水库开发建设项目可行性研究报告.docx
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水库开发建设项目可行性研究报告
2．水文、气象
批准：
吴生平
审核：
李建坤
校核：
钟向伟
编写：
王淑云
参加设计人员：
马军钟向伟杨俊
汤友如钟霞王淑云
2．水文、气象
2.1流域概况
XX水库位于XX水系北江二级支流长乐水的上游，XX县辖的东风乡、XX乡境内，坝址位于东风乡菜子冲的下燕，东经112°45′48″，北纬25°1′21″。
距XX县城72km。
长乐水又名乐水河，在XX乡分为南北两源。
南源为干流，发源于XX县XX的白公坳，流经XX县的XX、东风、黄沙、长村、一六、粟源等乡镇，在广东省坪石镇企头坪汇入武水。
干流长115km，流域面积1195km2。
XX水库大坝（上坝址，亦称下燕坝址）控制流域面积230km2，干流长36.7km，干流平均坡降21.9‰。
库区四周丛山环抱，西南高，东北低。
流域内坡降大，水流湍急，流域内以韭菜岭海拔1902m为最高，地面最大高差为1600m，溪沟发育为丛山地貌，上游地表有茂密的森林覆盖，植被较好，是我省南部著名的XX林区，中下游为丘陵区，植被较差。
XX水库坝址上游有林子坪水库，集雨面积15.9km2，水库正常蓄水位846m（假设标高，相当黄海标高为1257.031m），相应库容为547.3万m3，总库容为570万m3，调节库容为493.68万m3，属年调节水库。
林子坪水库仅占XX坝址流域面积6.9%，且其调节库容较小，对XX水库的径流洪水影响较小。
流域水系见图2-1。
2.2气象
XX水库地处中亚热带季风湿润气候区，气候温和，雨量充沛。
因受高山地貌和季风影响，气候多变，降雨较多。
坝址流域内XX、韭菜岭（猛坑口）两雨量站的多年平均雨量分别为1704.1mm（1959～2010年）和2399.5mm（1959～1984年），而坝址以下为丘陵区，降雨趋减，如明星桥站多年平均降雨量仅为1303.3mm（1961～2010年），降雨大多集中在4～6月份。
根据XX县气象局历年观测资料统计，多年平均气温18.2℃，最高气温为41.0℃（2003年7月），最低气温-5.2℃（1972年2月），多年平均蒸发量1457.3mm，多年平均相对温度80%，多年平均风速1.4m/s，历年最大风速为20m/s，风向NW。
本流域暴雨多出现于夏季，从现有实测资料统计，最早发生在三月，最迟在十一月，最大24小时暴雨以XX站2006年7月15日296.1mm为最大。
据XX气象站调查分析，暴雨中心尚不在韭菜岭，而在本流域900～1200m高程范围内。
2.3水文基本资料
XX水库坝址上、下游流域内无水文测站，仅有韭菜岭、XX、明星桥三个雨量站；而邻近流域有大陂、汾市水文站及上洞雨量站，考虑大陂站流量资料系列较短，汾市站流域下垫面情况与本流域相差甚大，不宜作为XX水库水文计算的参证站。
经比较分析，本次选择较近流域毛俊站、蓝山站及寨前站作为坝址径流、洪水计算参证站；另外为了推求灌区水库、河坝产水选择邻近流域下垫面情况与灌区相近郴州站作为灌区径流计算参证站。
各站基本情况如下：
1）韭菜岭雨量站：
该站1959年设立，1959～1971年观测逐旬降水量，1972年起人工观测时段雨量，以后在汛期使用自记（观测不全，未收集）。
1985年撤销。
本次收集1959～1984年雨量资料。
2）XX雨量站：
该站1963年设立，人工观测时段雨量，1975年改为自记，本次收集1963～2010年雨量资料。
3）上洞雨量站：
1958年设立，本次收集1958～2010年年雨量及1969～2010年年最大24小时雨量资料。
4）明星桥雨量站：
1960年设立，1961年开始正式观测，本次收集1961～2010年年最大24小时雨量资料。
5）桃源坪雨量站：
1973年设立，采用20cm自记雨量计，本次收集1973～2010年雨量资料。
6）杨家洞雨量站：
1963年设立，采用25.2cm自记雨量计，本次收集1973～2010年雨量资料。
7）浆洞雨量站：
1973年设立，采用20cm自记雨量计，本次收集1973～2010年雨量资料。
8）大陂水文站：
1970年设立为水文站，控制面积452km2，1970～1973年观测流量，因受上游500m的两处引水工程（发电、灌溉）影响。
1974年起改为水位站，本次利用其成果作比较分析（比较年径流）。
9）毛俊水文站：
位于湖南省蓝山县，1972年设立，1973年1月1日正式观测，观测水位、流量、雨量，2003年底撤消，控制流域面积309km2。
测验河段顺直长150m,河床为岩石、沙子、卵石组成；高水有冲淤现象，冻结高程49.7m右岸漫滩，宽约30m。
该站历年Z～Q关系较为稳定，上游植被以森林、草坡为主，与XX水库较为接近。
毛俊站基本水尺为直立式、搪瓷水尺，自记水位台为岛岸结合式，自记水位计为SW40型。
一般采用流速仪测流。
本次收集1973～2003年流量及雨量资料。
10）蓝山水文站：
位于湖南省蓝山县县城，2004年元月设立，观测水位、流量、雨量，控制流域面积254km2，由于该站流域植被与XX水库较为接近，故选用其作为参证站。
蓝山站基本水尺为直立式、搪瓷水尺，自记水位台为岛岸结合式，自记水位计为SW40型。
一般采用流速仪测流。
本次收集该站2004～2010年流量及雨量资料。
11）寨前水文站：
1957年设立为沙田水文站，1959年上迁至寨前圩曰寨前
（一）站，1963年1月1日下迁200m为寨前
（二）站，1971年12月又下迁约1200m，为现寨前（三）站。
寨前（三）站基本水尺为直立式水尺，自记水位计为SW40型。
一般采用流速仪测流，高水采用浮标法施测，浮标系数采用0.85。
寨前（三）站控制流域面积384km2，由于该站流域植被与XX水库较为接近，故选用其作为参证站，但该站离XX水库较远。
本次收集该站1959～2010年流量及雨量资料。
12）郴州水文站：
位于湖南省郴州市，1959年1月1日设立，1960年因原断面上游建坝，导致水流不平稳而下迁250m至今，观测水位、流量、雨量，控制流域面积354km2。
测验河段顺直，基本断面上游50m是岩板，再上500m有一座活动闸坝，下游107m是枯水断面，卵石河床，160m处有一急滩，中、低水起控制作用，2300m处有一滚水坝，近年来闸门敞开。
断面附近水草丛生，导致Z～Q曲线变化频繁。
右岸当水位达4.6m以上时开始漫滩。
郴州水文站基本水尺为直立式水尺，自记水位计为SW40型。
采用流速仪测流。
本次收集1959～2010年流量及雨量资料。
以上各站资料除韭菜岭站外均为水文刊印成果，其精度可满足本阶段设计要求。
各站位置见图2.1。
雨量站、水文站一览表
表2.3
站名
站别
设立时间
刊布资料项目
年
月
降水量
水位
流量
输水率
泥沙颗粒级配
水温
水化学
韭菜岭
雨量站
1959
√
XX
雨量站
1963
√
上洞
雨量站
1958
√
明星桥
雨量站
1960
√
桃源坪
雨量站
1973
√
杨家洞
雨量站
1963
√
浆洞
雨量站
1973
√
大陂
水文站
1970
√
√
毛俊站
水文站
1973
1
√
√
√
蓝山
水文站
2004
1
√
√
√
寨前
水文站
1957
√
√
√
√
郴州
水文站
1959
1
√
√
√
2.4径流
2.4.1参证站选择
XX水库流域植被主要为森林与荒草坡，覆盖较好，雨量比邻近流域充沛；但流域内无水文测站，因此其径流计算需根据邻近流域水文资料确定，从流域附近各处水文测站分析，大陂及汾市水文站离XX水库最近，但大陂站仅有4年流量资料，而汾市站虽有长系列流量资料，但上游为丘陵区，与XX水库下垫面情况相差甚远，不宜作为XX水库径流计算参证站。
本次分析比较1973～2003年同期多年平均降水量，我省蓝山县毛俊站、蓝山站及桂东县寨前站与XX流域多年平均降水量较为接近，且三站的下垫面条件与XX水库相似，控制面积适中，实测系列较长，因此选择毛俊站、蓝山站及寨前站作为参证站。
三站与XX坝址以上流域基本情况见表2.4.1。
从毛俊、寨前站降雨径流分析，二站年降雨径流关系一致，但二站月降雨过程与XX站比较，毛俊站最接近。
另外本次分析了1973～2003年毛俊站、XX坝址以上年降水量的相关关系（见图2-2），相关性较好，因此选择毛俊站作为主要参证站。
考虑到毛俊站仅有1973～2003年的实测资料，1959～1972年则利用寨前站径流过程，2004～2010年径流过程利用蓝山站径流过程。
参证站情况表
表2.4.1
河名
站名
面积（km2）
河长（km）
坡降（‰）
多年平均降雨量（1973～2003年）
下垫面情况（%）
流域内雨量站数
资料系列
森林
水田
荒草坡
灌木及茶林
沤江
寨前
（二）
291
31.0
11.5
31.5
12.0
26.0
30.5
3
1959～1972
沤江
寨前（三）
384
1649
4
1959～2010
俊水
毛俊
309
41.2
10.9
1720
44.0
5.0
51.0
4
1973～2003
舜水
蓝山
254
2004～2010
长乐水
XX坝址
230
36.7
21.9
1740
55.0
5.0
15.0
25.0
2
2.4.2径流计算
本次XX坝址年径流采用两种方法计算：
方法一，以毛俊站、寨前站及蓝山站作为主要参证站，根据XX坝址以上年平均雨量借用毛俊站的年降雨径流关系，计算出坝址的年平均径流量，然后以年平均流量控制，借用毛俊站（1973～2003）、寨前站（1959～1972）及蓝山站（2004～2010年）实测逐月径流过程推求坝址处逐月平均流量，成果见附表2-1。
XX坝址以上平均雨量由XX站（1963～2010年）、上洞站（1958～2010年）平均值代替，其中1958～1962年则根据XX坝址（1963～2010年）年平均雨量与上洞站（1963～2010年）年平均雨量建立相关关系，然后根据该相关关系由上洞站（1958～1962年）插补得到1958～1962年XX坝址以上平均雨量。
毛俊站年降雨径流关系则是根据毛俊站年平均径流深，与其流域内桃源坪站、杨家洞站、浆洞站及毛俊站四站年降雨量平均值建立（见图2-3）。
通过计算，XX坝址多年平均流量为9.85m3/s。
方法二：
以毛俊站、寨前站及蓝山站作为主要参证站，采用水文比拟法进行计算，即将径流经面积比拟后,按XX坝址以上与毛俊站多年平均降雨量的比值修正，得到XX坝址长系列径流。
XX坝址以上多年平均降雨量、毛俊站多年平均降雨量计算同方法一。
通过计算，XX坝址多年平均流量为9.75m3/s。
上述两种方法计算成果相近，方法一较方法二更能反映坝址每年的流量变化过程，因此本次推荐采用方法一计算成果。
通过计算，坝址多年平均流量9.85m3/s，多年平均径流量3.11亿m3，多年平均径流深1351.3mm。
项目建议书阶段成果：
坝址多年平均流量9.88m3/s，多年平均径流量3.12亿m3，多年平均径流深1354.7mm。
本次计算成果与项目建议书阶段成果相近，主要差别在于：
项目建议书阶段水文系列为1959～2008年，本次计算将系列延长至2010年。
从多年平均流量逐月分布来看，主要集中在3～8月，占全年的69.4%，最枯时段10～2月占23.2%，可见流域来水不均，XX坝址、毛俊、寨前站、径流逐月分配见表2.4.2。
各站多年月平均流量分配表
表2.4.2
站名
流域面积（km2）
项目
一月
二月
三月
四月
五月
六月
七月
八月
九月
十月
十一月
十二月
年
XX水库（1959～2010年）
230
平均值（m3/s）
4.67
6.72
10.0
14.5
16.2
18.9
11.0
11.3
8.93
6.37
5.38
4.15
9.85
（%）
4.0
5.7
8.5
12.3
13.7
16.0
9.3
9.6
7.5
5.4
4.6
3.5
100
毛俊（1973～2003年）
309
平均值（m3/s）
5.88
9.39
14.8
22.1
24.1
24.7
14.8
13.4
10.1
8.08
6.05
4.35
13.1
（%）
3.8
5.5
9.5
13.8
15.6
15.5
9.5
8.7
6.3
5.2
3.8
2.8
100
寨前（1971～2010年）
384
平均值（m3/s）
7.42
9.98
13.6
18.6
20.8
24.7
18.6
20.4
16.8
11.1
8.67
7.12
14.8
（%）
4.2
5.2
7.8
10.3
11.9
13.7
10.6
11.7
9.3
6.4
4.8
4.1
100
2.4.3年平均流量频率分析
经计算XX水库坝址年平均流量，系列为1959～2010年共计52年，对其进行频率分析，并用P--Ⅲ型曲线进行适线。
其成果见表2.4.3及图2-4。
XX水库坝址年平均流量频率分析成果
表2.4.3
统计参数
频率（%）
均值
Cv
Cs/Cv
5
10
20
50
75
90
95
9.85
0.23
2.5
13.9
12.9
11.7
9.63
8.23
7.12
6.53
2.4.4年最小月平均流量频率计算
根据XX坝址1959～2010年共52年径流系列，统计年最小月平均流量进行频率计算，频率计算采用P～Ⅲ型曲线，经验频率公式为
，其频率计算成果见表2.4.4。
XX坝址天然年最小月平均流量频率曲线见图2-5。
XX坝址年最小月平均流量频率计算成果
表2.4.4单位：
m3/s
站名
流域面
积（km2）
统计参数
频率（%）
均值
Cv
Cs/Cv
5
10
20
50
75
90
95
XX坝址
230
2.70
0.4
2
4.69
4.14
3.54
2.56
1.92
1.44
1.20
2.4.5径流系列代表性分析
XX水库坝址在1959～2010年共52年径流系列中，丰、中、枯水分布较均匀。
丰水年16年、中水年17年、枯水年19年（见图2-6）。
在1959～2010年径流系列中，以1961年最丰，年平均流量15.3m3/s，以1963年最枯，年平均流量为5.88m3/s，丰枯比为2.6倍，当系列达到30年以上滑动平均值中最大为10.1m3/s，最小为9.71m3/s，相对差为3.9%，这证明30年以上径流系列较为稳定（见图2-7）。
从图2-5也可以看出这52年系列中基本涵盖了2个丰、枯水段（丰水段为1959～1962年及1991～2002年，枯水段为1963～1969年及1976～1989年）。
因此认为1959～2010年52年系列基本能反映径流系列总体的特性，具有较好的代表性。
2.4.6径流合理性分析
将XX水库坝址多年平均径流系数与邻近流域大陂站及毛俊水文站成果比较，年径流系数为0.696～0.720，见表2.4.6-1。
多年平均径流成果比较
表2.4.6-1
站名
流域面积（km2）
多年平均降雨量（mm）
径流深（mm）
径流系数
备注
XX水库
230
1877.5
1351.3
0.720
1959～2010
毛俊水文站
309
1884.3
1341.9
0.712
1973～2003
大陂水文站
452
2128.8
1611.1
0.757
1970～1973
从我省水文图集上查得本流域年径流系数在0.70以上，另外从XX和毛俊站多年平均径流量水月分配分析，本次所求成果基本合理。
2.5洪水
2.5.1流域洪水特性及组成
XX流域上游属高山区。
最高海拔韭菜岭1902m，下游为丘陵区海拔200m左右，流域内洪水主要由暴雨组成，从雨量资料分析，暴雨洪水主要集中在每年4～9月。
由于流域内无水文测站，因此其洪水特性及组成仅利用流域内XX、明星桥雨量站暴雨资料对明星桥以上流域进行分析。
流域内XX、明星桥二雨量站，XX站实测最大24小时暴雨296.1mm（2006年7月15日），明星桥站实测最大24小时暴雨299.5mm（2006年7月15日），从1963～2010年年最大24小时暴雨资料统计，XX站多年平均最大24小时暴雨119.0mm，明星桥站为89.0mm，XX站比明星桥站高33.7%；从流域内调查及暴雨资料分析，流域主要大水年有1961、1972、1973、1981、1985、1990、1991、1994、2002、2006年，其中1961年因缺测暴雨资料外，其余各次洪水暴雨成果见表2.5.1。
XX流域大洪水年最大日暴雨资料统计
表2.5.1
年份
XX站年最大日降水
相应明星桥站日降水（mm）
年份
明星桥站年最大日降水
相应XX站日降水（mm）
降水量（mm）
发生日期
降水量（mm）
发生日期
2006
286.5
7月15日
299.5
2006
299.5
7月15日
286.5
1973
229.2
6月28日
2.3
2002
152.5
10月29日
126
2002
174
8月7日
81.2
1985
111.7
8月24日
94.3
1994
149.9
6月16日
31.6
1972
109.8
8月18日
121.9
1991
135.8
9月7日
43.3
1980
101.3
7月28日
21.6
1981
135.3
9月22日
19
1995
98.8
10月4日
51.4
1999
131.1
9月16日
19.8
1994
95.3
4月22日
69.6
1985
128
9月23日
87
1996
94.5
5月24日
22.8
1990
125.7
9月8日
52
1993
90.6
6月8日
0
1972
121.9
8月18日
109.8
2008
87
6月12日
109
1967
118.7
8月30日
50
1987
85
5月21日
46.8
1995
117.1
10月14日
85.2
1992
82.7
3月25日
42.8
1976
113.3
6月8日
81.3
1969
82.6
5月16日
0
2008
109
6月12日
87
2005
79.9
3月26日
34.8
1987
107.2
7月23日
48.4
1976
79.1
5月2日
63.0
1983
106.9
5月1日
65.7
2009
78.2
5月19日
64.5
2009
101.5
6月2日
44.6
2007
78.1
8月20日
78.1
1993
100.6
5月1日
50
1997
78.1
4月29日
56.1
从1963～2010年实测暴雨资料分析，XX站年最大24小时暴雨均值较明星桥站大33.7%，其中系列前10位年最大24小时暴雨，XX站较明星桥站平均大30.3%，可见上游降雨量明显大于下游。
从表2.5.1所列1963～2010年XX站日降水大于100mm暴雨资料统计分析，除1972、2006年外，XX站发生大暴雨，下游明星桥站发生暴雨量级较小。
明星桥以上调查大洪水年份共有1973、1994、2002、2006年，从表2.5.1所列暴雨可知，明星桥以上流域洪水组成分为三种类型：
一是全流域暴雨洪水，如2006年7月、1972年8月、2008年6月，上游XX站和下游明星桥站同均为最大一日暴雨。
其中2006年7月15日，XX站日最大降水量286.5mm，明星桥站为299.5mm，为1963～2010年共48年中的最大一日降水。
二是上游来水为主的洪水，如1973年6月、1994年6月。
其中1973年6月28日，上游XX站日最大降水量为229.2mm，而下游明星桥站仅为2.3mm。
三是以XX～明星桥区间来水为主的洪水，如1980年7月、1996年5月，1993年6月，其中1980年7月28日，上游XX站日降水量为21.6mm，下游明星桥站为101.3mm。
从当地调查访问洪水来看，这种类型降水量级小，难以形成明星桥大洪水。
综合分析，XX流域洪水主要由上游暴雨形成。
发生在下游XX～明星桥区间暴雨为主的机率不大，且洪水量级较小。
另外从调查洪水资料分析，其中1973年洪水在万安寺处流量为799m3/s，占长乐水出口下游坪石水文站流量的43%。
2.5.2历史洪水调查
XX水库所在长乐水历年调查洪水较少，仅上世纪70年代我省水文局在长乐水上下游西岭、石头寨、水潮坪、明星桥河段进行洪水调查。
调查到洪水年份仅有1961年9月、1973年6月二次大洪水，且所调成果未刊印。
项目建议书阶段和本次可研阶段均在下燕河段（上坝址上游约800米）、石头寨、水潮坪、明星桥进行洪水调查。
调查到洪水年份有1961、1973、2006年洪水，调查到洪水点下燕河段因洪水位离房屋较远，仅淹及靠河岸一处小学，但指认洪水位置较具体，所调1973、2006年洪水较为可靠，1961年洪水仅有反映比1973年小，但比2006年大。
其它河段调查洪水位主要集中在2006年洪水，且所调洪水位较为可靠，1973、1961年洪水反映较小，各河段洪水经用水力学法推流，得成果如下表。
长乐水河段洪水调查成果表
表2.5.2
流域面积
（km2）
1973
2006
水位
（m）
流量
（m3/s）
可靠程度
水位
（m）
流量
（m3/s）
可靠程度
下燕河段
230
320.47
917
较可靠
319.41
616
较可靠
石头寨
408
201.08
702
较可靠
水潮坪
601
185.98
1440
供参考
186.41
1820
较可靠
明星桥
928
180.06
1660
较可靠
181.91
2870
较可靠
从调查访问情况分析，下燕河段大多数人反映1973年洪水是他们所见最大洪水，但有刘富良老人（70岁）说：
“我母亲说82年前有一河水与73年洪水
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