第二章水文.docx
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第二章水文
第二章水文
§2.1流域概况
新建水电站位于西江干流贺江一级支流东安江干流枫木冲。
东安江发源于贺州市八步区南部的大桂山（▽1204m）的东南麓和西南麓，源于东南麓的大桂冲向南流经八步区步头镇保塘、鱼腮、鸡婆坪、塘里凹、大曲、八步区仁义镇枯木口、苍梧县沙头镇车田头、咸菜、三门、沙滩、叹花；源于西南麓的石川冲向南流经八步区明洞、黄南、苍梧县山瓜、执钱脚、仲积、叹花；大桂冲和石川冲在叹花汇合后，继续向南流经野芋、牛冲口、新建、山口、思艾；枫木冲与东安江另一支流塘湾水在距沙头镇2km处的横江汇合。
自北向南流；经苍梧入广东封开，在大洲与贺江主流汇合后流入西江。
东安江流域形状呈扇形，河流两岸高山耸立。
流域地势北高南低，四周山峰高程大多在500~1000m。
流域内居住人口不多，主要分散在河流两岸，如山口、新建、沙滩、山瓜等处，只有少量水田，零星分散在河流两岸。
当地农民收入以林业为主，林业收入约占80%。
流域内大部分为林区、林木茂盛，森林覆盖率达85%，林木主要品种为灌木林、松木林、杉木林，沿河两岸有少量竹林。
枫木冲流域属南亚热带季风气侯区，太阳辐射强，日照充足，夏长冬短，无霜期长，多年平均气温21.9℃，历年月最高平均气温39.5℃，月最低气温6℃。
§2.2水文测站及水文基本资料
电站坝址附近流域有富罗水文站，该站于1957年设立，观测项目有雨量、径流等，具有1958年至今共46年连续实测径流资料，资料系列完整，精度较高，资料可靠。
在东安江流域曾于1959年设立过古角水文站，但七年后于1965年撤消，有记录资料7年。
该站于1971年恢复降雨观测记录。
附近流域还有东球水文站，大宁、桂岭、南乡、八步等雨量站。
表2.1流域及其附近雨量、水文测站资料系列情况表
站名
站别
集雨面积km2
项目（年份）
水位流量
泥沙
降雨
蒸发
信都
水文
6430
1955～2001
1956～1972
1956～现在
富罗
水文
681
1958～1988
1958～现在
东球
水文
2470
1958～1990
1980～1990
1958～1996
大宁
雨量
1954～1996
桂岭
雨量
1959～1996
南乡
雨量
1958～1996
八步
雨量
1951～1996
1951～1996
古角
雨量
608
1959～1965
1959～1965
1971～1981
§2.3径流
§2.3.1径流资料的采用
新建水电站坝址以上无水文气象等实测资料可供借鉴与使用，邻近水文站为坝址以下约13km处的古角水文站，该站于1957年设立，但于1965年撤消直至1971年恢复为雨量观测站，以该站资料对新建坝址径流进行分析并移植可取得较准确的成果，但由于该站资料短缺不全，需要作出合理的插补和延长修正后方可使用。
§2.3.2年径流系列的插补和延长
古角水文站总集雨面积608km2，其邻近流域富罗水文站集雨面积为681km2，是东安江流域各水文站中与古角水文站无论是在集雨面积、地理位置、降雨成因以及人类活动最为相似与接近的测站，而且其资料的完整性亦较其他水文站条件好，是古角水文站系列资料插补和延长的最佳选择。
富罗站与古角站有1959~1965年、1971~1981年共18年同期降雨量统计资料，根据此资料作两站相关分析计算，求出其相关系数及古角倚富罗的回归方程，再根据此方程对古角站短期资料进行插补和延长。
用此方法求得成果具有一定有准确性，但未能体现出两站年内不同时期所受影响的差异。
富罗站流域富群水位于东安江流域西北部，每年雨量比东安江流域约少2~3%，相似程度较高，但富罗站流域早春雨量又比东安江流域稍早，量值亦稍大；而东安江则受西江的台风雨影响比富群水较为密切，因此下半年在降雨量分配上又比富群站稍多，具体分配从古角站与富罗站同期多年平均降雨资料统计对比结果可体现。
古角站与富罗站同期多年平均降雨量统计对比分析表表2.2
月
站
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
全年
古角
H均
255.9
318.0
264.0
167.0
203.0
119.0
73.0
54.0
49.3
49.9
84.9
119.0
1757.0
富罗
H均
249.0
315.9
261.8
173.1
203.1
119.1
58.5
58.0
45.3
41.8
83.8
117.7
1721.2
由上表统计对比结果可见，古角站多年平均降雨量比富罗站大2.1%，其中汛期4~7月总降雨量比富罗站仅大0.5%，而8月~次年3月总降雨量比富罗站大4.3%。
根据此关系，利用富罗水文站资料作古角站插补及延长时，先把富罗站各月径流资料按上述比值增加，则在4~7月每月径流增加0.5%，其他月各月增加4.3%，全年径流增加量为2.1%，然后按面积比的一次方移植至古角水文站。
移植公式如下：
F古角站集雨面积
Q古角月平均径流=————————×n×Q富罗月平均径流
F富罗站集雨面积
=0.893×n×Q富罗月平均径流
式中：
n—4~7月为1.005；8月~次年3月为1.0437。
§2.3.3新建坝址处径流分析
新建电站坝址地处无实测资料，根据经插补延长资料后的下游古角水文站移植到坝址进行径流分析计算。
新建坝址以上总集雨面积307km2，下游古角站总集雨面积为608km2，两者虽属同一流域，但在移植时需考虑以下三方面因素：
一是上下游关系，上游森林覆盖率高，下游则相对较低；二是人类活动对径流的影响，上游耕田少，人口少，耗水量亦较少，下游耕田多，人口多，耗水量亦较多；三是地理位置影响，上游多为高山，下游属丘陵区，两者径流系数存在一定的差异，所以在径流分析时须考虑到上下游产汇流的区别和用水量及其分配上的差异影响。
一般汛期对径流系数影响较小，非汛期对径流系数影响较大，另外还应计入基流量，植被、森林等对降雨调蓄的影响后，再用面积比一次方移植至坝址。
在移植古角站资料时在非汛期8月至次年3月间径流乘上一个稍大于1的系数，以抵消上下游由于下垫面的差异对径流系数造成的影响，本次拟取值为1.08，根据此条件通过面积比一次方将古角站径流资料移植至新建电站坝址。
移植公式如下：
F新建坝址集雨面积
Q新建坝址月径流=————————×n×Q古角站各月平均径流
F古角站集雨面积
=0.505×n×Q古角
式中：
n—4~7月为1.0；8月~次年3月为1.08。
根据以上式可计得新建电站坝址处水文年各月平均径流量，各丰平枯三个代表年各月平均流量列如下表2.3。
新建水电站坝址各典型水文年各月平均径流量表表2.3
月份
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
合计
年平均
备注
年份
1969-1970
9.79
20.90
10.10
5.10
11.84
3.57
4.57
3.09
1.56
1.89
2.16
5.75
80.32
6.69
P=90%
1975-1976
25.30
37.40
14.60
9.02
6.92
4.62
5.11
4.44
3.48
1.91
1.90
4.20
118.90
9.91
p=50%
1982-1983
13.30
43.30
23.40
6.00
14.66
7.09
5.71
7.32
8.22
11.60
22.36
37.66
200.62
16.72
P=10%
合计
133.3
11.11
由上表数据可知，新建坝址处多年平均流量10.37m3/s，多年平均来水量3.27亿m3，多年平均径流深1065mm。
结合查阅1979年版水文统计资料得新建坝区平均径流深为1050mm，两值基本符合，说明计算方法及取值基本合理。
§2.4洪水
东安江流域界于贺江干流和富群水之间，年降雨及暴雨因受地理位置及地形影响，既受西江的台风雨影响，更受桂江流域的早春雨影响，而后者更为密切，暴雨期主要发生在4～9月份。
本流域暴雨多为峰面雨，一般峰高量不大，大洪水过程一般最多延长至1～2天。
由于坝址处无实测水文资料，本次洪水计算需从附近流哉水文站获取有关暴雨和洪水资料，经筛选后初定采用富罗站水文资料，考虑到富罗站与本工程集雨面积差别较大，采用富罗站多年实测洪水结合历史洪水用统一样本法所求得的频率洪水移植至本工程时误差较大，故洪水计算拟采用广西《暴雨径流查算图表》中的瞬时单位线法及《广西中小河流设计洪水计算方法研究》中的推理公式法两种方法由暴雨推求坝址及厂址处的设计洪水，并进行分析比较后采用较合理的计算成果。
新建水电站为混合式电站，引水电站引水统系统总长约1068m，由于厂址与坝址区间集雨面积较小，厂址处的设计洪水拟直接取用坝址同频率洪水。
由于坝址处无实测水文资料,
§2.4.1流域设计暴雨
由于坝址处无实测水文资料，而相邻流域富罗水与本流域降雨十分相似，故设计暴雨采用富罗站多年实测1小时、6小时、24小时年最大暴雨进行频率分析，计算其离差系数并进行适线后作为新建水电站年最大1小时、6小时、24小时的降雨量频率曲线，在该曲线上可查出新建水电站流域各设计频率的暴雨资料。
§2.4.2设计洪水
一、瞬时单位线法
根据《暴雨径流查算图表》，分析得24小时暴雨分配如表2.4。
24小时暴雨雨型分配表表2.4.
时段（h）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
比例（%）
2.0
2.1
2.1
2.2
2.2
2.3
3.0
3.1
3.3
3.4
3.7
4.0
时段（h）
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
比例（%）
3.1
3.5
4.1
5.2
7.4
27.8
2.8
2.7
2.6
2.5
2.4
2.4
根据以上雨型，采用瞬时单位线法计算设计洪水，成果见表2.5。
二、推理公式法
根据《广西中小河流设计洪水计算方法研究》中的推理公式法，洪峰流量计算公式为Qm=0.278ψSpF/τn，成果见表2.5。
坝址、厂房各频率洪峰流量表表2.5
频率P（坝址、厂址）
0.2%
1%
2%
5%
10%
50%
瞬时单位线QM（m3/s）
2774
2243
1993
1665
1433
842
推理公式法QM（m3/s）
2735
2230
2012
1694
1456
863
由上表计算成果可见，两种方法所计得成果非常相近，用瞬时单位线方法计算的高频率洪峰稍大，而低频率洪峰则稍小，按偏于安全考虑，推荐采用瞬时单位线方法计算成果。
§2.1.5泥沙
库区内山多林茂，本河流常年为清水河，库区内没有采矿，且耕地较少，故水土流失轻微。
据附近流域信都水文站1957年至1972年共16年完整实测含沙量资料，其多年平均输沙量为151万t，最大年输沙量为294万t（1961年），最小年输沙量23.8万t（1963年），多年平均含沙量0.226kg/m3，实测最大含沙量5.61kg/m3（1964年4月5日），泥沙来量集中在汛期4～9月，占年输沙量的93%。
新建电站流域总集雨面积307km2，远小于信都水文站流域（6340km2），新建电站年输沙量约7.30万t，50年设计输沙量为369.51万t。
本工程水库大坝设置排沙放空涵，溢流堰顶高程为95m，相对较低，库内泥沙淤积不会严重且容易排泄，不会对工程运行造成较大的影响。
§2.1.6水位与流量关系曲线
（1）大坝溢流用试算法求得相应溢流水深的过流量，采用自由式流量公式计算：
Q=1.90B（Z-95）1.5（m3/s）
式中：
Q—下泄流量（m3/s），
B—溢流堰净宽（m），
Z—水库水位（m）。
（2）大坝下游的水位~流量关系曲线根据坝址河床特征参数，采用以下计算公式：
Q=AC（Ri）1/2
其中：
C=（1/n）R1/6取i=0.0191，n=0.04，
计算得大坝下游水位~流量关系曲线表如下：
大坝下游水位~流量关系曲线表表2.6
水位（m）
76
78
80
85
88
90
流量（m3/s）
0
90
222
1131
2121
3000
本工程水库库容较小，洪水来临时，溢流坝可按来水流量下泄，不作调洪演算，计算成果如下：
1、坝址设计洪峰流量Q=1993m3/s（P=2%）对应水位为102.61m；相应下泄流量1993m3/s，相应下游水位88.01m。
2、坝址校核洪水流量Q=2774m3/s（P=0.2%）对应水位为104.48m；相应下泄流量1993m3/s，相应下游水位89.55m。
（3）引水电站厂房下游水位~流量关系曲线：
引水电站厂房下游河床堆积有大量的沙卵石，可做工程骨料使用，同时为降低尾水水位，拟根据现河床特征，在不改变流向情况下，疏浚河床，厂址处深度开挖至69.0m高程，以底坡i≥0.5‰挖宽不小于50m，则取n=0.04，计得厂址处水位~流量关系如下表。
厂址处水位~流量关系曲线表表2.7
水位（m）
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
流量（m3/s）
0
55
148
318
558
878
1313
1783
2382
3090
3907
厂址设计洪水流量Q=1665m3/s（P=5%）对应水位为76.35m；
厂址校核洪水流量Q=2243m3/s（P=1%）对应水位为76.77m。
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