宝鸡市坪头水电站工程初步设计第三章水文水能分析计算.doc

宝鸡市坪头水电站工程初步设计第三章 水文水能分析计算一、 水文资料渭河林家村站于1934年1月设立，原名太寅站，1959年7月改名为林家村站。测站变动情况为1945年1月太寅站基本断面上迁100m，同年11月又上迁100m，到1948年又上迁100m，直到1965年元月下迁300m至今。因控制流域面积受断面影响不大，故水文资料均可合并统计。至今共有不连续68年径流、洪水、泥沙资料（19342001）。该站上游干流有南河水文站，位于甘肃省天水县南川乡刘家庄，于1944年设立，控制渭河流域面积23385km2，至今不连续的59年径流、泥沙系列。下游有省水文站设立的魏家堡、黄委会设立的咸阳水文站，它们分别设立于1937年、1931年。魏家堡站仅有1946年以后的径流、泥沙整编成果。咸阳站控制流域面积为37006km2，有19342001年不连续的68年径流、泥沙系列。由于坪头水文站无实测资料，根据上述情况，本次水文分析拟以林家村水文测站为参证站，对坪头水电站进行水文分析。二、 气象特征渭河位于中纬度偏南地带，多受高空西风气流控制，低压系统多以此气流处西向东移动，在系统移动过程中形成范围天气。形成甘肃省大暴雨的天气形势有：夏大雨类、汾河套华北高压型、长波调整型；盛夏长波调整型，即青藏高压东移型；西太平洋副热带高压稳定型，分乌拉尔山脊型，平直流型，巴尔喀什湖大槽型，盛夏长波西退类型，冰雹暴雨类型和东风景鱼类型。主要暴雨天气形势为西太平洋副高压稳定类，其特点是：副高压稳定在北纬25以北，588线西伸到东经100115之间，在高压西侧青藏高原中，东部各有一支偏南的温暖气流，与西方或西北方东移的冷空气相遇在辐射最强的地带形成大暴雨。其次是春夏大暴雨。渭河流域大暴雨一般发生在7至8月，陇东发生最早在5月上旬开始，9月下旬结束，陇东南北山地、中部干旱地区大多在6月中旬开始，9月上旬结束。暴雨在地区上分布由东南向西递减。大范围暴雨如1977年7月5日，笼罩了渭河、泾河、嘉陵江三大流域，渭河流域会宁县雷达雨量站，实测量大24小时降雨量155.7mm，72小时雨量174.3mm 。暴雨里程分配一般24小时雨量占三日雨量的70%80%，12小时雨量占24小时雨量的84%以上，而6小时、3小时分别占24小时雨量的63%83%、50%。说明暴雨大多数集中在短历时时段内，而暴雨走向一般自西向东移动。三、 径流分析1、 参证站（林家村）径流还原渭河流域林家村以上水资源开发利用历史悠久，但由于受历史条件限制水利事业发展较为缓慢。解放后，特别是五、六十年代到八十年代水资源开发得到了迅速发展，但这些已被利用的水资源没有包含在林家村测站的实测径流内，使各年实测的径流资料系列基础不够一致。因此这些实测资料原则上不能直接应用数学统计方法进行分析研究，而应将受不同程度人类活动影响的径流资料，通过还原计算，达到具有一致性的资料后才能进行分析计算。影响径流变化的人类活动措施是多样的，本次设计中，还原主要考虑农业灌溉用水、工业和人畜生活用水的还原。将农业、工业及人畜还原水量分配到年内各月与林家村相应年份实测朋径流过程（河渠之和）相加，即得1944年2001年天然径流量。2、 参证站（林家村）天然径流分析计算（1） 年径流特征值分析采用水利年（10月9月）对林家村径流进行分析，用我国现行水文计算规范规定的皮而逊曲线作为理论频率曲线适线（图XXX）得到各水利天然年径流量的特征值及一些典型频率的年径流量如表XXX表XXX 林家村站天然年径流频率计算成果W108m3/sCvCs/Cv不同频率的年径流量Wp(108m3/s)计算采用计算采用20%25%30%50%70%75%80%85%90%23.723.70.380.42.031.129.227.622.418.016.815.614.212.6（2） 径流的年内分配采用典型年同倍比缩放法求得的部分典型频率的天然年径流量年内分配（各月径流量占全年径流量的比例、月径流量和月平昀流量）见表XXXX。（3） 径流的年际变化林家村水文站的天然年径流量的年际变化很大，变差系数Cv=0.4，最大最小径流量比值达5.8 。另外，本次计算采用系列从现象看存在着径流量逐渐减小的趋势（图XX），且存在着明显的年代变化：在50年代为丰水期，60年代水量也相对较丰，70年代为枯水期，80年代再度成为丰水期，90年代则为持续干旱期，而且是50年中水量最少的。这种趋势未来的变化如何，关键要看今后一段时间的水量丰枯状况。按以往50的的变化规律看，今后10年左右应属丰水期，增加这一丰水期后，可望使年径流量的变化趋势趋于平稳。如果持续保持目前趋势（即使是加入今后10年的丰水期使看径流量减小的趋势变缓），则可能需要从气候变化等分析原因。另一方面，也许需要通过更严格的水量平衡研究，准确地测定各种损失水量，分析流域内自然条件改变可能导致的水量减少。3、 坪头水电站年径流分析将参证站：林家村水文站的天然径流分析成果按面积比拟法折算到坪头水电站坝址处，就得到坪头水电站的天然径流分析成果（表XXX）。表XXX 坪头水电站天然年径流频率成果统计参数不同频率的年径流量Wp(108m3/s)WCvCs20%25%30%50%70%75%80%85%90%23.40.40.830.728.927.322.117.816.615.414.012.54、 设计径流分析（1）、设计水平年坪头水电站以上流域耗水量（a） 社会发展达到指标2015年工业产值、城镇及农村人口、牲畜头数的发展指标，采用年增长率法计算，采用的年增长率为城镇人口的8%、农村人口的10%、猪2.68%、羊0.0677%、大牲畜1.8%、工业产值8.4%（甘肃省规划值）。其基数分别采用：人口为1994年、牲畜头数为1993年、工业（乡镇企业）为1990年。由此推算到2015年，流域人口达554.96万人（其中非农业人口52.76万人，农业人口502.2万人）。大牲畜113.26万头、猪201.26万头、羊89.46万只、工业产值达50.48亿元、乡镇企业产值34.45亿元、灌溉面积为2000年的规划值130.85万亩（有效），考虑到国家退耕还林换草，封山育林政策的实施，2015年的灌溉面积取2000年的70%，即91.6万亩。（b） 设计水平年耗水定额考虑节水灌溉技术的推广，毛灌溉定额取380m3/亩，工业万元产值净耗水量400m3/万元，城镇人口生活用水90L/人天，牲畜用水：猪20L/头天、羊15L/只天、大牲畜40L/头天。灌溉水回归系数0.2，地表地下水分配比例：农村生活用水地表水占25%、城镇50%、工业50%、乡镇企业35%、牲畜25%。经分析计算设计水平年流域年总耗地面水4.292亿m3，详见表XXX项目月份城镇生活农村生活工业乡镇工业农业灌溉合计人大牲畜猪羊10月7.1215.073.43.021.01829.81396.4101255.8411月7.1215.073.43.021.01829.81396.412868.554124.3912月7.1215.073.43.021.01829.81396.4101255.841月7.1215.073.43.021.01829.81396.4101255.842月7.1215.073.43.021.01829.81396.4101255.843月7.1215.073.43.021.01829.81396.413069.074324.914月7.1215.073.43.021.01829.81396.413592.654848.495月7.1215.073.43.021.01829.81396.414494.995750.836月7.1215.073.43.021.01829.81396.415647.986903.827月7.1215.073.43.021.01829.81396.416458.427714.268月7.1215.073.43.021.01829.81396.411718.352974.199月7.1215.073.43.021.01829.81396.4101255.84合计85.44180.8440.836.2412.129957.724756.9227850.0142920.09（2）、设计水平年坪头来水过程线：如下图从坪头历年各月径流量中扣除上述相应年月耗水量得设计水平年林家村历年各月来水过程。四、 洪水分析计算1、 洪水特性由于暴雨类型不同，加之地形地貌、土壤植被等影响，使流域洪水也有差异。渭河陇中黄土高原区暴雨洪水因局部暴雨多、植被稀疏形成的洪峰大多尖瘦，峰高量小，历时短，黄土高厚向陇海南山区过渡带分布有部分森林，其洪水过程比黄土高原区为胖，六盘山区山高林茂雨量大，洪水大都短胖，洪量大持续时间长，林家村洪水主要来自甘肃省丘陵区的各支流，特点是峰大、量多、含沙量高、猛涨陡落，历时短，如1966年7月22日洪水，林家村最大洪峰4200m3/s，南河川为4900m3/s，主要来自支流葫芦河、散渡河，最大流量分别为2960m3/s和1880m3/s，它们均属突涨突落型，其峰现时间南河川仅为8小时，林家村为11小时。从洪水发生时间上看，林家村历年实测系列中最大洪峰出现在7、8月占71%，5、6月占13%，9、10月占26%。洪峰年际变化大，实测最大洪峰5030m3/s(1964.8)，最小洪峰271m3/s(1982.8)分别为洪峰流量均值的3.1、0.16倍。2、 灌水资料选择解放以来渭河干支流未建大型蓄水工程，故林家村洪水不需要进行还原计算，直接采用该站实测洪水资料。灌水资料的选择应满足频率计算的独立随机取样原则，各样本洪水的形成条件应具有同一基础。林家村站不同年份及同年不同季节的洪水均由暴雨形成，洪水资料成因具备一致性。洪峰流量选样方法采用最大值法，即每年只选取最大一个瞬时洪峰流量作为频率计算样本。宝鸡峡加闸工程无调度洪水任务，汛期开闸敞泄，所以该工程洪水设计应以最大洪峰流量为控制进行防洪，故本次设计重点只作洪峰流量的频率分析，不再作洪量频率分析。3、 洪水资料系列代表性分析（1） 系列丰、枯变化规律分析年最大洪峰流量与历时关系图（图XX）在58年系列中，大浇水有1954年、1959年一般洪水1949年，干旱年有1982年、1974年，历年洪水丰枯交替出现、变化幅度大，一般间隔34年，多者78年就会出现一次丰水年。（2） 均值和变差系数Cv与历时关系从图XX知正时序与逆时序洪峰流量均值和变差系数Cv与历时关系为系列愈短，变化幅愈大，随着系列增长，趋于稳定，从正时序看系列一般达25年均值变差系数就趋于稳定，逆时序则大于30年。据以上分析渐醒、渭河林家村站，51年实测资料加入历史调查洪水具有一定代表性。4、 历史洪水黄委会在1957年5月为流域规划和防洪提供了水文资料，对林家村断面进行了灌水调查，共访问了7个村、市中的20多们老人，近百年来共发生了七次大洪水（1986、1898、1901、1904、1909、1933年）其中以1933年最大，1954年次之。1933年洪水由双峰组成，最大洪峰出现在8月10日，流量为6890m3/s（宝鸡市水文实用手册中为6990m3/s）。由“陕西省洪水调查资料”的整编成果知：1933年洪水的洪峰流量为1890m3/s，评价较可靠，1954年为5030m3/s评价可靠。其它年份历史洪水因资料条件差均未定量，整编成果中，曾提出在这七次洪水中1933年为最大，1954年次之，应用概念性认识，为安全计，本次将1933年洪水的重现期按调查确定为70年一遇。5、 洪峰流量频率计算（1） 频率分析根据58年实测资料（1944年2001年）加入1933年调查洪水，用矩法计算统计参数，作为初试值，1933年调查洪水按特大值处理。采用P型频率曲线，目估适线，在适线时着重考虑曲线中、上部分的较大洪水经验频率点拨，其频率曲线见图XX。统计参数及不同频率洪峰流量见表XX表XX 林家村水文站洪峰流量分析成果表Qm(m3/s)CvCs/Cv不同频率洪峰流量Qp(m3/s)计算采用计算采用0.10.20.330.5123.3510150215000.830.843.0978287427995737863565346462640363072（2） 成果的合理性分析将历史渭河林家村及上下游站洪水频率计算成果列于表XX。从表XX知，统计参数变化规律，林家村站洪峰流量均值小于上游南河川站是由于南河川以下至林家村区间无大支流汇入，河槽的槽蓄作用使来自上游的洪水洪峰减少，林家村以下又有较多的大支流汇入渭河致使渭河咸阳站洪峰均值增高。洪峰变差系数Cv除与南川河有些不够协调外（为72年成果）林家村站洪峰变差系数大于咸阳站是符合随流域面积增大洪峰变差系数减少的一般规律。与1985年宝鸡峡引渭工程设计成果相比，本次成果均大于设计计算成果，但接近当时设计中最后采用的设计标准50年一遇的洪峰6000m3/s，200年一遇洪峰8300m3/s，经上述分析本次设计灌水是符合实际的。6、 分期设计洪水根据洪水季节性变化和施工期防洪需要分别计算10月6月、10月5月、10月4月、10月3月、和11月6月、11月5月、11月4月、11月3月各时段设计洪水。选样采用年最大值法，按不跨期选择原则，进行选样。分期洪水