m i n e s t h ef l o o d c o n t r o l s t o r a g e a n df l o o dl i m i tw a t e rl e v e la n dp r o p o s e st h ef l o o d c o n t r o la n dd i s p a t c h i n gs c h e m e ，w h i c he f f i c i e n t l yi m p r o v e st h ec o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o nb e n e f i t so f p o w e rg e n e r a t i o na n d w a t e rs u p p l y t h i ss u b je c tr e s e a r c hc l o s e l yi n t e g r a t e sp r a c t i c ew i t hi t sa c h i e v e m e n t a n d l l i tc s nb eu s e di np r a c t i c ed i r e c t l y , w h i c hg a i n sr e m a r k a b l eb e n e f i t t h r o u g ht h e r e s e a r c h ，f l o o dl i m i tw a t e rl e v e lo ft h er e s e r v o i ri si m p r o v e df r o m2 9 1 6m e t e rt o 2 9 6 5m e t e r , u s i n ga d d i t i o n a l2 3 1 ，0 0 0 ，0 0 0s t e r es t o r a g ec a p a c i t yw h i c he q u a l st oa n e w l yb u i l tm e d i u mr e s e r v o i r i ti n c r e a s e s2 2 ，6 0 0 ，0 0 0s t e r ew a t e rs u p p l y , 18 ，3 4 0 ，0 0 0k w 。hp o w e rg e n e r a t i o na n d6 , 4 0 0 ，0 0 0y u a nb e n e f i to fp o w e r g e n e r a t i o no na n n u a la v e r a g e a d d e dw a t e rs u p p l yi sh e l p f u lt oa l l e v i a t i n gt h e w a t e rs u p p l ya n dd e m a n dc o n t r a d i c t o r y i th a sr e m a r k a b l es o c i a lb e n e f i t i t s p l a y i n ga l li m p o r t a n tr o l ei nm e e t i n gt h en e e do fw a t e rr e s o u r c e sa n dp o w e rs u p p l y i nt h ea r e aw h e r et h ep r o j e c tb e l o n g st o i t se c o n o m i c ，s o c i a la n de n v i r o n m e n t h o n e 蠡ta r er e m a r k 矗秘e 。 k e y w o r d s ：n a n y ir e s e r v o i r ；f l o o dl i m i tw a t e rl e v e l ；d e s i g n e df l o o d ；f l o o dr o u t i n g c a l c u l a t i o n ；f l o o dr e c l u c i n gc a l c u l a t i o n ；f l o o db a s i nc o m p o s i o n i i i 前言 刖蟊 水资源是种宝贵的自然资源，是经济社会可持续发展最重要的物质基础。随着 社会的快速发展，水、电等资源的需求量急剧增加，近年来，水资源和电力( 能源) 供应紧缺的问题十分突出。 福建南一水库是以防洪为主的大型水库，位于福建省东南部，水库原设计汛限水 位2 9 1 6 0 m ，正常蓄水位3 0 3 5 m ，总库容1 5 8 亿m 3 ，其中防洪库容o 7 0 1 亿n 1 3 ，该 水库设计的防洪对象为南靖县城区和漳州市区。水库原设计汛限水位比正常蓄水位低 1 1 9 m ，工程建成运行以来，汛后均蓄不到设计的正常蓄水位，使该水库的供水和发 电等综合利用效益得不到充分发挥。工程受益区一漳州市地处闽南“金三角”区域， 人口稠密、经济繁荣，是海峡西岸经济区的重要组成部分，也是福建省重要的区域性 经济中心，目前正处于快速发展的过程中，而水资源和电力短缺已成为当地经济社会 可持续发展的主要制约因素。迫切需要在满足各种防洪要求、不增加洪水风险的前提 下，充分发挥该水库的供水和发电等综合利用效益，使之更好地为当地的经济建设和 社会发展服务。为了挖掘该水库的兴利潜力，缓解水资源和电力的供需矛盾，有必要 对该水库的汛限水位重新进行科学的研究论证，尽可能提高其汛限水位，以充分发挥 水库的防洪和综合利用效益。 本文通过深入分析流域的水文特性，把水文资料整编、洪水预报技术和水文分析 计算相结合，对洪水资料系列进行还原计算，分析计算区间的洪水资料，进而采用直 接法求得其设计洪水成果，并重新确定防护区设计洪水的地区组成：通过分析南一水 库本身、下游防洪保护区南靖城关和漳州市区南、北两岸等不同防洪对象不同防洪标 准、不同河道安全泄量、不同洪水组合的具体情况，紧密结合生产实际运用，在汛限 水位研究中，考虑实际防洪调度中存在的不确定性等问题，结合水库实际防洪调度需 要，提出新的防洪调度方案和新的汛限水位成果。通过研究，该水库的汛限水位由原 来2 9 1 6 m 提高到2 9 6 5 m ，多利用兴利库容2 3 1 0 万m 3 ，具有显著的社会效益和经济 效益，本论文研究成果可供生产上参考应用。 学位论文独创性声明； 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不 实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：2 0 0 6 年5 月2 日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所( 含万方数据库) 、国家图书馆、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印 件或电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许 论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大 学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：2 0 0 6 年5 月2 日 第一章鳍论 1 1 论文选题背景 第一章缭论 南一水库是榻建省以防洪为主的大鼙承岸，该水席位子闽南九龙江西溪支 流船螨溪上游( 见图i - i ) ，坝珧以上流域灏积5 2 2 k m 2 ，总库容i 5 8 亿m 3 ，其 孛茨滚瘁骞0 ，7 0 1 纭趣3 ，该瘩撵疆耱洪舞囊，蓑骞发耄镣综含羁瓣效益。拳疼 原设计汛限水位2 9 1 6 0 m ，栩殿库容o 7 5 7 亿m 3 ，防滋高水位3 0 5 o m ，相应 库容1 4 5 8 亿m 3 ；汛后正常蓄水位3 0 3 5 0 m 。防洪保护生要对象悬漳州市区和 蠢溥豢皱。承露鑫1 9 9 2 年 l 瑟瑟始蓄寒，1 9 9 4 年至1 9 9 5 年5 弱麓续建藏洪 水预撤调度系统。2 0 0 1 年水麟火坝经过祸建省水利厅嶷全鉴定为一类坝。 礴一水库原 筻计汛艰水饿比正常蓄水饺低1 1 9 m ，水库运行l o 多年以来， 添磊瓣警不蓟黉诗瓣正常蓄承像，工程霖浚诗对防浃秘麓豹研究秘掰确定的耱 洪汛限水位已不符合当前实际情况，使该水库的发电和供水等综合利用效益得 不到充分发挥。2 0 0 2 年下半零起，籀南逸送大孚，醚之嚣来，2 0 0 3 2 0 0 4 年 福建龛省性大旱，强遗的水资源和电力供瘢紧缺的闯磁十分突出。髓着水库受 益地隧漳州市经济、社会的发展，在不增加洪水风险的情况下，迫切需要充分 发簿该零痒瓣发魄、供求等练会疑臻效盏。 遵照除害兴利结合、防洪抗旱并举的精神及从洪水控制到洪水管理的治水 新思路，作为闽东南缺水地联，应把洪水溺成一种资源，在承担邋当：可控制 熬鼹i 羧猿嚣下，爆鬻戆裁鼹洪零炎添。薮藏，中努鸯熟篓缝会鬻一求瘁本麦、 下游黼洪保护区南靖城关和漳州市区南北两岸等不同防洪对象不同防洪标准 的实鼯情况，在确保南一水摩翻身安全鄹满足下游各糖护区不同防浃标准要求 静蘸掩下，碜 究纛耨旃定其貉浃痒容，撬菇嘏隈永位，l ：圭充分发簿该瘩库翡获 电和供水等综合利用效益。 河海大学工程硕士论文：福建南一水库提高汛限水位研究 1 2 国内外水库汛限水位研究进展 汛限水位是防洪水库和综合利用水库的重要特征参数，汛限水位是协调 防洪与兴利之间的矛盾而确定的合理的汛期防洪起调水位。在工程设计阶段， 汛限水位主要由流域的水文特性和具体水库所承担的防洪任务决定国外在流 域规划及防洪规划有过这方面研究的报道。我国在水利工程水利计算规范 ( s l l 0 4 - 9 5 ) 和水电工程水利计算规范( d l t 5 1 0 5 - 1 9 9 9 ) ) 对水库汛限水位 设计做了原则性的要求和规定“”曹升乐等对水库汛限水位设计的理论与方 法进行过系统的研究，于2 0 0 4 年出版了水库汛限水位计算理论与方法“m 水库的汛限水位还与其防洪调度方案息息相关，已建水库的防洪调度，水利部 在综合利用水库调度通则对水库的防洪调度提出指导性意见n ”；水利部长 江水利委员会与河海大学在综合利用水库调度就防洪调度问题也有专门的 论述“。 针对我国水资源紧缺、而众多已建的防洪水库和综合利用水库实际运行中 存在着兴利效益无法充分发挥的问题，2 0 0 3 年，国家防汛抗旱总指挥部办公 室在该部门组织召开的全国性会议上，提出“洪水资源化”的概念，在承担适 当的、可控制风险的前提下，尽可能利用洪水资源，并提出从实现过去“洪水 控制”到“洪水管理”的治水新思路。 由于各流域的洪水特性千差万别，各水库所承担的防洪任务也不一样，已 建水库的汛限水位重新论证确定只能根据各水库的具体情况来开展研究，国内 己建水库汛限水位重新研究确定工作目前尚处于起步阶段。 ， 1 3 论文研究的主要内容 水库的防洪和兴利效益是一对矛盾，如何合理地确定防洪库容( 通过汛限 水位实现) ，协调防洪和兴利的矛盾，同时，制定科学的水库调度方案，使工 程发挥最大效益，是本论文要研究解决的问题。 本论文的研究思路是：分析南一水库原设计存在的问题，通过深入分析流 域的水文特性，把水文资料整编、洪水预报技术和水文分析计算相结台，对洪 2 第一章绪论 水资料系列进行还原计算，分析计算区间的洪水资料，进而采用直接法求得其 设计洪水成果并重新确定防护区设计洪水的地区组成；通过分析南一水库本 身、下游防洪保护区南靖城关和漳州市区南、北两岸等不同防洪对象不同防洪 标准、不同河道安全泄量、不同洪水组合的具体情况，结合水库实际防洪调度 需要，提出新的防洪调度方案和新的汛限水位成果。 本论文结合南一水库工程特性和生产实际，对南一水库的汛限水位及其运 行调度进行较为系统深入的分析研究。主要内容如下： 1 论文第二章概括介绍南一水库及其防洪保护对象原设计洪水的计算方 法和防洪调度的方法，分析原设计中存在的问题；并对南一水库防洪保护对象 的现状及水库实际运行情况进行分析。 2 论文第三章对设计洪水进行复核并确定水库防洪控制下泄流量。主要 研究解决的问题有：( 1 ) 流域洪水特性分析研究。( 2 ) 洪水资料还原计算。应 用非线性马斯京根法流量非线性连续演进，对船场站和郑店站的历年来各场洪 水资料进行还原计算( 3 ) 下游区间洪水资料系列分析计算：在郑店站的历年 最大洪水过程中分割出船场郑店区间的洪水过程，并求得区间的洪水特征值 资料系列。( 4 ) 各相关断面的设计洪水复核( 5 ) 设计洪水地区组成分析。( 6 ) 南一水库防洪控制下泄流量分析确定。 3 论文第四章研究汛限水位及防洪调度方案，主要包括：( 1 ) 分析该水 库防洪调度的边界约束条件，确定水库防洪调度的原则。( 2 ) 研究制定防洪调 度规则。( 3 ) 通过洪水调节计算确定汛限水位。( 4 ) 分析汛限水位的合理性。 4 论文第五章进行总结和展望，指出进一步研究的方向。 3 河海大学工程硬士论文；福建南一水库提高汛限水位研究 2 1 防洪对象 第二章水库运行及下游防洪概况 南一水库防洪对象为下游南靖县城区和漳州市区( 北岸) ，两处的集水面 积分别为1 0 4 0 k m 2 和3 4 1 9k m 2 ，原设计河道安全泄量分别为2 0 0 0 m 3 s 和 5 1 0 0 m 3 i s ，水库建成后，使南靖县城区的防洪标准由1 0 年一遇提高到3 6 年一 遇，漳州市区( 北岸) 的防洪标准由1 8 年一遇提高到2 6 年一遇“”。 2 2 原设计汛限水位的计算依据和方法 2 2 1 原初设设计洪水 南一水库1 9 8 6 年完成补充初步设计，坝址和区间洪水分别以船场和郑店 为参证站，按面积比地区综合指数推算的船场和郑店洪水频率计算采用的水 文资料系列，船场为1 9 5 2 1 9 8 4 年，共3 3 年，有两场调查历史洪水，首项重 现期n = 1 3 0 年；郑店为1 9 4 5 1 9 8 4 年( 缺1 9 4 9 年) 。共3 9 年，有两场调查 历史洪水，首项重现期n = 1 0 6 年 受龙头水库调节影响，下游区间的洪水由上游水库调节下泄流量和区间的 设计洪水组合而成。由于下游区间没有实测洪水资料，限于当时的计算手段。 区间设计洪水采用地区综合指数推算，该方法计算简便，但由于所采用各水文 站洪水参数的样本是按年最大抽样统计的，而下游实际发生的洪峰，一般的组 合方式有四种：( 1 ) 上游洪峰与区间洪峰遭遇；( 2 ) 上游洪峰遇区问非洪峰； ( 3 ) 区间洪峰遇上游非洪峰；( 4 ) 上游非洪峰遇区间非洪峰。因此，根据上 下游水文站年最大洪水统计参数地区综合法求锝的区间设计洪水存在偏大的 可能，这是原设计区间洪水成果存在的主要问题。在河道安全泄量不变的情况 下，下游嚣间设计洪水偏大，则会导致南一水库原设计的防洪库容存在可能偏 大。 漳州市河道安全泄量为5 1 0 0 m 3 s ( 当时只有4 2 0 0 m 3 s ，考虑1 9 9 0 年可达 4 第二章水库运行及下游防洪概况 到5 1 0 0 m 3 ，s ) ，因为区间2 6 年一遇q 。= 5 1 0 0 m 3 ，s ，所以南一水库对下游最大防 洪能力为2 6 年一遇。为此郑店以2 6 年一遇的两种同频率组合，推算南一所需 的防洪库容即可。实际上，原补充初设，为了尽量发挥南一的防洪作用，防洪 库容按3 0 年一遇郑店与南一同频率、区间相应计算。此时，区间q 。= 5 1 0 0 m 3 i s ， 当3 0 年一遇郑店、区间同频率，南一相应时，区间q 。= 5 3 8 0 5 1 0 0 m 3 s 。 南一水库对漳州市城区的防洪2 6 年一遇时两种同频率组合均能满足，3 0 年一遇时，只对一种组合能满足；另一种组合还不能满足，所以对漳州市城区 的防洪标准只能算为2 6 年一遇。 2 2 2 洪水调节 采用补偿调节计算方法，以平和站作为区间洪水预报的依据站，用历年水 文资料点绘平和流量q 平区间流量qe 相关点群，作外包线并加大2 0 ，南 一水库调洪时按q = 5 1 0 0 - 区间q t 下泄。 1 9 7 8 年1 1 月南一水库初设审查，1 9 7 9 年4 月以水电规字6 4 号文批复， 确定南一水库防洪高水位为3 0 5 o m ，1 9 8 6 年补充初设时防洪高水位3 0 5 o m 不 变，推算出防洪库容为o 7 0 1 亿m 2 ，确定汛限水位为2 9 1 6 m 。汛限水位起迄 时间为6 月至1 0 月上旬。 为了减少下游洪灾损失和使泄流量不发生突变，当库水位3 0 5 3 0 6 5 m 时，水库放水流量不大于1 0 0 0 m 3 s ，库水位超过3 0 6 5 m 时，为保大坝安全， 库门全开泄洪。 2 2 3 库区淹没处理情况 南一水库已于1 9 9 6 年底完成防洪高水位3 0 5 m 以下房屋拆迁人口迁移； 1 9 9 3 年底完成正常高水位3 0 3 5 m 以下土地赔偿处理。 2 3 水库运行状况 南一水库自1 9 9 2 年1 1 月蓄水以来，历时1 0 年，水库最高蓄水位曾达 3 0 3 4 7 m ，最大入库流量1 4 5 0 m 3 s ，最大下泄流量4 0 0 m 3 s ，水库建成后，水库 5 河海大学工程硕士论文：福建南一水库提高汛限水位研究 年最高水位，年最低水位，年最大入库流量和年最大泄量见表2 - 1 。 ， 表2 - 1南一水库历年运行情况表 矩 年最高水位 年最低水位年最大入库流量年最大下泄流量 份 水位 水位流量流量 时间时间时问 时间 ( m )( m )( m 3 s )( m s s ) 8 月6 日1 2 月2 9 日7 月3 1 日 8 月1 日 1 9 9 5 3 0 0 6 12 8 0 2 11 4 5 02 5 0 1 0 ：1 52 3 ：0 01 8 ：o o 0 ：0 0 8 月2 4 日3 月2 8 日8 月7 日 8 月7 日 1 9 9 63 0 3 0 32 7 9 9 l 5 8 82 0 0 7 ：0 02 2 ：0 08 ：0 08 i3 0 8 月1 3 日2 月2 日8 月2 日8 月3 日 1 9 9 7 3 0 3 4 22 7 8 4 78 7 03 7 0 2 l ：3 02 3 ：0 0 2 0 ：0 0l o ：4 5 3 月1 0 日1 2 月3 1 日3 月l o 日6 月2 日 1 9 9 83 0 2 4 52 7 6 7 0 5 2 l4 0 0 1 1 ：1 52 3 ：0 02 1 ：0 01 2 ：0 0 9 月2 1 日1 月2 日7 月2 8 曰9 月2 1 日 1 9 9 93 0 3 4 72 7 6 4 56 6 03 5 0 6 ：1 5 1 ：0 0 1 ：0 0 6 ：0 0 9 月1 1 日 3 月2 2 日9 月1 日8 月2 5 日 2 0 0 03 0 3 1 82 7 5 9 0 6 0 02 8 0 * 1 4 ：0 02 3 ：0 01 4 ：0 09 ：3 0 9 月2 1 日3 月1 日7 月6 日7 月1 2 日 2 0 0 l3 0 2 3 62 7 5 9 01 0 8 03 4 0 * 1 7 ：0 09 ：0 01 4 ：o o2 0 ：0 0 8 月1 3 日3 月1 日8 月5 日8 月1 3 日 2 0 0 22 9 2 9 42 7 4 6 83 3 91 0 3 4 ：0 08 ：0 01 4 ：0 04 ：o o 包括发电流量4 0 m 3 s 2 4 防洪区安全泄量现状 近年来，随着经济社会的发展，城市不断扩大，漳州市区已经扩展到九龙 江南岸；南靖城区也通过修堤防，围垦河滩造地。 上世纪九十年代以后，漳州市区和南靖县城区先后进行了防洪工程建设。 漳州市区九龙江西溪北岸的河道安全泄量为7 4 4 0 m 3 s ；市区南岸规划的河道安 全泄量为6 2 4 0 m 3 s ，目前南岸少部分堤段已达此标准，大部分堤段尚未达标， 现状河道安全泄量仅为4 7 0 0 m 3 s 。未达标的堤段，有待日后加高加固 4 6 1 。 南靖城关防洪标准为2 0 年一遇，河道安全泄量为1 6 4 0 m 3 l s 。 从下游防洪保护区的当前及未来情况来看，南一对下游防洪的控制下泄流 量发生了变化，南一水库原设计对防洪问题的研究和所确定的防洪库容及汛限 水位己不符合当前实际情况。 第二章水库运行及下游防洪概况 2 5 小结 通过本章调查分析，了解南一水库及与下游区间原设计洪水的方法、成果， 初步分析区间设计洪水存在的问题；收集水库的实际运行资料：确认了水库防 洪保护区的防洪现状及河道的安全泄量。 7 河海大学工程硕士论文：福建南一水库提高汛限水位研究 第三章设计洪水复核 3 1 流域概况及洪水特性 3 ，1 1 流城概况 九龙江流域位于福建省西南部，发源于戴云山脉和博平山脉，是福建省第 二大河，流域面积1 4 7 4 1 k m 2 ，主河道长2 8 5 k m ，平均坡降2 0 0 ，主要河流有北 溪和西溪。西溪、北溪于福河汇合后分南、中、北港，流经厦门港注入东海。 西溪为九龙江主要支流，发源于南靖南坑、高港。流经船场、南靖、靖城、 郑店、漳州等地，至龙海市福河与北溪相汇后出海。西溪流域靖城以上分为花 山溪、船场溪、芗江及永丰溪，靖城以下为西溪干流。西溪流域面积3 9 4 0 k m 2 ， 河长1 7 2 k m ，流域形状呈扇形。详见图1 - 1 。 西溪流域地理位置界于东经1 1 7 。o o 至1 1 7 。4 7 、北纬2 4 。1 17 至2 5 0 0 2 之间， 地势自西北向东由里倾斜趋势，靖城以上均属山区；靖城以下为丘陵和平原， 其中漳州平原是福建省最大的冲积海积平原。福河以下为河口三角洲，河 口的潮区界西溪至漳州东新桥，桔水期咸水界可达西溪的官田。下游河床较宽 阔，水流平缓，泥沙容易淤积。 南一水库位于九龙江西溪上游船场溪支流上，是一座大型龙头水库，坝址 以上流域面积5 2 2 k m 2 ，原设计正常蓄水位3 0 3 5 m ，汛限水位2 9 1 6 m ，总库容1 5 8 亿m 3 ，其中防洪库容0 7 0 1 亿m 3 ，于1 9 9 3 年建成投入运行。 3 1 2 洪水特性及成因 九龙江西溪洪水主要由台风雨和锋面雨带来。据历史洪水调查资料分析， 近六百年来西溪干流发生过大于1 0 0 0 0 r n 3 s 的极大洪水1 次；于1 4 7 4 年、1 5 7 0 年、 1 7 9 4 年和1 9 0 8 年发生8 0 0 0 1 0 0 0 0 m 3 s 的特大洪水4 次，发生过5 0 0 0 8 0 0 0 m 3 s 的大洪水1 6 次。 8 第三章设计洪水复核 根据已发生过的洪水分析，九龙江西溪洪水具有较明显的规律性，大洪水 和特大洪水多发生在6 9 月，洪水成因主要是台风暴雨，其次是梅雨。西溪大 洪水主要由花山溪和船场溪的洪峰在郑店站遭遇所造成。 郑店水文站1 9 5 2 年建立以来发生的较大洪水情况见表3 - l 。 表3 1郑店站历年实翱较大洪水( 还原后) 洪峰流量2 4 小时泱量 年份 月日成因 q _ ( m 3 ，s )既 ( 4 z , m 3 ) 1 9 5 99 1 23 0 7 02 2 9台风 1 9 6 061 06 1 4 0 4 1 1 台风 81 02 2 0 01 _ 7 1台风 1 9 6 l91 34 1 6 0 2 8 6 台风 91 03 1 9 02 4 7台风 1 9 6 37 l 4 0 7 02 8 4台风 1 9 6 5 71 62 3 l o1 5 7台风 1 9 7 273 02 2 8 0l ，5 5台风 1 9 7 682 52 4 7 02 0 2台风 1 9 8 l92 23 8 0 02 8 6台风 1 9 8 4 83 l 3 3 0 0 2 4 i 台风 1 9 8 562 64 0 8 02 7 8梅雨 1 9 8 6 7 、 1 23 3 1 0 2 7 0台风 1 9 9 0712 2 0 01 3 6 台风 7 3 12 4 9 01 4 7台风 、 1 9 9 1972 9 9 01 9 2 台风 l o22 2 9 01 4 4台风 1 9 9 5 81 3 7 2 0 2 3 7 台风 1 9 9 6833 4 6 01 8 8 台风 1 9 9 7 83 4 3 3 02 8 6台风 1 9 9 991 73 0 7 02 0 3 台风 2 0 0 061 92 9 2 02 0 4 梅雨 2 0 0 1 7 73 4 5 02 1 9台风 注：( i ) 较大洪水指的是：q m 2 2 0 0 m 3 s ，w 2 它1 5 0 v u m 3 ( 2 ) 表中1 9 9 5 年以后数值为还原值 9 河海大学工程硕士论文：福建南一水库提高汛限水位研究 从表3 1 可知： ( 1 ) 在2 3 场较大洪水中发生在6 0 年代有6 次，7 0 年代仅2 次，8 0 年代4 次， 9 0 年代却有8 次，进入2 1 世纪头两年均发生较大洪水。 ( 2 ) 发生较大洪水的原因主要是台风暴雨所致，在2 3 场较大洪水中，仅有1 9 8 5 年、2 0 0 0 年2 场是由梅雨所致。 ( 3 ) 大洪水发生时间为6 月至1 0 月上旬，因此汛期时间定为6 月至1 0 月上旬。 3 2 水文测验情况 九龙江西溪流域内设有郑店、船场、龙山、柳溪四个水文站。郑店水文站 位于九龙江西溪干流，控制流域面积3 4 1 9 k m 2 ，约占整个西溪流域的8 6 8 ， 为西溪主要控制站船场站、柳溪站均位于船场溪上。船场站控制流城面积 7 9 0 k m 2 ；柳溪站位于龙岩境内，为小流域水文站，控制流域而积仅为3 1 5 k m 2 龙山水文站位于龙山溪，控制流域面积4 8 4 k m 2 。 九龙江西溪流域内还有平和、漳州中山桥、南靖、地园四个水位站，分别 位于花山溪、西溪干流和永丰溪上，控制流域面积分别为6 3 l k m 2 、3 7 3 7 k m 2 、 9 3 5 k m 2 、2 5 0 k m 2 。 九龙江西溪流域水文测站情况见表3 2 及图1 1 。 邻近地区水文测站主要有九龙江北溪的浦南、漳平、龙门、自沙站及汀江 支流永定河的罗潭站等。 流域内有关测站水文基本资料在流域内有关工程规划设计时进行过全面 检查或重点复核，对个别年份不合理的资料作了修正，其水文资料系列精度较 好，质量较可靠，在本次水文复核计算时资料系列年限至2 0 0 1 年，可以满足设 计洪水复核计算的要求。此外，各水文站都有调查历史洪水资料。可供设计洪 水复核计算使用。 1 0 第三章设计洪水复核 表3 2九龙江西溪漉域水文涓站一篮衰 流城面积 流域名称站名站别观测项目 设立年份 ( k m ) 龙山溪龙山水文 4 8 4 水位、流量、雨量、泥沙 1 9 5 4 年4 月 永丰溪地园水位 2 5 0 水位、雨量 1 9 6 0 年2 月 花山溪平和水位 6 3 1 水位、雨量 1 9 5 2 年8 月 船场水文 7 9 0 水位、流量、雨量、泥沙 1 9 5 6 年4 月 船场溪 柳溪水文 3 1 5水位、流量、雨量1 9 5 6 年4 月 南靖水位9 3 5水位、流量1 9 5 1 年1 0 月 郑店水文3 4 1 9 水位、流量、雨量、泥沙、蒸发 1 9 3 6 年1 0 月 西溪干流 中仙桥水位 3 7 3 7 水位 1 9 5 3 年1 月 石码潮位水位、雨量i 9 5 0 年1 月 3 3 洪水资料还原 南一水库下闸蓄水后，由于受南一水库调蓄洪水的影响，致使下游的船场、 郑店两个水文站的洪水发生变化，为了保持洪水资料系列的一致性，必须对南 一水库建成后的洪水观测资料进行处理，使之还原成天然状态。 还原计算分两步进行，首先，根据南一水库库水位及出库流量，通过水量 平衡( 原理详见本论文第四章洪水调节计算部分内容) 求得南一水库的坝址天 然流量。其次应用马斯京根法进行河道汇流演算，先将南一水库实际下泄流量 过程演进至船场站，然后将船场站实测流量过程减去上述演算后的过程，即得 出区间流量过程，再依据坝址天然流量过程演算至船场站并与已推算出的区间 流量过程叠加，即求得船场站的天然流量过程。 对于郑店站，洪水资料还原方法完全相同。 3 3 1 河道洪水演算基本原理 西溪流域河道洪水演进采用马斯京根法分段连续演进。联解水量平衡方程 和槽蓄方程求得马斯京根法汇流公式1 。 l l 河海大学工程硕士论文；福建南一水库提高汛限水位研究 水量平衡方程为： ( j 上1 + j 2 ) 鲁一( 外l + 钟2 ) 等= 既一觋( 3 - 1 ) 槽蓄方程： 矿= 置i 上十( 1 一x ) q tj ( 3 - 2 ) 马斯京根法汇流公式： 一 q 下2 = c o l z ：+ c l t i + c 2 9 下l ( 3 - 3 ) c ：二墅壁：丝 ( 3 。4 ) l o 。k - k x + 0 5 a t 。耳 c ：垒殳：! 竺(35)i t 2 i j i 而 。7 c ；(36)2 k - k x - 0 5 a t k 一救+ o 5 血 c o + c l + c 2 = 1 ( 3 - 7 ) 其中： 队：下断面下一时刻流量； i 上2 上断面下一时刻入流量； 既。- 下断面现在时刻流量； ，下。上断面现在时刻流量： t 计算时段长； k 上下断面洪水传播时间； x 参数。 由上可知，只要确定河段的汇流时间置与参数x 即可进行洪水演算 3 3 2 河道洪水传播时问的确定 ( 1 ) 南一水库至船场站的洪水传播时间 南一水库坝址集雨面积5 2 2 k m 2 ，占船场站集雨面积7 9 0 k i n 2 的6 6 ，南一 船场区间的集雨面积较小，区间洪水也相对较小。南一坝址至船场站河段长度 第三章设计洪水复核 2 0 6 k m ，其间已建有南二、南三梯级水库，使南一下泄洪水的传播时间较天然 状况有所缩短。通过分析南一水库建库后几场洪水的历时过程，可知南一坝址 洪水至船场的传播时间为2 h ，该河段洪水传播时间较稳定，在洪水大小不同的 情况无显著变化。 ( 2 ) 船场站至郑店站的洪水传播时间 船场站至郑店站河段长度4 4 6 k i n ，由于船场站集雨面积仅占郑店站 ( f = 3 4 1 9 k m 2 ) 的2 3 1 ，一般情况下，其来水量占郑店洪水流量的比重相对 较小，给洪水传播时间分析带来一定困难通过分析船场、郑店两站1 9 5 7 年以 来4 5 年实测洪水过程资料，从中挑选以船场洪水为主或船场站来水量较大、而 船场郑店区间来水量较小这种类型的洪水过程进行分析。经统计分析，船场 至郑店洪水传播时间为7 8 h 。当船场站流量大8 8 0 m 3 s 时，洪水传播时间为7 h ； 当船场站流量小于8 8 0 m 3 s 时，洪水传播时间为8 】1 。 通过与福建省水文水资源勘测局该河段洪水预报方案中所采用的洪水传 播时间进行对比，本次洪水传播时间分析成果与洪水预报方案采用的数值是一 样的，说明洪水传播时间成果是合理可行的 3 3 3 参数x 的确定 根据马斯京根理论： x ：三一生：! 一生( 3 8 ) 22 工22 点 式中：上为河段长，工抵为抵偿河长，置为传播时间，| 抵为抵偿河长的传 播时间。 根据船场站洪水资料，通过水位后移法分析，该站抵偿河长洪水传播时间 为0 6 h ，即k 2 0 6 h 。 当河道洪水传播时间k = 2 h 时( 南一至船场河段) x = o 3 5 ； 当k = 7 h 时( 船场至郑店河段) ，x = 0 4 5 7 ： 当k = 8 h 时，x = 0 4 6 3 。 河海大学工程硕士论文t 福建南一水库提高汛限水位研究 为了保证洪水演进符合线性条件，把船场至郑店长河段分为个短河段， 令每个短河段的河长三。= l n ，则每段的墨与z 。为： 丘= 告= 吉= 熹( 3 - 9 ) x e = i 1 一击寺瓦n 了1 掣 ( 3 - 1 0 ) i 一瓦2 i 一瓦2 i 一芋 1 当k = 7 h 时，x , r = 0 1 9 9 = 0 2 1 ， 当k = 8 h 时，t = o 1 9 6 0 2 。 马司京根法的汇流系数用如下方法推求： 利用公式( 3 - 3 ) ，可以得到第一单元河段形成的出流过程为： 晶i = c o ( m = 0 ) 最l = c l + c o c 2 昱。= c 2 ( c l + c o c 2 ) 与。= 四( c i + c o c 2 ) 只l = c = - - 1 ( g + c ；c 2 ) ( m = l ，2 ，3 ，) ( 3 - 1 1 ) 上式p 的下标第一个字为时段数，第二个字为单元河段数。c o 、c l 、c o 的 上标为指数幂，以下同。 第一单元河段的出流，即为第二单元河段的入流，于是又可求得在第二单 元河段形成的出流过程为： = 四( m = o ) 与z = 2 c o ( q + c j c 2 ) 岛= 2 c o c 2 ( c 1 + c o c 2 ) + ( c l + c o c 2 ) 2 己2 = 2 c o c ： _ ( c l + c o c o ) + ( m - 1 ) c ：