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水文

水文气象

2.1流域概况

布那额河地处鄂西南的武陵山区恩施自治州鹤峰县境内，位于东经109°45′~110°01′、北纬29°48′~30°02′之间，属氵娄水上游右岸的一级支流，发源于恩施自治州鹤峰与宣恩县交界太平乡文家河。

河流呈东西向，自西向东北流经太平乡，在左岸八家河纳入支流许老河后，河流南折经北佳镇、蓉美镇于鹤峰县城鹤峰水文站下游2km处汇入溇水。

其主要支流有小干溪、大溪、许老河、田家河、五马溪，河流全长41.4km，流域面积373.4km2，平均坡降9.3‰。

布那额河地势西北高，东南低，西临酉水上游的白水河。

西面分水岭一天门最高海拔高程为1920m，一般均在1700m左右，河流总落差728m。

两岸小支密布，河谷深切，基岩裸露，岩溶地貌发育，约占流域总面积的1/5。

上游高山峻岭人烟稀少，中、下游山间台地稍有农田种植，故人类垦植对自然环境影响不大。

森林覆盖率约为60%，植被良好，泥沙来源不多。

布那额河一级水电站工程，坝址位于下游北佳镇柳月坪村，下距在建工程二级水电站坝址约8.7km，距布那额河口12.3km，控制集水面积303.4km2。

坝址以上河长29.1km，河流平均坡降13.1‰，总落差658m。

流域水系见图“芭—可—水文—01”。

氵娄水流域属亚热带湿润气候，支流布那额河雨量充沛，气候温和。

因流域内无气象台站，故依据附近的鹤峰气象站观测资料统计，多年平均气温15.4℃，极端最高气温40.7℃（1959年8月23日），极端最低气温-10.1℃（1977年1月30日）。

其气象特征值见表2.1-1。

表2.1-1鹤峰县气象站气象要素统计表

项目

单位

鹤峰

多年平均降水量

mm

1684.5

历年最大1d降水量

mm

277.8

多年平均蒸发量

mm

1000.5

多年平均气温

℃

15.4

历年极端最高气温

℃

40.7

历年极端最低气温

℃

-10.1

多年平均相对湿度

%

81

多年平均风速

m/s

0.6

历年最大风速/风向

m/s

14.0/ENE

流域降水受山区地形及山地影响，有随地势增高而递增的特征。

经统计（1962~1985年）流域多年平均年降雨量1986.4mm，鹤峰站以上流域多年平均年降雨量1770.6mm（1961~1985年）。

年月降雨量见表2.1-2。

表2.1-2鹤峰、布那额河一级坝址流域年、月平均降雨量表

地址

各月平均（mm）

年平均

（mm）

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

十一

十二

鹤峰

30.7

40.3

79.1

158.1

225.2

277.6

323.4

211.5

180.4

134.1

74.4

35.9

1770.6

一级坝址

34.8

41.4

86.4

179.6

250.9

297.5

357.4

235.3

228.8

154.6

80.3

39.4

1986.4

由上表可见流域内降雨量主要集中在4~10月，约占全年降雨量的85.6%，尤以7月份为多，是流域暴雨多发季节。

设计流域内无雨量站，但流域周边有鹤峰、太平镇、中营、雪落寨等雨量站；鹤峰站以上流域内有中营、坪山、燕子坪、大坪等雨量站，基本能控制流域降雨。

2.2基本资料

布那额河流域无实测水文资料。

邻近氵娄水干流鹤峰水文站为本工程水文设计的依据站，现观测雨量、水位、流量。

2.2.1鹤峰站

设立于1959年，位于鹤峰县城关，下距布那额河支流汇合口2km,控制流域面积647.3km2。

1960年1月开始观测水位、流量，至1998年共收集有39年流量资料。

1990年6月在该站上游55km处的氵娄水支流九峰桥河上建有桃花山（一级）水电站，控制流域面积122.4km2，电站厂房位于相邻支流南渡江上，据推算1960~1992年多年平均流量4.49m3/s，电站一期装机2×6MW,二期装机2×8MW，发电尾水流量将由南渡江于鹤峰县城下游40km处汇入氵娄水干流。

经鹤峰站实测1960~1998年资料统计（其中1990年6月开始已考虑桃花山电站发电流量后的径流还原成果）,多年平均流量为23.9m3/s,多年平均径流量为7.54亿m3。

该站1964年5月增设泥沙测验（已刊印），1968年停止泥沙测验。

2.2.2历史洪水

该站历史洪水曾于1972年由湖北省及湘水电院组织进行调查，1974年又进行复查。

依据所在澧水流域1986年刊布的“湖南省洪水调查资料”中鹤峰站洪水调查资料汇编成果反映共调查年份有1788年（清乾隆五十三年五月二十二日）、1909年（宣统元年）、1911年（宣统三年）、1912年（民国元年）、1930年（民国十九年）、1935年（民国二十四年）、1949年、1955年等。

1962年为实测最大洪水，调查点据较多、可靠性较好，可作为各年历史洪水换算的依据。

鹤峰站历史洪水汇编成果见表2.2-1。

表2.2-1鹤峰站历史洪水调查汇编成果表

年份

1788

1909

1911

1912

1935

1949

1955

1930

1962

水位（m）

491.52

489.73

487.96

487.17

486.77

486.40

486.33

486.15

485.39

流量（m3/s）

5140

4110

3210

2830

2640

2450

2420

2330

1960

历史洪水重现期：

1788年（清乾隆五十三年）洪水，据鹤峰县志记载“山水泛滥，无岁无之。

惟清乾隆五十三年五月二十二日廓外西亍冲去民舍数十间，历年未有”；湖南慈利及湖北长阳、宜都等县均有该年洪水记载。

该年洪水为1788年以来的特大洪水，重现期为212年。

1909年洪水：

为仅次于1788年的第二大洪水。

按1788年以来的第二位处理，重现期为106年。

1911年洪水：

按1909年以来的第二位推算，重现期为46年。

其余各年洪水即按1909年以来的3~7位，重现期分别为30年、23年、18年、15年、13年。

1911~1955年各年洪水量级相差不大，且发生次数较频繁，重现期按1909年以来的同一量级考虑是较合适的。

2.3径流

2.3.1坝址径流推算

布那额河属山溪性河流，径流主要由降雨所至。

布那额河流域无实测径流资料，径流系列是依据布那额河口附近溇水干流鹤峰站1960~1998年实测径流资料，以流域面积比和雨量比（1962~1985年资料）为参数推算。

其中，1962~1985年各年借用两流域各月实测雨量比值推算；1960~1961年、1986~1998年因受资料条件所限，均借用1962~1985年多年平均月雨量比推算，经由1962~1985年坝址多年平均流量用两种方法推算比较，成果仅差1.5%，可见采用此法推算的坝址径流可行。

由此统计得布那额河一级坝址多年平均流量为12.6m3/s，平均年径流量3.97亿m3。

鹤峰站及布那额河一级坝址年、月平均流量见表2.3-1

表2.3-1鹤峰站及布那额河一级坝址、年、月平均流量表

地址

各月平均流量（m3/s）

年平均

（m3/s）

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

十一

十二

坝址

2.50

3.88

7.77

13.1

18.9

22.0

30.5

15.8

15.6

11.1

6.99

3.02

12.6

鹤峰

4.71

7.94

14.6

25.1

37.5

45.7

56.1

27.5

27.6

20.2

13.0

5.73

23.9

由上表可见，由鹤峰站推算的多年平均流量系列中，径流年内分配主要集中在汛期（4~10月），约占全年径流量的84.6%，11~3月为枯水期，其径流年内分配基本与流域降雨量年内分配相吻合。

推算的坝址径流系列具有一定的代表性，基本能反映本流域的降雨量特征。

2.3.2径流系列代表性分析

依据鹤峰站1960~1998年39年系列中共出现1964年、1980年、1983年、1998年等丰水年和1966年、1981年、1988年及1992年、1994年等枯水年，由该站年径流差积曲线分析，1960~1971年为丰水年，1972~1984年为高位平水振荡年，1985~1997年为逐渐下降的枯水年。

经历了一个完整的丰-平-枯水过程，且连续最枯段发生在1992~1994年，流量的年际变化反映该站径流系列具有一定的代表性。

2.3.3鹤峰站年径流频率统计

鹤峰站1960~1998年共39年径流系列的各年流量经验频率采用式

计算，以P~

型曲线适线外延。

年径流频率成果见表2.3-2和图“芭-可-水文-02”。

表2.3-2鹤峰站年径流频率成果表

参数

各频率（P%）流量（m3/s）

Cv

Cs/Cv

1

2

5

10

20

50

75

90

95

24.1

0.26

2.5

41.7

39.0

35.4

32.5

29.2

23.4

19.5

16.6

15.2

2.4洪水

本流域无实测流量资料，坝址设计洪水推算方法与径流一致，也是由邻近溇水干流鹤峰站设计洪水移置法和设计流域暴雨洪水法多种方法推算。

2.4.1暴雨洪水法

设计流域周边有鹤峰、太平镇、雪落寨、沙坪、中营等雨量站，收集资料至1998年，分别有34~37年资料。

统计年最大1h、6h、24h设计点暴雨量，采用“湖北省暴雨洪水查算图表”法中的该区点面系数求得设计面暴雨。

暴雨产汇流计算采用“省图表”中的瞬时单位线法推算坝址设计洪水，成果见表2.4-1。

鹤峰站暴雨洪水法成果沿用布那额河二级水电站可研阶段设计成果。

表2.4-1鹤峰站、坝址暴雨洪水成果表

站名

各频率（P%）设计洪峰流量（m3/s）

备注

0.05

0.1

0.2

1

2

-

鹤峰

-

4092

-

2790.5

-

采用布那额河二级水电站可行性研究阶段成果

一级坝址

2770

2570

-

-

-

本次成果

2.4.2鹤峰站设计洪水移置法

2.4.2.1鹤峰站设计洪水

鹤峰站实测流量资料为本坝址推算洪水的依据。

据鹤峰现有的1960~1998年39年资料分析，溇水上游河流自4月份开始进入汛期，年最大洪水均发生在5~9月份，其中6~8月份为主汛期，年最大洪水发生机率为72%，5月份虽有少数年份发生过年最大洪水但量级都较小，10月份后退出汛期；11~3月为非汛期。

一次洪水过程为2天左右，峰型多以双复峰为主，约占较大洪水的80%。

峰、量频率统计：

鹤峰站有1960~1998年的39年实测洪水及调查到的历史洪水资料组成的不连序系列。

历史洪水按大小顺序排位为1788年、1909年、1911年、1912年、1935年、1949年、1955年、1930年，其中1962年洪水提为历史洪水处理。

本次经对该站实测系列的各年最大、次大洪水的洪峰及最大W24h、W72h洪量统计及相应的Q~W24h~W72h相关关系分析，以峰型为参数所作的峰、量相关关系较好。

历史洪水各年相应各时段洪量由峰、量关系线的平均型关系线插补。

以独立取样法分别组成年最大洪峰流量及各时段洪量的不连序系列。

实测系列按式

计算经验频率，历史洪水经验频率按式

计算，由三点法计算统计参数，P~

型适线外延推算设计洪水，成果见表2.4-2和图“芭-可-水文-03~05”。

表2.4-2鹤峰站设计洪水成果表

项目

各频率（P%）设计值

0.05

0.1

0.2

0.5

1

2

5

10

Qm（m3/s）

7210

6480

5770

4830

4140

3440

2560

1910

W24h（亿m3）

2.53

2.31

2.08

1.77

1.54

1.32

1.02

0.802

W72h（亿m3）

4.31

3.98

3.60

3.08

2.71

2.32

1.82

1.45

设计洪水成果合理性分析：

鹤峰站历史洪水采用“湖南省洪水调查资料”刊布成果和实测流量刊印资料，精度可靠且具有39年系列已满足规范要求。

从本站设计峰、量成果比较，关系线变化趋势合理，均值随着历时的增加而逐渐增大，CV值随历时的增长而减小。

设计成果经与溇水下游红花岭、江垭坝址、长潭河站设计洪水成果对照，其参数变化较合理，模数由上游向下游递减，设计值变化规律符合流域暴雨特性，故此认为鹤峰站设计洪水成果较为合理。

有关参数见表2.4-3。

表2.4-3氵娄水上下游各站设计洪水参数比较表

河名

站址

集水面积

（km2）

均值

Cv

Cs/Cv

Q（m3/s）

M（m3/s）

溇水

鹤峰

647.3

911

1.41

0.90

3.0

红花岭

2393

2780

1.16

0.48

3.0

江垭坝址

3711

3560

0.96

0.49

3.5

长潭河

5018

4110

0.82

0.47

3.5

综上所述，从鹤峰站不同方法计算的设计洪水成果比较，以频率为P%=1，P%=0.1的洪水为例，洪峰相差48.4%及58.4%，显然暴雨洪水法成果经实测流量系列验证精度较差，不予采用。

2.4.2.2一级坝址设计洪水

坝址设计洪水：

经过鹤峰站不同方法计算的设计洪水成果分析比较，认为暴雨洪水法计算的成果精度较差，故坝址设计洪水推荐采用鹤峰站设计洪水移植法成果。

即鹤峰站的设计洪峰以流域面积比的2/3次方，各时段洪量以流域面积比的一次方及流域平均降雨量比为参数推算得布那额河一级坝址、二级坝址设计洪水。

成果见表2.4-4。

表2.4-4布那额河一级坝址、二级坝址设计洪水成果表

站址

项目

各频率（P%）设计值

0.05

0.1

0.2

0.5

1

2

5

鹤峰

Q（m3/s）

7210

6480

5770

4830

4140

3440

2560

W24h（亿m3）

2.53

2.31

2.08

1.77

1.54

1.32

1.02

W72h（亿m3）

4.31

3.98

3.60

3.08

2.71

2.32

1.82

一级

坝址

Q（m3/s）

4350

3910

3480

2910

2500

2080

1540

W24h（亿m3）

1.32

1.20

1.08

0.922

0.802

0.687

0.531

W72h（亿m3）

2.24

2.07

1.87

1.60

1.41

1.21

0.948

二级

坝址

Q（m3/s）

4640

4170

3710

3110

2660

2210

1650

W24h（亿m3）

1.45

1.32

1.19

1.02

0.883

0.757

0.585

W72h（亿m3）

2.47

2.28

2.06

1.77

1.55

1.33

1.04

设计洪水过程线：

从鹤峰站1960~1998年实测洪水过程中选用1962年7月7日、1969年7月11日、1998年8月3日三次不同峰型，峰高、量大较为恶劣的洪水过程为典型，按峰、量同频率控制放大，经水库调洪演算后采用1962年7月洪水过程，设计洪水过程线见表2.4-5和图“芭-可-水文-06”。

表2.4-5布那额河一级电站坝址设计洪水过程线表（1962年7月）

时序

时间

各频率（%）流量（m3/s）

时序

时间

各频率（%）流量（m3/s）

（h）

日

时

0.05

1

2

（h）

日

时

0.05

1

2

0

6

9

438

287

245

37

22

855

523

453

1

10

467

307

261

38

23

781

489

424

2

11

503

330

282

39

8

0

728

456

395

3

12

532

350

298

40

1

718

455

394

4

13

519

341

291

41

2

718

454

393

5

14

506

332

283

42

3

720

453

392

6

15

492

323

276

43

4

722

454

393

7

16

458

300

256

44

5

723

455

394

8

17

423

278

237

45

6

725

456

395

9

18

398

261

223

46

7

786

483

418

10

19

378

248

211

47

8

839

516

447

11

20

356

234

199

48

9

880

546

467

12

21

335

216

187

49

10

748

364

311

13

22

346

219

193

50

11

619

298

267

14

23

356

226

199

51

12

491

246

223

15

7

0

368

234

206

52

13

402

232

211

16

1

376

239

211

53

14

360

218

199

17

2

386

245

216

54

15

331

189

187

18

3

395

251

221

55

16

302

175

175

19

4

404

257

226

56

17

307

191

188

20

5

414

268

232

57

18

330

222

202

21

6

472

289

237

58

19

380

264

238

22

7

534

394

336

59

20

459

306

273

23

8

1070

671

581

60

21

623

477

406

24

9

1710

1170

1010

61

22

623

477

406

25

10

2430

1530

1320

62

23

703

569

485

26

11

3090

1940

1680

63

9

0

964

725

619

27

12

4350

2500

2080

64

1

1150

809

690

28

13

3830

2030

1760

65

2

1050

743

633

29

14

2890

1650

1430

66

3

915

631

538

30

15

2230

1310

1130

67

4

815

565

482

31

16

1810

1110

964

68

5

714

498

425

32

17

1490

963

834

69

6

614

433

369

33

18

1310

813

704

70

7

554

393

335

34

19

1140

727

630

71

8

495

355

303

35

20

1040

642

556

72

9

435

315

269

36

21

953

556

482

2.4.3施工洪水

根据施渡汛要求，拟定提供施工时段为“10月1日~4月30日”、“10月16日~4月15日”、“11月1日~3月31日”、“11月1日~4月30日”及汛期4、5、6、7月分月设计洪水。

依据鹤峰站1960—1998年39年实测系列，采用独立取样法，各年经验频率值由式P=m/（n+1）×100%计算，P—Ⅲ型适线，三点法计算统计参数，分别计算上述各时段设计洪水，以流域面积比的2/3次方推算得坝址施工设计洪水，成果见表2.4-6。

表2.4-6坝址施工设计洪水成果表

时段

各频率（%）洪峰流量（m3/s）

备注

1

2

5

10

20

33.3

此成果由鹤峰站成果插补所得

11月01日～3月31日

—

195

147

110

76.6

53.5

10月16日～4月15日

—

217

174

141

107

82.1

10月01日～4月30日

—

397

313

250

187

141

11月01日～4月30日

—

267

222

185

147

116

4月

291

255

207

169

130

—

5月

549

480

386

314

238

—

6月

821

724

593

491

384

—

7月

1690

1440

1100

851

599

—

2.5泥沙

布那额河流域内无泥沙实测资料。

一级坝址泥沙目前拟沿用下游二级坝址可研设计成果。

即借用清江恩施站年均悬移质含沙量0.539kg/m3，推移质为悬沙的20%估算。

一级坝址多年平均悬移质输沙量21.4万t，多年平均推移质输沙量4.28万t，年总输沙量25.7万t。

泥沙容重1.3t/m3，折算水库年淤积总量为19.8万m3。

2.6坝址、厂址水位流量关系曲线

2.6.1坝址水位流量关系曲线：

坝址处无实测水文资料，本次在上、下坝线间河段内施测坝水1~3条河道横断面，坝水1与坝水2断面间距90m，坝水2与坝水3断面间距69m。

坝水3断面距下坝线35m，此段河底坡降较平顺。

河段H~Q关系曲线由水力学公式Q=

AR2/3I1/2（m3/s）推算，式中水力参数n根据实地河床质组成情况拟定为0.04,河底坡降系实测，为7.5‰。

坝址水位流量关系曲线采用坝水3断面水位流量关系曲线，成果见表2.6-1。

表2.6-1坝址（坝水3断面）水位流量关系曲线

水位（m）

539.8

540.0

540.5

541.0

541.5

542.0

542.5

543.0

544.0

545.0

流量（m3/s）

0

1.1

9.05

23.0

50.7

86.8

132

191

335

510

水位（m）

546.0

547.0

548.0

5