棉花灘水庫(kù)建成后對(duì)青溪水庫(kù)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(kù)影響和不考慮棉花灘水庫(kù)影響兩種途徑對(duì)青溪水庫(kù)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(kù)建成投入運(yùn)行后對(duì)青溪水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水有一定的影響，且對(duì)青溪水庫(kù)防洪有益；青溪水庫(kù)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(wèn)題提出

青溪水庫(kù)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(kù)容6949ｘ104m3；校核洪水位76.33m，相應(yīng)庫(kù)容8470ｘ104m3；正常高水位73.0m，相應(yīng)庫(kù)容6880ｘ104m3。多年平均徑流量87.4ｘ108 m3，多年平均入庫(kù)流量277m3/s，為日調(diào)節(jié)水庫(kù)。

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，流域內(nèi)人類(lèi)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(kù)。棉花灘水庫(kù)位于青溪水庫(kù)上游14km處，壩址以上集水面積為7907km2，占青溪水庫(kù)壩址以上集水面積的86.3%。設(shè)計(jì)洪水位171.25m，相應(yīng)庫(kù)容15.91ｘ108m3；校核洪水位177.8m，相應(yīng)庫(kù)容20.35ｘ108m3；正常高水位173.0m，相應(yīng)庫(kù)容16.95ｘ108m3。多年平均徑流量73.2ｘ108m3，多年平均入庫(kù)流量232m3/s。水庫(kù)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(kù)。

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

2 棉花灘水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水

本次研究引用棉花灘水庫(kù)的主要資料有：不同頻率的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程、水位～庫(kù)容曲線、水位～泄流曲線和水庫(kù)調(diào)洪演算規(guī)則。其中不同頻率的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程、水位～庫(kù)容曲線和水位～泄流曲線來(lái)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(kù)調(diào)洪演算規(guī)則來(lái)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(kù)洪水調(diào)度方案的批復(fù)》。棉花灘水庫(kù)1973年6月典型水庫(kù)不同頻率的最大洪峰及時(shí)段最大洪量見(jiàn)表1，不同頻率的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程見(jiàn)圖1。

3 青溪水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水

青溪水庫(kù)具有1951～1994年共44年實(shí)測(cè)和插補(bǔ)延長(zhǎng)的天然洪水流量資料，1995～2001年共7年入庫(kù)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(zhǎng)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(kù)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(kù)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(kù)前天然洪水資料，而1995～2001年為入庫(kù)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(kù)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(kù)前后無(wú)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(kù)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(kù)前后存在一定差異。因此，為計(jì)算入庫(kù)洪水，需將建庫(kù)前的壩址洪水修正為建庫(kù)后的入庫(kù)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(kù)前后的相關(guān)關(guān)系，然后由建庫(kù)前的年最大3d洪量求出相應(yīng)建庫(kù)后的入庫(kù)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(kù)后入庫(kù)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(jiàn)表2。

3.1.3 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程的推求

為與棉花灘水庫(kù)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(guò)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(guò)程[2]。計(jì)算公式見(jiàn)式（4），計(jì)算的典型洪水特征值見(jiàn)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(kù)影響

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

3.2.1 棉花灘水庫(kù)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(jiàn)表5。

4 青溪水庫(kù)調(diào)洪演算成果

根據(jù)不考慮棉花灘水庫(kù)影響和考慮棉花灘水庫(kù)影響得到的兩組青溪水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程及水庫(kù)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(jiàn)表6～7。

5 成果分析及結(jié)論

從表6可見(jiàn)，不考慮棉花灘水庫(kù)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(shuō)明本次采用的分析計(jì)算方法正確。

從表7可見(jiàn)，考慮棉花灘水庫(kù)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(kù)建成后對(duì)青溪水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪水產(chǎn)生了一定的影響，對(duì)水庫(kù)防洪和水資源開(kāi)發(fā)利用明顯有益；可以適當(dāng)提高其汛限水位。