秀水水庫擬建壩址河道徑流及洪水計算分析

劉星星

(邵陽市水利水電勘測設(shè)計院，湖南 邵陽 422000)

1 工程概況

秀水水庫位于湖南省邵陽市綏寧縣武陽鎮(zhèn)秀水村，位于邵陽市西部，屬亞熱帶季風氣候。綏寧縣縣總面積2927km2，轄8鎮(zhèn)9鄉(xiāng)，總?cè)丝?8.48萬。大壩距綏寧縣城51.8km，距武陽鎮(zhèn)6.8km，距邵陽市163km，交通較便利。本水利工程由大壩工程、輸水工程、交通工程及灌區(qū)配套工程等組成，以灌溉為主，兼有供水、防洪功能。工程等級為Ⅲ等，主要建筑物及擋水建筑物為3級建筑物，次要建筑物為4級建筑物，臨時性建筑物為5級建筑物。水庫校核洪水位563.45m、設(shè)計洪水位562.75m、正常蓄水位560.50m，相應(yīng)庫容分別為1330萬、1281萬、1118萬m3。

秀水水庫壩址位于資江水系蓼水支流秀水河下游，蓼水發(fā)源于發(fā)源于綏寧縣七坡山，流經(jīng)綏寧縣白里山等15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，于高沙鎮(zhèn)雙豐村雙江口匯入資水，全長97km，流域面積1141km2，河道平均坡降2.32‰。秀水屬蓼水一級支流，于資水上游匯入，發(fā)源于綏寧縣寶頂，流經(jīng)綏寧縣魚洞江、雙河橋、馬家灣、杉木沖、陶家在綏寧縣許江口匯入蓼水，流域面積41.3km2，河流長度21km，河流落差389m，河流坡降18.5‰。水庫壩址控制集雨面積36.8km2，壩址以上河道長15.0km，河道坡降20‰。流域上游無其他大中型水利工程，僅有一處裝機容量為400KW電站，電站無任何調(diào)蓄功能，上游的水利水電工程對秀水水庫的水文特性基本無影響。

2 徑流計算

2.1 徑流特征

工程收集到臨近威溪水文站1958—1994年37年的實測徑流資料和威溪水庫1995—2015年的實測蓄水量、來水量、出庫水量資料，利用威溪水庫相關(guān)歷史資料推求的威溪水文站的年徑流量成果。

威溪(一)站控制集雨面積110km2，威溪(二)站控制集雨面積89.8km2，威溪水庫控制集雨面積105km2，因收集到水文資料集雨面積相差不大，本次直接將威溪(一)站及威溪水庫徑流采用面積比相關(guān)到威溪(二)站，計算所得的威溪(二)水文站歷年徑流計算成果見表1。

表1 威溪水文站歷年徑流量成果表

2.2 徑流成果合理性分析

經(jīng)分析，威溪水文站年均徑流系列具有代表性和合理性，其中代表系列中豐水年19年，平水年17年，枯水年22年；本次計算時，收集威溪水文站(含一站和二站)資料時長為37年，其成果精度可靠；收集威溪水庫入庫流量觀測資料21年，有專門的觀測和檢驗人員，其入庫流量觀測成果較為可靠，收集的水文資料可靠程度較高；威溪水文(一)站、(二)站與威溪水庫均位于赧水一級支流玉溪河下游，控制集雨面積相差不大，上游除建有兩處徑流式電站外，無其他大型的水利工程和取用水戶，河道的產(chǎn)匯流條件基本一致，收集的水文資料具有良好的一致性。

由于威溪水文(一)站、(二)站與威溪水庫集水面積相差不大，流域各水文特性基本一致，因此可以利用威溪水庫1995—2015年的徑流資料，采用水文比擬法推求威溪水文站同時段徑流系列。點繪威溪水文站年徑流過程線如圖1所示，逆時序平均過程線如圖2所示。從逆時序平均過程線圖可以看出，當逆時序系列長度大于30年時，系列均值趨于穩(wěn)定，基本在平均徑流量0.96億m3上下波動。

圖1 威溪水文站年徑流過程線

圖2 威溪水文站年徑流逆時序平均過程線

2.3 參證站徑流計算

通過對威溪水文站水庫實測徑流資料進行分析計算，采用P-Ⅲ型曲線進行適線，計算威溪水文站各頻率年平均徑流設(shè)計值，結(jié)果見表2，徑流年內(nèi)分配情況見表3。

表2 威溪水文站年平均徑流設(shè)計值 單位：億m3

表3 威溪水文站多年平均年徑流月分配成果表

2.4 壩址徑流計算

壩址徑流計算根據(jù)威溪水文站的徑流計算成果，采用面積雨量比擬相關(guān)到秀水水庫壩址，計算公式如下：

式中，W壩、W威—秀水水庫壩址、威溪水文站徑徑流量，萬m3；F壩、F威—秀水水庫壩址、威溪水文站控制流域面積，km2；P壩、P威—秀水水庫壩址、武陽雨量站年平均降雨量、威溪水文站控制流域面積以上面雨量,mm。

秀水水庫壩址上游無水文觀測設(shè)施，利用附近的武陽雨量站資料作為流域上游的面雨量，經(jīng)統(tǒng)計計算武陽雨量站多年平均降雨量為1359.7mm，威溪水文站以上及流域周邊主要有汪家田、吳家坪、江口等雨量站及威溪水文站，其中吳家坪、江口及威溪站相繼在1995年停測，汪家田站一直觀測至今，有連續(xù)的觀測資料。經(jīng)計算，威溪水庫以上流域多年平均年降水量為1625.6mm。計算得出秀水水庫壩址徑流成果見表4，壩址年平均徑流分配成果見表5，90%代表年徑流分配成果見表6。

表4 秀水水庫壩址年平均徑流設(shè)計值

表5 秀水水庫壩址年平均徑流月分配表

表6 秀水水庫壩址P=90%代表年徑流月分配表

2.5 壩址徑流合理性分析

秀水水庫位于雪峰山脈南端與八十里大南山西北部的交接地帶，多年平均降雨量為1359.7mm，水庫壩址以上為山區(qū)，植被覆蓋率在85%以上，植被產(chǎn)流條件好，經(jīng)計算壩址上游多年平均產(chǎn)水量為3297萬m3，多年平均徑流深896mm。其臨近流域有洛口山水庫，該水庫控制集雨面積為31.4km2，根據(jù)洛口山水庫管理所提供的運行資料分析，水庫多年平均來水量有2800萬m3，其多年平均徑流深892mm；水庫所在流域下游蓼水干流有紅巖水文站(控制集雨面積694km2)，本次收集到了該水文站2004—2017年徑流成果，其平均徑流深為854.3mm。經(jīng)對比分析，秀水水庫壩址徑流計算結(jié)果基本合理。

3 洪水計算

3.1 洪水特性

秀水洪水均由降雨所造成，洪水特性和暴雨特性一致，每年3月起進入梅雨季節(jié)，水量明顯增大，4—7月為汛期，8月后水量漸小，為平枯水期。本流域暴雨成因，大多數(shù)為峰面雨，少數(shù)為臺風雨。天氣系統(tǒng)高空為低槽、低渦、切變線或低渦沿切變線活動，地面為靜止峰。年最大降雨量多發(fā)生在4—8月，尤以4—6月出現(xiàn)次數(shù)最多。

工程所在流域?qū)偕絽^(qū)性河流，洪水暴漲，變輻較大，一次大洪水過程1—2天，由于暴雨時空不同，洪水峰形有時呈單峰形，有時為復(fù)峰形，洪水從起漲到峰現(xiàn)通常在一天內(nèi)，有時僅幾小時。

3.2 秀水水庫壩址設(shè)計洪水

秀水水庫位于蓼水流域秀水支流上，缺乏完整的實測降雨、徑流資料，故本次水庫設(shè)計洪水計算采用洪水查算《湖南省暴雨洪水查算手冊》，利用臨近的武陽雨量站資料進行暴雨成果復(fù)核計算。

3.2.1設(shè)計暴雨

根據(jù)秀水水庫所處位置，查《湖南省暴雨查算手冊》得：流域中心最大24h點雨量均值98mm，Cv=0.4，Cs=3.5Cv。

根據(jù)對水庫臨近的武陽雨量站實測最大一日暴雨系列進行分析計算，計算成果見表7。

表7 武陽雨量站最大一日暴雨計算成果表

經(jīng)過計算，采用實測資料的計算成果較手冊查算成果在P=3.3%、P=2%及P=0.2%三種頻率的情況下，分別偏小1.11%、偏大0.88%、偏大0.86%。偏大設(shè)計暴雨值均偏大在5%以內(nèi)，說明手冊查算暴雨值較為合理，為安全起見，本次復(fù)核設(shè)計暴雨采用手冊計算的成果。

3.2.2設(shè)計洪水

壩址控制集雨面積36.8km2，壩址以上河長15.0km，河道坡降20.0‰，設(shè)計洪水利用《湖南省暴雨洪水查算手冊》，分別采用推理公式法及經(jīng)驗單位線法兩種方法計算，計算成果見表8。

表8 秀水水庫壩址設(shè)計洪水成果表 單位：m3/s

從表8中可知，兩種方法計算的洪峰差別較大，主要是采用經(jīng)驗單位線法計算洪水歷時較長，造成洪峰模數(shù)偏小，因此本次設(shè)計洪水計算考慮較為不利因素，選用推理公式法計算的成果作為本次的設(shè)計成果。壩址設(shè)計洪水過程線如圖3所示。

圖3 秀水水庫壩址設(shè)計洪水過程線

3.3 設(shè)計洪水成果合理性分析

通過對秀水水庫壩址設(shè)計洪水進行計算，30年一遇洪水洪峰模數(shù)為6.11m3/s/km2，50年一遇洪水洪峰模數(shù)為6.66m3/s/km2，500年一遇洪水洪峰模數(shù)為9.15m3/s/km2。臨近流域洛口山水庫控制集雨面積為31.4km2，干流長度16km，平均坡降27.3‰，計算其洪峰流量30年一遇、50年一遇、500年一遇分別為176、191、282m3/s，其洪峰模數(shù)分別為5.61、6.08、8.98m3/s/km2，經(jīng)比較，數(shù)值基本一致，計算成果基本合理，具體比較見表9。

表9 設(shè)計洪水成果比較表

4 結(jié)語

我國不少中小河流上測站稀少，缺乏實測資料。在工程區(qū)無水文觀測設(shè)施時，推求徑流量和設(shè)計洪水計算可選取臨近流域的水文站作為徑流計算的參證站。合適的參證流域應(yīng)具有長期的實測資料，并與設(shè)計流域的氣候條件、流域的下墊面情況極為近似。為提高可靠性，可通過各年水位流量關(guān)系的對比，上下游、干支流洪水過程對比，與鄰近河流的對比，暴雨與洪水徑流的對比來進行審查。為提高推算精度，最好進行徑流的直接觀測，即使是短期觀測也大有益處。總體說來，本文計算所得秀水水庫擬定壩址徑流量和設(shè)計洪水計算成果符合地區(qū)分布規(guī)律，年徑流成果基本合理，對徑流和設(shè)計洪水的計算研究有一定的參考意義。