棉花灘水庫建成后對(duì)青溪水庫設(shè)計(jì)洪水影響研究

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簡(jiǎn)介： 采用由實(shí)測(cè)流量推求設(shè)計(jì)洪水的方法，分別以考慮棉花灘水庫影響和不考慮棉花灘水庫影響兩種途徑對(duì)青溪水庫的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了分析計(jì)算。結(jié)果表明，棉花灘水庫建成投入運(yùn)行后對(duì)青溪水庫的設(shè)計(jì)洪水有一定的影響，且對(duì)青溪水庫防洪有益；青溪水庫可以適當(dāng)提高其汛限水位。
關(guān)鍵字：設(shè)計(jì)洪水 頻率計(jì)算 汛限水位 防洪

1 問題提出

青溪水庫位于廣東省大埔縣境內(nèi)，屬韓江水系的汀江流域。壩址以上集水面積9157km2。設(shè)計(jì)洪水位73.14m，相應(yīng)庫容6949ｘ104m3；校核洪水位76.33m，相應(yīng)庫容8470ｘ104m3；正常高水位73.0m，相應(yīng)庫容6880ｘ104m3。多年平均徑流量87.4ｘ108 m3，多年平均入庫流量277m3/s，為日調(diào)節(jié)水庫。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，流域內(nèi)人類活動(dòng)影響頻繁，流域內(nèi)先后修建了一些水利水電工程，對(duì)其影響最大的是棉花灘水庫。棉花灘水庫位于青溪水庫上游14km處，壩址以上集水面積為7907km2，占青溪水庫壩址以上集水面積的86.3%。設(shè)計(jì)洪水位171.25m，相應(yīng)庫容15.91ｘ108m3；校核洪水位177.8m，相應(yīng)庫容20.35ｘ108m3；正常高水位173.0m，相應(yīng)庫容16.95ｘ108m3。多年平均徑流量73.2ｘ108m3，多年平均入庫流量232m3/s。水庫以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)等綜合利用效能，屬不完全年調(diào)節(jié)水庫。

研究棉花灘水庫建成并投入應(yīng)用后對(duì)青溪水庫設(shè)計(jì)洪水的影響，對(duì)青溪水庫的水資源規(guī)劃管理、綜合利用和水庫的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

2 棉花灘水庫設(shè)計(jì)洪水

本次研究引用棉花灘水庫的主要資料有：不同頻率的設(shè)計(jì)洪水過程、水位～庫容曲線、水位～泄流曲線和水庫調(diào)洪演算規(guī)則。其中不同頻率的設(shè)計(jì)洪水過程、水位～庫容曲線和水位～泄流曲線來源于《福建省棉花灘水電站設(shè)計(jì)報(bào)告》（上海水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）；水庫調(diào)洪演算規(guī)則來源于福建省經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)文件（閩經(jīng)貿(mào)電力【2003】229號(hào)）《福建省經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)關(guān)于福建省電力系統(tǒng)水電廠2003年水庫洪水調(diào)度方案的批復(fù)》。棉花灘水庫1973年6月典型水庫不同頻率的最大洪峰及時(shí)段最大洪量見表1，不同頻率的設(shè)計(jì)洪水過程見圖1。

3 青溪水庫設(shè)計(jì)洪水

青溪水庫具有1951～1994年共44年實(shí)測(cè)和插補(bǔ)延長的天然洪水流量資料，1995～2001年共7年入庫洪水流量資料，并具有歷史調(diào)查洪水資料。據(jù)1993年頒布并實(shí)施的SL44-93《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》規(guī)定：“凡具有30年以上實(shí)測(cè)和插補(bǔ)延長洪水流量，并有歷史調(diào)查洪水時(shí)，應(yīng)采用頻率分析法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。”因此，采用實(shí)測(cè)流量推求青溪水庫設(shè)計(jì)洪水應(yīng)是最直接、最有效的一種方法。

3.1 不考慮棉花灘水庫影響

由實(shí)測(cè)流量推求設(shè)計(jì)洪水，需要全年最大洪峰流量，最大24h、最大3d、最大5d和最大7d的洪量系列資料。 

3.1.1 洪水資料的一致性修正

因1951～1994年為建庫前天然洪水資料，而1995～2001年為入庫洪水資料，因此需要進(jìn)行資料的一致性修正，將1951～1994年的洪水資料修正為入庫洪水資料。據(jù)資料分析，年最大3d洪量與年最大5d洪量、年最大7d洪量的相關(guān)關(guān)系建庫前后無顯著差異；年最大24h洪量與年最大3d洪量的相關(guān)關(guān)系建庫前后差異也不明顯；年最大洪峰流量與年最大3d洪量的相關(guān)關(guān)系建庫前后存在一定差異。因此，為計(jì)算入庫洪水，需將建庫前的壩址洪水修正為建庫后的入庫洪水。修正時(shí)，采用年最大3d洪量與年最大洪峰分別建立建庫前后的相關(guān)關(guān)系，然后由建庫前的年最大3d洪量求出相應(yīng)建庫后的入庫洪水年最大洪峰。

利用式（3）對(duì)1951～1994年的天然洪水的洪峰流量進(jìn)行修正，使其資料與建庫后入庫洪水資料保持一致。

3.1.2 洪峰及洪量頻率計(jì)算

分別對(duì)年最大洪峰流量Qm，時(shí)段洪量WT（T=24h、3d、5d、7d）系列進(jìn)行頻率計(jì)算，推求出各種頻率的洪峰流量QP（P=0.2％、0.33％、0.5％、1％）和時(shí)段相應(yīng)頻率的洪量WTP。頻率計(jì)算采用的經(jīng)驗(yàn)頻率公式為期望公式；線型采用規(guī)范規(guī)定的皮爾遜Ⅲ（P-Ⅲ）型分布；參數(shù)估計(jì)采用計(jì)算機(jī)目估適線法。計(jì)算方法大家熟知，不再贅述[1]。參數(shù)估計(jì)值和設(shè)計(jì)值見表2。

3.1.3 設(shè)計(jì)洪水過程的推求

為與棉花灘水庫采用的典型洪水保持一致，也將1973年6月洪水作為典型，對(duì)該洪水過程進(jìn)行同頻率放大，推求出不同時(shí)期、不同頻率的設(shè)計(jì)洪水過程[2]。計(jì)算公式見式（4），計(jì)算的典型洪水特征值見表3。

式中 Kt ～最大t時(shí)段洪量相應(yīng)洪量放大倍比；Kt2-t1～最大t2時(shí)段至最大t1時(shí)段相應(yīng)洪量的放大倍比；Wtp～t時(shí)段設(shè)計(jì)洪量(108m3)；Wtd ～t時(shí)段典型洪水洪量(108m3)。

3.2 考慮棉花灘水庫影響

青溪水庫的入庫洪水由兩部分組成：一是棉花灘水庫的下泄流量；二是兩個(gè)水庫之間區(qū)間面積上的流量。

3.2.1 棉花灘水庫壩址設(shè)計(jì)洪水的推求

根據(jù)壩址洪水資料，對(duì)洪峰進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)頻率適線，洪量仍然采用前述的成果，洪峰和洪量頻率適線結(jié)果見表5。

4 青溪水庫調(diào)洪演算成果

根據(jù)不考慮棉花灘水庫影響和考慮棉花灘水庫影響得到的兩組青溪水庫設(shè)計(jì)洪水過程及水庫調(diào)度原則進(jìn)行調(diào)洪演算，成果與初設(shè)和1995年復(fù)查比較見表6～7。

5 成果分析及結(jié)論

從表6可見，不考慮棉花灘水庫影響時(shí)，本次計(jì)算成果與初設(shè)和1995年復(fù)查結(jié)果比較接近，既基本驗(yàn)證了初設(shè)和1995年復(fù)查結(jié)果的正確性，也說明本次采用的分析計(jì)算方法正確。

從表7可見，考慮棉花灘水庫影響，P=0.2%時(shí)，壩前最高水位比初設(shè)低了1.41m；P=0.33%時(shí)，壩前最高水位比初設(shè)低了0.80m；P=0.5%時(shí)，壩前最高水位比初設(shè)低了0.55m；P=1%時(shí)，兩者幾乎相等?；窘Y(jié)論：棉花灘水庫建成后對(duì)青溪水庫的設(shè)計(jì)洪水產(chǎn)生了一定的影響，對(duì)水庫防洪和水資源開發(fā)利用明顯有益；可以適當(dāng)提高其汛限水位。