林口水库设计洪水分析计算.docx
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林口水库设计洪水分析计算
林口水库设计洪水分析计算
摘要:
采用水文比拟法、地区综合法、洪水调查法、《云南省暴雨径流查算图表》及云南省新等值线查算法4种方法，对林口水库坝址处洪水进行分析计算，经过对洪水成果合理性分析比较，最终选用《云南省暴雨径流查算图表》及云南省新等值线查算的相关参数计算出的洪水成果作为林口水库坝址设计洪水成果，为林口水库的建设提供了基础性参考数据。
关键词:
林口水库；设计洪水;分析计算
1水库概况
泼机河流域位于东经104°53′～105°04′、北纬27°22′～27°34′之间，乌蒙山区东南部，地处云贵高原和四川盆地交接地带，全流域在云南省昭通地区镇雄县境内（如图1）。
泼机河发源于镇雄县境内大擢魁乡的大海子梁子，自西北向东南6.5km处纳入胡家山溪，再向西南约4km处纳入堰沟河，往东南经塘房纳入林口河，经土地庙（河口）、堵勒坪、王家院子至泼机镇后向东南的二龙关出县汇入贵州省毕节县六冲河（如图2）。
泼机河属乌江水系的三级支流。
泼机河注入六冲河，六冲河注入鸭池河，鸭池河注入乌江。
泼机河流域主河道长31km，流域面积218km2，天然落差440m，平均比降14.2‰。
流域地势北高南低，属高图1林口水库工程项目位置示意图原中山地貌，构造侵蚀较弱，相对高差在300m左右，流域平均海拔高程约1650m，最高点为2213.5m的摆洛大山，最低点为泼机河与六冲河汇口处，海拔1400m。
泼机河流域上游属高山峡谷丘陵地貌，土地贫脊。
大部分耕种面积为25度以上的坡地。
中下游河谷一带地形开阔平缓，气候温和，土壤肥沃。
流域内土地垦殖率高，植被较差，水土流失严重。
林口水库位于镇雄县塘房乡泼机河的支流林口河上，距镇雄县城20km。
是云南华电镇雄坑口火电厂一期工程专用配套水库，其功能为单一的电厂供水。
林口水库供水保证率97%，年平均供水流量0.653m3/s，设计年供水量1603万m3。
水库最大坝高74.00m，坝顶宽8m；死水位为1548.80m，死库容221.64万m3；正常蓄水位为1581.50m，正常库容1514.74万m3；设计洪水位1582.94m，校核洪水位1584.50m，总库容1725.38万m3。
兴利库容1293.1图2镇雄电厂林口水库流域水系示意图万m3，设计洪水重现期为50年一遇洪水；校核洪水重现期为1000年一遇洪水。
2水文分析计算
针对泼机河流域暴雨洪水情况，进行水库影响范围内相应断面的洪水定量分析。
泼机河流域面积218km2，平均比降14.2‰，林口水库流域内的河流为地表水系，水库坝址以上流域面积55.4km2，平均比降48.2‰。
因评价流域没有实测洪水资料，所以，坝址洪水计算方法采用水文比拟法、地区综合法、洪水调查法、《云南省暴雨径流查算图表》[1]及云南省新等值线查算法4种方法经综合分析后合理取值。
2.1暴雨洪水特性
泼机河流域洪水由暴雨形成，与暴雨发生时间相一致。
流域内洪水多集中于5月～9月，有明显的季节性。
《昭通地区水文特性研究》[2]显示，泼机河流域洪水过程以单峰尖瘦型为主，洪水陡涨陡落，洪水过程一般历时6小时～24小时。
泼机河流域内无实测洪水资料，从水文、气象成因等各方面分析，泼机河流域与洛甸河流域的洪水特性是比较相似的，因此，泼机河流域的相关洪水特性以邻近的洛甸河水文站实测洪水资料为代表进行分析，据洛甸河站1962年～2008年洪水资料统计，多年平均年洪峰流量为242m3/s，洪峰模数为0.333m3/s/km2，实测最大年洪峰流量为422m3/s，最小年洪峰流量为96.7m3/s，最大、最小值之比为4.4；年最大洪峰流量一般出现在5月～9月，7月份发生次数最多，与一日最大暴雨的发生时间是相应的；泼机河洪水过程与洛甸河洪水过程基本一致，以单峰尖瘦型为主，洪水陡涨陡落，洛甸河站洪水一般历时1天～5天。
泼机河流域洪水过程也以单峰尖瘦型为主，洪水陡涨陡落，洪水过程一般历时6小时～24小时。
洛甸河站年洪峰出现频次统计见表1。
表1镇雄站、洛甸河站最大日降水发生频次统计表
站名
项目
月份
5月
6月
7月
8月
9月
10月
总计
镇雄
气象站
最大日降水
出现次数（次）
1
14
14
12
5
0
46
百分比（%）
2.17
30.4
30.4
26.1
10.9
0
100
蚂蝗田
雨量站
最大日降水
出现次数（次）
1
4
5
4
1
0
15
百分比（%）
6.67
26.7
33.3
26.7
6.67
0
100
洛甸河
水文站
最大日降水
出现次数（次）
4
9
19
11
5
0
48
百分比（%）
8.33
18.8
39.6
22.9
10.4
0
100
年最大洪峰
出现次数（次）
2
11
21
11
3
0
48
百分比（%）
4.17
22.9
43.8
22.9
6.25
0
100
2.2坝址洪水计算
泼机河流域没有实测洪水资料，林口水库坝址洪水主要通过暴雨资料及洛甸河水文站洪水资料来推求。
计算时采用了水文比拟法、地区综合法、洪水调查法、《图表》及云南省新等值线查算法4种方法进行推求。
2.2.1水文比拟法
（1）参证站选择与资料分析
昭通市东部小流域站点较少，只有洛甸河、胡家山、田坝等小流域站。
胡家山、田坝水文站均属于专用水文站，只有短期的暴雨、洪水资料；洛甸河水文站具有较长系列的水文资料，且距离设计流域较近，气候条件基本一致，因此可以移用其洪水统计参数于林口水库。
洛甸河水文站是省级重要站，径流面积726km2，河长34.6km，平均比降10.3‰。
该站于1960年8月1日由云南省农业厅水利局设立，1964年1月由云南省水文水资源局领导至今。
观测项目有降水、水位、流量等，有实测资料49年，均达到《水文年鉴》的刊印要求，实测资料精度较高。
洛甸河水文站自建站以来，水文测验断面和有关项目的观测场地未曾改变，水文站测验断面以上的人类活动不频繁，流域内仅有两座水库控制面积仅占洛甸河水文站径流面积的2.0%，调节能力有限，对洛甸河水文站以上洪水影响不大。
流域内还有为数较少的水力发电站，均是无调节引水式电站，对洪水无影响。
由此说明人类活动对洪水影响甚微，洛甸河水文站的资料具有一致。
从洛甸河水文站1961年～2008年共48年实测洪水资料的均值、Cv值逆时序累进曲线和差积曲线可看出，洛甸河站实测48年洪水资料具有较好的代表性。
（2）水库设计洪峰流量推求
根据洛甸河水文站1961年～2008年共48年的实测洪水资料加入调查洪水，按经验频率公式[3]：
P=a/（N+1）+（1-a/（N+1））×（m-L）/（n-L+1）
（1）
计算频率（a为调查历史洪水3个，N为调查历史洪水排位期，m为洪水序号，n为实测洪水个数，L为实测系列中提出的大洪水个数为0），用矩法公式计算统计参数，然后采用P-Ⅲ型曲线进行适线，在参数优选的基础上按适线法调整，洛甸河水文站年洪峰流量频率统计参数及频率成果为：
多年平均洪峰流量268m3/s，Cv=0.99，Cs=4.0Cv。
按日暴雨（Pd参=73.3mm，Pd设=74.5mm）、面积（A参=726km2，A设=55.4km2）、河道比降（S参=10.3‰，S设=48.2‰）、流域形状系数（B参=0.606，B设=0.283）比指数分别为1.15、2/3、1/4、1/3改正为设计流域的洪峰。
用矩法公式计算洛甸河站24h洪量系列统计参数，然后采用P-Ⅲ型曲线进行适线，在参数优选的基础上按适线法调整，多年平均24h洪量1701万m3，Cv=0.78，Cs=3.5Cv。
按面积比的0.95次方并按日暴雨量级进行修正，计算得设计流域的多年平均24h洪量。
洪峰与洪量的离势系数（Cv）均移用参证站的Cv，即CvQ=0.99，CvW=0.78。
偏态系数Cs洪峰的倍比为4倍，洪量为3.5倍。
从而得到林口水库坝址的各频率设计洪水成果，见表2。
表2移用洛甸河站成果的林口水库坝址设计洪水
单位：
洪峰（m3/s）、洪量（104m3）
站名
统计参数
设计洪峰流量、设计24h洪量
项目
洪峰均值
Cv
Cs/Cv
P=0.1%
P=0.2%
P=0.33%
P=0.5%
P=1%
P=2%
P=3.3%
P=5%
P=10%
P=20%
洛甸河站
洪峰
268
0.99
4.
14
30
洪量
1701
0.78
3.5
10760
9598
8781
8072
6934
5813
5036
4370
3319
2329
水库坝址
洪峰
56.1
0.99
4.0
513
446
410
360
297
239
204
163
112
69.1
洪量
150.0
0.78
3.5
949.2
846.5
774.4
711.9
611.5
512.7
444.2
385.4
292.7
205.4
2.2.2地区综合法
根据《昭通地区水文特性研究》中有关洪水计算的研究，其经概化后计算最大洪峰流量均值的公式为：
（2）
Pd=ηP日（3）
式中：
——设计流域的最大洪峰流量均值（m3／s）；
C——反映流域地理特性等的综合系数；
Pd——平均最大一日面暴雨量（mm）；
F——设计流域的流域面积（km2）；
n——洪峰均值的面积修正指数，n=0.75；
η——暴雨点～面折减系数；
P日——最大一日暴雨均值（mm）。
经《昭通地区水文特性研究》的C值等值线图查算的林口水库坝址以上流域的C值为0.039。
据云南省暴雨洪水查算手册查算，泼机河流域的最大一日暴雨量点～面折减系数为η=0.921。
而平均最大一日面暴雨量的计算有三种途径：
（1）以位于水库南侧（下游）的蚂蝗田雨量站1989年、1995年～2008年15年日暴雨资料，不满足规范规定的30年资料系列要求，水库附近最长的暴雨资料为洛甸河水文站（1961年～2008年），按同步资料系列均值比例系数将蚂蝗田站短系列暴雨资料均值订正为长系列暴雨资料均值。
蚂蝗田站1989年、1995年～2008年日暴雨均值68.9mm，同步的洛甸河站78.0mm，P蚂/P洛=0.883，按比例系数推求蚂蝗田站1961年～1988年、1990年～1994年的日暴雨均值为62.9mm。
计入实测资料后，蚂蝗田站1961年～2008年48年日暴雨均值为64.8mm，见表3。
表3蚂蝗田站日暴雨系列订正表
年限
站名
1989、1995～2008
1961～1988、1990～1994
1961～2008
洛甸河（mm）
78.0
71.2
73.3
蚂蝗田（mm）
68.9
62.9
64.8
蚂蝗田站多年平均最大一日降水均值P日=64.8mm为代表点，按点面暴雨折减系数0.921计算得林口水库坝址以上流域最大一日面暴雨量为Pd=59.7mm。
（2）查《昭通地区水文特性研究》中昭通地区最大一日降水量等值线图，得林口水库坝址以上流域点暴雨均值P日=75.5mm，折减后Pd=69.5mm。
（3）查《云南省暴雨统计参数图集》（以下简称“新等值线”）最大24h降水量等值线图，得林口水库坝址以上流域点暴雨均值P24h=74.5mm，换算为P日=65.9mm，折减后Pd=60.7mm。
查算《昭通地区水文特性研究》，林口水库坝址以上流域洪水的变差系
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