金沙峡水电站水文.doc

2 水 文2.1 流域概况大通河属黄河流域，是黄河的二级支流，地处青藏高原东北边缘，地理位置介于东径983010315，北纬36303825，发源于祁连山南麓大通山，托里山的水里，源头海拔高程5000m，西北东南流向，流经青海省刚察、祁连、海晏、门源、互助、乐都等县和甘肃省的天祝、永登两县，最后在青海省民和县亨堂镇附近汇入湟水，是湟水最大的一级支流。它西南面与湟水相邻，东面以庄浪河为界，北面与我省走廊地区之黑河相接。整个流域汇水面积15130km2，河道总长度520km，主河道平均坡降4.52。大通河流域形状似一狭长条形，水系呈现羽毛状分布，流域北岸为祁连山，南岸为大通山、达板山，地势呈西北高而东南低；大通河流域在地貌上属构造剥蚀的高中山区，两侧依山傍岭，干流峡盆相间。整个流域内地势高耸，河道蜿蜒曲折，树草翠绿，植被生长良好，覆盖率较大，全流域80%以上的面积集中分布在海拔3000m以上。流域可以门源和连城两地大致分为上、中、下三段：门源以上流域为上游河段，河长322km，地形为峡谷和盆地相间，形如串珠，具有高原河流之特征，该河段地势较高，气候严寒，雨量较丰沛，在浅山和滩地上覆盖着湿寒生植物，山区有森林分布，植被覆盖率达100%，在河源处有冰川；门源至连城为中游河段，河长192km，该河段山势高耸，林木成片，峡谷紧连，河道比降变化大，呈阶梯状，坡降陡峻，水能资源丰富，但开发利用率较低，在天堂寺以下，森林渐减，耕地增多；连城以下为下游河段，河长40km，雨量较上游为少，植被稀少，河流两岸阶地上均为灌溉良田。流域径流由降水补给为主，其次为冰雪融水和地下水补给，降水量从上游至下游为600400mm，部分山区可达700mm，是大通河河水的主要补给来源。由于受气候、森林、地形及地质等下垫面条件的影响，大通河径流年际变化不大，且较为稳定，因上游植被良好，水土流失较轻，悬移质含沙量较小，水流清澈。金沙峡水电站位于大通河中游，引水枢纽坝址设在已建成的天堂寺引大渠首下游约23.2 km处，枢纽断面以上流域汇水面积13328km2。2.2 气象大通河流域深居西北内陆，气候受东南海洋季风的影响和蒙古高压的控制，具有冬长署短、雨热同季、日照时间长、年降水少、蒸发量大、垂直分布明显和昼夜温差大的大陆性气候特点。流域上游为祁连山中段，下游为祁连山东段，蒸发量随高程的增加而减少、气温随高程的增加而降低、降水和湿度随高程的增加而递增的特点比较明显，中下游降水集中在汛期，59月降水量约占全年总降水量的80%左右，上游在9月下旬至翌年6月上旬基本上为降雪天气。金沙峡水电站上游邻近有天堂寺气象站，根据气象站观测资料统计，多年平均气温3.0，年降水量483.4mm，年蒸发量1408.4mm，年日照时数2600小时，最多风向为西北和东南风，最大风力可达1821m/s，最大积雪深度19cm，最大冻土深度1.48m，年绝对无霜期15天。天堂寺气象要素与气象特征见表21。2.3 基本资料情况大通河干流自上而下设有尕日得、尕大滩、天堂、连城、亨堂等水文站。其中亨堂水文站始建于1940年，经黄委会整编后的完整连续资料自1950年至今，为观测系列最长的站。各站基本情况详见表22。大通河干流主要水文站一览表 表22河 名站 名至河口距离（km）集水面积（km2）设站日期备 注大通河尕日得37245761973年1月大通河尕大滩26478931953年8月大通河天 堂100125741958年1月大通河连 城40139141947年5月大通河享 堂1.9151261940年1月金沙峡水电站引水枢纽坝址处无水文站，上游23.2 km处设有天堂寺水文站，下游36.8km处设有连城水文站，河口处设有享堂水文站。天堂寺、享堂水文站是金沙峡水电站本次水文分析计算的主要依据站和参证站。2.4 年径流2.4.1 径流特性大通河中上游以上径流主要来源于大气降水，其中以雨水补给为主，雪水补给为辅。全年可分为3月中、下旬至5月为春汛期，由上游冰雪融水和降雨补给；69月为夏秋洪水期，以大面积降水补给为主，有的年份可延长至10月上旬；1011月为秋季平水期，以地下水补给及河槽储蓄量为主；12月至次年3月初为冬季枯水期，以地下水补给为主，水量小而稳定。径流年内分配69月占年径流比例最大约66.0%，2月份最小。最小流量出现在12月下旬2月下旬。2.4.2 径流系列的还原及插补延长金沙峡水电站枢纽上游约23.2km处设有天堂寺水文站，该站1958年设立，1962年1月撤消，1976年又恢复建站，共有195861、1967.62001年n=30年完整但不连续的实测径流资料。为使测验资料一致，应对天堂寺站以上历年用水进行还原。大通河流域青海省境内（天堂寺以上）年均灌溉引用水量为1.23 m3/s，自九十年代以来随着工农业生产的不断发展用水量有逐渐加大趋势，因此天堂寺站、享堂站以上灌溉引用流量79年以前用水文局调查成果，19801989年按79年引用流量考虑， 90年以后逐年略加大进行还原。95年以后还考虑了引大入秦灌溉工程的引水流量。另外享堂站95年以后考虑了引大管理局提供的引大入秦灌溉工程的引水流量。金沙峡水电站年径流计算的依据站为天堂寺站，其下游的享堂站为大通河流域径流系列最长的站，具有19502000年51年年径流系列，且具有良好的代表性。因此选用享堂站为参证站进行插补延长。天堂寺站具有195861、19772001年共n=29实测系列资料，与下游享堂站相应年份对比，发现天堂寺站缺测年份多数偏丰，为增加天堂寺站年径流系列的代表性，根据两水文站同步径流资料，建立天堂寺与享堂站同期年平均流量相关关系，经计算相关系数0.9244，关系较好，利用享堂站还原后的径流系列将天堂站还原后的径流系列插补延长至19502001年共52年天然径流系列。 2.4.3 径流系列代表性分析天堂寺水文站年平均流量差积曲线见图21。由图21可以看出，195053年4年间，差积曲线基本上是水平波动，表示该时期年径流量在均值附近波动称为平稳期；从195459年6年间，差积曲线为上升期（1956年除外），表示该时期年径流量偏离均值的趋势为上升期（1956年除外）；从196072年13年间，差积曲线基本上是上下交错期，表示该时期的年径流量在均值上下波动；从197382年10年间，差积曲线基本上为下降期（1975、1976、1981年除外），表示该时期年径流量偏离均值的趋势为下降期；从198390年8年间，差积曲线为上升期，表示该时期年径流量偏离均值的趋势为上升期（1984、1987年除外）；199198年8年间，差积曲线基本上是上下交错期，表示该时期的年径流量在均值上下波动；19992001年3年间，差积曲线为下降期，表示该时期年径流量偏离均值的趋势为下降期。根据代表期应包含丰、平、枯参数比较稳定的原则，可见天堂寺站19502001年年径流系列具有较好的系列代表性。2.4.4 径流计算 电站年径流成果由天堂寺径流加上天堂寺电站区间径流来确定。经相关插补延长后,天堂寺站具有19502001年共52年天然径流系列,对其进行频率分析，得多年平均流量为78.8m3/s,Cv=0.18,Cs =2.0 Cv。求得不同保证率P=15% 、P=25% 、P=50%、P=75% 、P=85% 的年平均流量分别为93.5 m3/s、87.8 m3/s、77.9 m3/s、68.9 m3/s、64.2 m3/s。 天堂寺站与金沙峡水电站引水枢纽之间的区间汇水面积为754km2，其区间径流根据天堂寺享堂的区间径流成果来推求。经计算：天堂寺享堂区间多年平均流量为12.9 m3/s，天堂寺享堂区间汇水面积为2552km2，则区间径流模数为0.005055 m3skm2，根据天堂寺享堂区间径流模数求得天堂寺电站枢纽之间多年平均流量为3.81 m3/s。根据天堂寺站与天堂寺电站枢纽区间的径流成果得电站天然情况下的年径流成果详见表23。金沙峡水电站设计年平均流量成果表（天然） 表23断面位置F(km2)均值(m3/s)CvCs/Cv不同保证率的设计值 (m3/s）15%25%50%75%85%天堂寺水文站1257478.80.182.093.587.877.968.964.2电站枢纽1332882.60.182.098.092.181.772.267.32.4.5 径流的年内分配为计算电站的有关水能参数，需推求不同保证率代表年的年内分配。径流的年内分配采用112月日历年度，按典型年的年径流量和供水期的径流量分别接近设计频率的径流量为原则，设计典型年在19502001年系列中选取，经分析后分别选取天堂寺站1961年为丰水年P=15%的典型年，1999年为平水年P=50%的典型年，1977年为P=85%的典型年,按设计频率的年平均流量进行控制缩放，得电站相应频率的月、年平均流量，以相应年的日流量过程为典型，按电站设计年的逐月流量为控制，缩放得不同频率的日流量过程，这样作对枯水流量偏于安全。成果见表24表29。金沙峡水电站设计年径流月分配表表24项目月 份年一二三四五六七八九十十一十二15%丰水年流量（m3/s）22.122.427.284.390.312724122415496.452.829.098.025%偏丰年流量（m3/s）20.821.025.679.284.911922621014490.649.627.392.150%平水年流量（m3/s）20.321.727.342.846.415926915210765.341.523.181.775%偏枯年流量（m3/s）11.710.821.146.279.811814817813166.332.319.472.285%枯水年流量（m3/s）10.910.019.743.174.411013816612261.830.118.167.3上述计算成果为天然来水，计算电站水能参数时，应扣除上游用水。2.5 洪水2.5.1 洪水特性大通河洪水主要由暴雨形成，大通河流域地处深山峡谷区，由于受东南海洋季风的影响和蒙古高压的控制，流域降水随高程的增加有明显递增的特点。暴雨主要集中在6 9月，尤以7、8月份最多，故年最大洪峰流量也多发生在此时间里。每年4、5月份有春汛洪水，主要为融冰化雪水所造成，一般较暴雨洪水洪峰为小，且洪水过程涨落缓慢。2.5.2 历史洪水历史洪水调查成果以以往工程设计洪水分析中的调查采用成果为依据。天堂寺1919年洪水调查成果为1700 m3/s，享堂站为2050m3/s。2.5.3 历史洪水重现期的确定根据大量调查分析，大通河历史洪水出现年代排位顺序是1847、1898、1919年，截止2001年实测期内再没有超过1919年的洪水，因此1919年洪水可按照1847年至2001年的调查考证期150年中的老三来考虑，约50年，如果按照1919年至今，该洪水重现期可定为80年，综合考虑，1919年洪水重现期为5080年。2.5.4 设计洪水计算大通河享堂站实测年最大洪峰流量系列有19502000年共51年实测系列，是大通河流域实测系列最长的站。天堂寺站实测年最大洪峰流量系列有19581961、19762001年共30年不连续系列，建立天堂寺站享堂站同期洪峰流量相关关系，经计算相关关系较好，相关系数为0.9322，以此相互插补延长缺测年份的洪峰流量。经插补延长后享堂、天堂寺站系列为19502001年共52年。对天堂寺站插补延长后的系列加入1919年历史洪水进行频率分析计算，得Qm=590m3/s、Cv=0.58、Cs/Cv=3.0。享堂站19502001年共52年系列加入1919年历史洪水进行频率分析计算，得Qm=730m3/s、Cv=0.58、Cs/Cv=3.0。金沙峡水电站的设计洪水由天堂寺、享堂站的设计洪水分析成果按流域面积双对数内插求得。详见表210。金沙峡水电站设计洪峰流量成果表 表210断面位置汇水面积（km2）各种频率设计值（m3/s）0.1%0.5%1%2%3.33%5%10%20%电站枢纽133282660213019001670150013601120870电站厂房1343126902150192016801510137011308782.5.5 分期洪水金沙峡水电站的分期洪水根据天堂寺与享堂站的各分期不同频率的设计值，按汇水面积双对数直线内插求得。电站以上流域洪水由降水形成，根据施工期最大流量成因及季节性的变化规律、数量级上的差异，将全年进行以下分期：一月、二月、三月、四月、五月、六月、七九月、十月、十一月、十二月共用十个时期。七九月主汛期采用年最大洪峰流量成果，其余各分期洪水计算按年最大值法，跨期五天选样，使用时不再跨期。享堂站有1950年1997年n=48年实测资料，其中1954年13月、1112月缺测。天堂寺站有19581961、1976.5月2001年n=30年实测资料。建立天堂寺享堂站成因相同的月最大流量相关关系，经计算相关关系较好，相关系数为0.9832，以此相互插补延长缺测年份的月最大流量，经插补延长后的系列为历年13月、1112月n=51年，其余为n=52年。按连续系列进行频率统计分析计算，据二站各分期不同设计频率的设计值，按汇水面积双对数直线内插求得电站成果。详见表211。金沙峡水电站施工分期洪水成果表211施工分期电站枢纽（m3/s）电站厂房（m3/s）P=5%P=10%P=20%P=5%P=10%P=20%一月37.334.230.737.534.430.9二月37.334.230.737.534.430.9三月69.160.651.569.861.151.9四月314252191315254192五月388328265391330267六月775624473783630477七九月1360112087013701130878十月269230190271232191十一月98.588.978.499.389.679.0十二月50.746.642.251.247.142.62.6 泥沙电站设计断面处无实测泥沙资料。天堂寺站基本上无实测泥沙资料，下游连城水文站有19681995共28年实测资料，统计分析得到：连城站多年平均含沙量为0.78kg/m3，实测最大断面平均含沙量为126 kg/m3（1983年8月10日），年内含沙量分配也不均匀，七、八月份平均含沙量大于1 kg/m3，而冬季枯水期一、二月份平均含沙量小到0.01 kg/m3；多年平均