秦鎮(zhèn)灃惠低水頭水電站設(shè)計洪水分析

楊鈞博

（西安市太平河渠道管理中心 陜西 西安 710086）

1 概述

灃惠水電站位于灃河秦渡鎮(zhèn)處，灃惠水電站電站廠房位于灃河與其支流潏河交匯口下游150m處的灃惠渠秦鎮(zhèn)渠首大壩下游100m處，距西戶公路不足1km，交通方便。電站取水口以上流域面積1198km2，多年平均徑流量4.2億m3。灃河水力資源豐富，根據(jù)該水電站站址條件，擬引用灃惠渠退水修建一座低水頭引水式電站，總裝機300kW，保證出力31.5kW，多年平均發(fā)電量118萬kW·h。

2 氣象水文資料

灃河流域?qū)僦芯暥扰瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，在大氣環(huán)流和地形綜合作用下，春暖多風(fēng)，夏熱多雨，秋涼濕潤，冬寒少雪，四季分明。據(jù)西安氣象站觀測資料統(tǒng)計，年平均氣溫13.3℃，極端最高氣溫41.7℃，極端最低氣溫-20.6℃，全年無霜期236天，最大凍土深度45cm，全年平均風(fēng)速2.0m/s，最大風(fēng)速19.1m/s。流域多年平均降水量為806.6mm。

灃河于1935年在潏河與灃峪河交匯口上游戶縣秦鎮(zhèn)設(shè)立秦渡鎮(zhèn)水文站，分別設(shè)有灃峪河和潏河測流斷面，觀測有洪水、徑流、泥沙等水文資料。灃峪河測流斷面以上流域面積566km2，潏河測流斷面以上流域面積648 km2，1965年潏河測流斷面撤消并設(shè)立高橋水文站，控制流域面積632km2，1979年高橋水文站改為水位站。本次設(shè)計收集有潏河秦渡鎮(zhèn)（高橋）水文站1953年～1979年共27年實測徑流量資料及灃峪河秦渡鎮(zhèn)水文站1953年～2005年共53年實測徑流資料。

3 設(shè)計洪水分析

3.1 合成流量法計算設(shè)計洪水

3.1.1 洪峰流量合成方法

灃河秦鎮(zhèn)大壩位于潏河入?yún)R口下游，灃河在秦渡鎮(zhèn)以下沒有設(shè)立過水文站，無水文資料，本次將灃河干流秦渡鎮(zhèn)站洪水與支流潏河同次洪水錯開傳播時間相加合成，用合成的洪峰流量系列進行頻率分析計算，推求工程處的設(shè)計洪水。

根據(jù)流域水系分布特征，灃河干流秦渡鎮(zhèn)站以上河長比潏河短24.2km，平均比降比潏河大2.6倍，流域呈扇形，上游各峪洪水匯流集中，所以，秦渡鎮(zhèn)站以上洪水匯流時間較潏河短，洪水先于潏河洪水到達匯合口，洪峰時間一般相差約4h左右，一般情況是秦渡鎮(zhèn)站以上洪水洪峰流量與潏河基流或起漲段洪水過程疊加。

灃河秦渡鎮(zhèn)站1943年～1949年為秦渡鎮(zhèn)（三）站，距灃河與潏河交匯口為694m；1950年～1964年為秦渡鎮(zhèn)（四），距兩河交匯口為824m；1965年至今為秦渡鎮(zhèn)（五）站，距交匯口為800m。潏河1943年～1964年為秦渡鎮(zhèn)（二）站，距河口距離為0.5km；1965年至今為高橋站，距河口距離為7.0km。根據(jù)兩站不同時期的實測流量成果資料，采用τ=L/V公式計算測流斷面某流量于兩河口交匯處的傳播時間，分別建立兩站流量Q～傳播時間τ相關(guān)關(guān)系曲線，求得兩站不同時期各級流量洪水至潏河口的傳播時間。

3.1.2 洪峰流量合成

由于1943年～1954年灃河秦渡鎮(zhèn)（三）或（四）站、潏河秦渡鎮(zhèn)（二）站沒有洪水要素摘錄資料，本次采用同日洪峰流量相加合成；1955年～1964年根據(jù)兩站流量Q～傳播時間τ相關(guān)關(guān)系曲線，以灃河秦渡鎮(zhèn)（四）站洪峰流量和出現(xiàn)時間為依據(jù)，錯開傳播時間推求潏河秦渡鎮(zhèn)（二）站相應(yīng)流量，灃河秦渡鎮(zhèn)站洪峰流量加潏河相應(yīng)流量等于合成后的灃河洪峰流量。

表2 工程處不同頻率設(shè)計洪峰流量計算成果表

表3 設(shè)計洪峰流量計算成果匯總表

圖1 灃河潏河交匯口處歷年最大合成洪峰流量過程線

潏河高橋站1965年～1979年有流量資料，1980年～2008年只有水位資料。本次首先推求出高橋站水位～流量綜合關(guān)系曲線，再根據(jù)水位過程推求出與灃河秦渡鎮(zhèn)（五）站對應(yīng)的洪水流量過程。采用同樣方法進行洪峰流量合成。

經(jīng)過合成，灃河潏河交匯口處有1943年～2008年共66年的合成洪峰流量系列，另外還調(diào)查到1883年以來兩次較大的歷史洪水，這在大、中流域系較長資料系列，但對總體而言，仍為容量有限的樣本。繪制灃河潏河交匯口處歷年最大合成洪峰流量過程線圖，見圖1。

從圖1中可以看出，灃河潏河交匯口處合成洪峰流量系列已長達66年，基本上包括了豐、平、枯時段和各種來水組合，且又加入了歷史調(diào)查洪水，同時，洪水系列正遞序均值、變差系數(shù)Cv隨歷時變化也趨于穩(wěn)定，因此認(rèn)為該洪水系列具有較好的代表性。

3.2 水文比擬法推求設(shè)計洪水

灞河位于設(shè)計流域灃河?xùn)|側(cè)，為相鄰流域。灞河馬渡王站位于灞河中游，其控制流域面積由秦嶺北麓山區(qū)和渭河南岸平原兩部分組成，和灃河秦鎮(zhèn)大壩區(qū)段以上流域面積組成相似，故本次以灞河馬渡王站為參證站，采用水文比擬法推求工程處的設(shè)計洪水。

3.2.1 參證站設(shè)計洪水分析計算

根據(jù)馬渡王站1952年～2008年共57年洪峰流量系列，按照《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》（SL44—2006）推薦的方法，以年最大值法選樣，并加入1835年歷史調(diào)查洪水，按不連續(xù)系列進行頻率分析，洪水經(jīng)驗頻率采用數(shù)學(xué)期望公式進行計算，均值及變差系數(shù)Cv采用矩法計算，理論頻率偏態(tài)系數(shù)Cs按經(jīng)驗取Cv的倍比通過適線確定。經(jīng)過適線，求得灞河馬渡王站設(shè)計洪水頻率計算成果及統(tǒng)計參數(shù)，詳見表1。

3.2.2 工程處設(shè)計洪水計算

灃河潏河交匯口處的設(shè)計洪水以灞河馬渡王站為參證站，采用水文比擬法進行計算，計算公式為：

式中，Q工程處、Q參證站—分別為工程處和參證站灞河馬渡王站設(shè)計洪峰流量（m3/s）；

F工程處、F參證站—為工程處和參證站灞河馬渡王站控制流域面積（km2），分別為1253km2和1601km2。

經(jīng)過計算，得到灃河潏河交匯口處的設(shè)計洪水成果，詳見表2。

4 成果分析選用

將合成流量法和水文比擬法兩種方法計算成果匯總于表3。

從表中3可以看出，兩種方法計算的成果略有差異，但差異不大。考慮到水文比擬法參證站的流域面積與設(shè)計流域面積相差較大，且灞河馬渡王站控制流域面積內(nèi)平原面積的比例較灃河、潏河交匯口以下流域面積內(nèi)平原面積小，故洪水成果可能有一定的誤差，且水文比擬法成果值偏大；合成流量法采用了本流域兩個水文站的實測資料，兩站距匯合口的距離也很近，合成精度相對較好，計算時考慮了本流域的洪水特性，成果精度相對較高。經(jīng)分析比較，選擇合成流量法計算成果作為本次灃惠水電站洪水設(shè)計的依據(jù)。

灃惠電站廠房位于秦鎮(zhèn)大壩下游100m處，設(shè)計洪水洪峰流量采用潏河入?yún)R后灃惠渠渠首秦鎮(zhèn)大壩處的流量，即Q10%=840m3/s。

5 結(jié)語

合理確定設(shè)計洪水，對電站的安全運行具有重要意義。本文以秦鎮(zhèn)灃惠低水頭水電站為實例，根據(jù)設(shè)計洪水理論與實際資料，分別采用合成流量法和水文比擬法來進行設(shè)計洪水分析。將兩種方法的計算成果對比發(fā)現(xiàn)，水文比擬法與合成流量法的計算成果差異并不大，但由于前者存在參證站流域面積與設(shè)計流域面積相差較大等不利因素的影響，將會為算法帶來一定程度的計算誤差；而后者采用了匯合口就近兩個水文站的資料，并且考慮了本流域的洪水特性，使得算法具有了更高的精度，故最終選擇合成流量法的計算結(jié)果作為本站洪水設(shè)計的依據(jù)。

[1]水利部長江水利委員會水文局，水利部南京水文水資源研究所.水利水電工程設(shè)計洪水計算手冊[S].北京：中國水利水電出版社.1995.10.

[2]魏文秋，張利平.水文信息技術(shù)[M].武漢大學(xué)出版社.2003.02.

[3]黃振平.水文統(tǒng)計學(xué)[M].南京：河海大學(xué)出版社.2003.08.