渚河流域紅椿水電站設(shè)計洪水計算及過程線推求方法探析

白芬麗

(陜西省渭南市白水縣防汛抗旱農(nóng)田基建指揮部辦公室，陜西 白水 715600)

渚河流域紅椿水電站設(shè)計洪水計算及過程線推求方法探析

白芬麗

(陜西省渭南市白水縣防汛抗旱農(nóng)田基建指揮部辦公室，陜西 白水 715600)

渚河流域地處大巴山深山區(qū)，該流域處于陜南最大降水中心附近，雨量充沛，渚河流域洪水計算選用紅椿水文站作為參證站，根據(jù)紅椿水文站歷年統(tǒng)計資料計算，紅椿水電站壩址處多年平均流量為21.9 m3/s。渚河流域的洪水主要由暴雨形成，對渚河流域暴雨洪水類型及來流量分析，對洪水資料的選樣和代表性進(jìn)行分析分析，采用水文比擬法和經(jīng)驗公式法對設(shè)計洪水進(jìn)行了計算，直接采用紅椿水文站的分期設(shè)計洪水成果，用水文比擬法推算到廠址，同時將紅椿水文站1979～2002年24年的實測年最大洪峰流量和24 h和72 h的洪量進(jìn)行相關(guān)分析，采用同倍比放大法來求得電站壩址處的設(shè)計洪水過程線，使用該方法推求結(jié)果合理，可為同類工程設(shè)計和管理運行提供科學(xué)依據(jù)。

渚河流域 ；設(shè)計洪水；水文比擬法；經(jīng)驗公式法；洪峰流量；計算

渚河是漢江南岸的二級支流，發(fā)源于陜西省鎮(zhèn)巴縣平安場一帶，處于北亞熱帶邊緣濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。由于地形高差大，兼有暖溫帶和中溫帶山地氣候特征，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，無霜期長，熱量充足，光照稍差。多年平均氣溫13.8℃，極端最高氣溫37.8℃，極端最低氣溫-10.0℃。年平均日照1 606.8 h，年日照率36%。初霜始于11月中旬，終霜止于3月中、下旬，全年無霜期238 d左右。全流域面積964 km2,主河道長125 km，平均比降6.96‰。河道由西南向東北流經(jīng)陜西省安康市紫陽縣的觀音鎮(zhèn)、小河鄉(xiāng)和紅椿鎮(zhèn)，在向陽鎮(zhèn)匯入任河。流域內(nèi)山嶺縱橫，河谷幽深，水流湍息，屬典型山區(qū)性河流。流域內(nèi)山高坡陡，植被良好，有大片森林覆蓋，水源涵養(yǎng)條件好，對徑流有較好的調(diào)滯作用，該流域處于陜南最大降水中心附近，雨量充沛，水量豐富。流域內(nèi)水土流失輕微，除洪水期渾濁外，終年清澈見底。渚河流域下游有紅椿水文測站，控制流域面積933 km2，有24 a(1979～2002)水位觀測資料和流量資料，該水文站基本資料是區(qū)域各種建設(shè)工程水文分析的主要依據(jù)。

紅椿水電站引水樞紐位于紅椿鎮(zhèn)老街上游1.0 km處，電站廠址位于紅椿鎮(zhèn)老街下游1.4 km處的河道右岸，壩址以上河道流域面積842.5 km2，廠址以上河道流域面積935.5 km2。根據(jù)紅椿水文站統(tǒng)計資料計算，紅椿水電站壩址處多年平均流量為21.9 m3/s；頻率為80%的年平均流量為14.4 m3/s；頻率為50%的年平均流量為20.5 m3/s；頻率為20%的年平均流量為28.8 m3/s。

1 渚河流域暴雨洪水類型及來流量分析

渚河流域地處大巴山深山區(qū)，全年降水量多集中在4～10月，而暴雨多發(fā)生在6～9月。本流域暴雨成因主要為副熱帶高壓低渦切變、西風(fēng)環(huán)流和臺風(fēng)的影響。暴雨分為兩種類型：一種為鋒面雨，其特點是歷時長，強度均勻，籠罩面積大；另一種是雷暴雨，其特點是雨量集中，歷時短，強度大，籠罩面積小。流域暴雨具有均值較大，而年際變化相對較小的特點。暴雨量最大三日降水量為257.4 mm，最大五日降雨量376.9 mm，最大七日降雨量410.3 mm；實測1小時最大暴雨量為46.3 mm，6 h最大暴雨量為122.1 mm。

渚河流域的洪水主要由暴雨形成。洪水多集中在6～9月，10月受淋雨的影響也有洪水發(fā)生。根據(jù)紅椿水文站1979～2002年洪水資料統(tǒng)計，發(fā)生在6月份的洪水有3場，占12.5%；7月份的洪水有11場，占到45.8%；8月份的洪水場次為3場，占12.5%；9月份有4場洪水，占16.7%；5月、10月兩個月總共有3場洪水。說明該流域一年中洪水發(fā)生的月份較長，從洪水特點來分，可分為桃花汛、夏汛和秋汛，以夏汛所占比重最大，洪峰也較大。說明渚河洪水多發(fā)生在7月和9月，8月發(fā)生洪水的機(jī)會相對較少，常出現(xiàn)伏旱。渚河流域內(nèi)山高坡陡，匯流歷時短，洪水主要由主河槽的較大洪水加上幾條較大支流匯集而成，洪水過程一般歷時6～24 h。因此，本流域的河道洪水具有陡漲陡落，過程較短，峰高但量相對不大，峰型尖瘦的特點。

2 流域歷史洪水及重現(xiàn)期確定

據(jù)調(diào)查紅椿水文站附近的歷史洪水成果為：最大洪水發(fā)生于1979年7月，洪峰流量為4 350 m3/s；其余調(diào)查洪水依次為：1978年6月，洪峰流量2 260 m3/s；1925年，洪峰流量因河道改變較大無法推算；1965年8月，洪峰流量因河道改變較大無法推算。1978年和1979年的調(diào)查洪水年代較近，又經(jīng)水文站實測，經(jīng)復(fù)核認(rèn)為洪峰流量取值合理可靠?！蛾兾魇『樗{(diào)查資料》1980年調(diào)查中記載，1978年洪水為60、70年來最大的洪水，1925年的洪水次之，1965年排第三；從洪水量級來看，1979年的洪水量級遠(yuǎn)大于1978年的洪水量級，而1978年、1925年和1965年的洪水可作為一個洪水量級和一個考證期。由于沒有較遠(yuǎn)的記載考證，1979年的重現(xiàn)期較難準(zhǔn)確定出，鑒于1979年遠(yuǎn)大于1978年的洪水，屬特大洪水，將1979年洪水暫定為1 000 a一遇，1978年洪水重現(xiàn)期初步定為80 a。

3 洪水資料的選樣和代表性分析

3.1 洪水資料的選樣

渚河流域洪水計算選用紅椿水文站作為參證站。洪峰流量的選樣采用年最大法，一年選用最大的洪峰流量作為頻率計算的樣本。

圖1 紅椿水文站年洪峰流量居平和差積曲線圖

圖2 紅椿水文站年洪峰流量累計相對均值和變差系數(shù)過程線圖

3.2 洪水系列代表性分析

洪峰流量距平、差積、累計均值和變差系數(shù)過程線，見圖1和圖2。距平和差積曲線可見，系列由一個平水年段(1981～1982年)，兩個枯水年段(1992～1994年和1996～1999年)和兩個的豐水段(1983～1985年和1989～1990年)組

成?？偟膩碚f，系列包含有豐、平、枯水年各種連續(xù)時段。由累計相對均值和相對變差系數(shù)過程線可見，年洪峰流量變差系數(shù)在1988年以前，累計相對均值在1.34～1.06之間，相對變差系數(shù)在0.64～0.97之間；而1988年以后，累計均值和變差系數(shù)分別在0.97～1.05和0.97～0.45之間，變幅較小，趨于穩(wěn)定。分析說明，紅椿水文站洪峰流量系列具有一定的代表性。

4 洪水計算方法

4.1 水文比擬法

紅椿水文站有1978～2002年共25年實測洪水資料，其中1979年和1978年洪水為《陜西省洪水調(diào)查資料》上記載的2場歷史特大洪水資料。根據(jù)經(jīng)驗頻率計算成果，采用P—Ⅲ型曲線進(jìn)行配線，在適線時著重考慮中、上部的較大洪水點據(jù)，適當(dāng)考慮下端較小的洪水點據(jù)，確定的皮-Ⅲ型理論頻率曲線統(tǒng)計參數(shù)為：多年平均洪峰流量Qm=1 150 m3/s，變差系數(shù)CV=0.42，偏差系數(shù)CS=3.5Cv。紅椿水文站年最大洪峰流量頻率成果見表1，理論頻率曲線見圖3。

圖3 紅椿水文站年洪峰流量理論頻率曲線

表1 紅椿水文站年最大洪峰流量頻率分析成果表 m3/s

表2 紅椿電站場址處洪水成果(水文比擬法) m3/s

將紅椿水文站的洪水成果采用水文比擬法推算到電站的壩址和廠房處，成果見表2。

4.2 按經(jīng)驗公式法估算設(shè)計洪水

根據(jù)《安康地區(qū)實用水文手冊》介紹的洪峰面積相關(guān)法和綜合參數(shù)法估算壩址處和電站廠房的洪峰流量。

4.2.1 洪峰面積相關(guān)法

工程區(qū)屬于任洞區(qū)，按照《安康地區(qū)實用水文手冊》總結(jié)的該區(qū)洪峰面積相關(guān)法經(jīng)驗公式，計算電站壩址和電站廠房處的設(shè)計洪峰流量。成果見表3。

表3 電站場址處洪水成果(洪峰面積相關(guān)法) m3/s

表4 電站場址處洪水成果(綜合參數(shù)法) m3/s

4.2.2 綜合參數(shù)法

按照《安康地區(qū)實用水文手冊》以流域內(nèi)設(shè)計暴雨量和流域特征參數(shù)為基礎(chǔ)建立的多因素經(jīng)驗公式計算壩址處和電站廠房處的設(shè)計洪峰流量，成果見表4。用三種不同方法的計算到電站壩址處洪水成果列于表5。

4.2.3 洪峰流量成果的選用

由表5可以看出，這三種方法推算的壩址設(shè)計洪峰流量，水文比擬法成果介于洪峰面積相關(guān)法和綜合參數(shù)法兩種方法推算成果之間，與調(diào)查洪水相差不大，紅椿水電站與水文站的流域面積相差不過20%，且紅椿水文站洪水系列長，代表性較好，因此采用紅椿水文站的比擬成果作為電站的洪水成果。用水文比擬法推算到電站的廠址處的洪水成果見表6。

表5 不同方法計算的電站壩址洪峰量成果匯總表 m3/s

表6 電站廠址處洪水成果 m3/s

5 設(shè)計洪水過程線推求過程

5.1 典型洪水過程線的選擇

將紅椿水文站1979～2002年24 a的實測年最大洪峰流量和24 h和72 h的洪量進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)分別為0.93和0.91，說明洪峰和洪量的相關(guān)關(guān)系好，因此采用同倍比放大法來求得電站壩址處的設(shè)計洪水過程線。從紅椿水文站1979～2002年24年的實測年最大洪峰流量系列中，選擇洪峰流量較大的1983年7月31日洪水做為典型洪水過程線。1983年洪水具有峰高量大的特點，對紅椿水電站工程最為不利。

5.2 工程設(shè)計洪水過程線推算

工程設(shè)計洪水過程線按同倍比放大。將1983年7月31～8月2日典型洪水過程線按照工程所需的不同頻率進(jìn)行放大，所得的典型洪水過程線和工程設(shè)計洪水過程線見圖4。

圖4 紅椿水文站典型洪水和設(shè)計洪水過程線

圖5 紅椿水文站枯水期洪峰流量理論頻率曲線

5.3 分期設(shè)計洪水計算

本工程計劃采用枯水期進(jìn)行水下工程施工，根據(jù)施工組織設(shè)計及河流水文特性，將全年劃分為6個時段；分別為11月、12月、1月、2月、3月和4月。將紅椿水文站實測歷年6個不同時段的最大洪峰流量進(jìn)行經(jīng)驗頻率計算，再用皮-Ⅲ型理論頻率曲線適線求得各時段不同頻率的洪峰流量值，各個時段的理論頻率曲線見圖5，設(shè)計洪水計算成果見表7。紅椿電站壩址和水文站流域面積相差不大，直接采用紅椿水文站的分期設(shè)計洪水成果，用水文比擬法推算到廠址，成果見表8。

表7 紅椿水文站枯水期洪水成果表 m3/s

表8 紅椿電站廠址施工洪水成果表 m3/s

6 結(jié)語

渚河流域內(nèi)的紅椿水文站設(shè)立于1979年，紅椿水電站壩址和水文站流域面積相差不大，直接采用紅椿水文站的已有水文系列資料，同時參照《陜西省洪水調(diào)查資料》上已有的渚河紅椿水文站附近和設(shè)計壩址附近的歷史洪水調(diào)查資料；還采用了《安康地區(qū)實用水文手冊》上提供的推算設(shè)計洪水的經(jīng)驗公式和參(指)數(shù)，根據(jù)本流域的河道洪水具有陡漲陡落，過程較短，峰高但量相對不大且峰型尖瘦的特點，采用水文比擬法和經(jīng)驗公式法對設(shè)計洪水進(jìn)行了計算，直接采用紅椿水文站的分期設(shè)計洪水成果，用水文比擬法推算到廠址。同時將紅椿水文站1979～2002年24 a的實測年最大洪峰流量和24 h和72 h的洪量進(jìn)行相關(guān)分析，采用同倍比放大法來求得電站壩址處的設(shè)計洪水過程線，使用該方法推求設(shè)計洪水線結(jié)果合理，可作為設(shè)計依據(jù)，為同類工程設(shè)計和管理運行提供科學(xué)依據(jù)。

2016-10-08

白芬麗(1978-)，女，陜西白水人，工程師，主要從事農(nóng)田水利工程管理和維護(hù)工作。

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1004-1184(2017)01-0104-03