习水二郎电厂新建工程取水拦河坝水文分析

杨　勇

中图分类号:TV7文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0810091-01

一、水文分析计算

(一)暴雨及洪水特性

二郎电厂取水拦河坝所在桐梓河流域属较大暴雨区,暴雨具有量级大、强度大、历时短的特点,易造成灾害性洪水。桐梓河流域位于大娄山北面与四川盆地交界的迎风坡面上,易受冷锋低槽和两高切变天气系统的影响而形成大暴雨,暴雨中心在官店、楚米、马宗、桐梓一带,从东北向西南递减,暴雨多发生在5～9月,尤以5～7月最为频繁,闻名全省的官店大暴雨,就发生在1972年5月27日,日暴雨量242.5mm。

桐梓河流域呈菱形,水系发育,支流众多,属山区河流,洪水多由暴雨形成,洪水陡涨陡落,峰型尖瘦,洪水过程一般2～4天,洪量主要集中在1日之内,峰型多为单式峰,呈典型的山区河流洪水特性。年最大洪水多发生在5～9月份,4月、10月亦有年最大洪水发生,但洪峰及洪量在量级上较小,洪水洪峰多为单峰,对工程最为不利的复式峰亦偶有出现。洪枯水位变幅大,二郎电厂取水河段洪枯水位变幅约13.8m(调查值)。

(二)历史洪水

1.二郎坝水文站历史洪水

根据《贵州省历史洪水调查》资料,遵义地区水文队(现遵义市水文水资源局)曾在二郎坝水文站河段进行过历史洪水调查,调查到的历史洪水有1920年、1921年、1935年、1972年(实测)、1977年(实测)五次,最大洪水发生在1972年5月27日,其次为1921年洪水。各年洪峰流量的推算借用1972年实测资料所定的H～Q曲线延长线推算并用比降法验证,其中1972年和1977年为实测值。

2.杨家园～二郎坝水文站河段历史洪水调查

杨家园水电站下游约3.3km处有二郎大桥(1971年建成),该桥为砌石拱桥,桥面高程410.04m,枯水水面高程393.88m,共设1个主孔及8个附孔(左、右各4孔);主孔拱顶高程408.73m、过水面积807m²,附孔拱顶高程409.68m、过水面积98m²;二郎大桥高水位时阻水严重,如1972年大桥上游侧洪水位为410.07m,而下游侧洪水位408.04m,相差2.03m。为查明高水位时二郎大桥对坝址河段洪水比降的影响,我院于2005年4月由水文人员组成洪水调查小组对杨家园～二郎坝水文站河段进行了历史洪水调查。

(三)参证水文站及其资料评价

1.参证水文站的选择

位于二郎电厂取水拦河坝下游约1.3km有二郎坝水文站,该站控制流域面积3149km²,为桐梓河的控制站,是本次防洪评价洪水分析的主要参证站。为满足桐梓河洪水规律分析需要,将位于桐梓河上游的桐水文站列为参考站,该站控制流域面积458km²。

2.水文站基本情况及测验情况

(1)二郎坝水文站。二郎坝水文站位于桐梓河干流下游习水县的二郎乡,控制流域面积3149km²,占全流域面积(3318km²)的95%,为桐梓河出口控制站,该站1963～2003年水位流量成果均整编,经复核,成果可靠,可满足本次水文分析计算要求。

(2)桐梓水文站。桐梓水文站位于官渡河南溪河汇口下游,控制流域面积458km²,始建于1950年,1971年以前主要观测水位、流量、降雨量等,1971年以后改为水位站。

3.水文站资料复核及评价

(1)二郎坝水文站。二郎坝水文站为国家二类精度水文站,有1963年至今的连续水位、流量、降雨和悬移质泥沙观测等实测资料。该站历年水文资料均通过整编刊印,进入国家水文数据库,本次经复核分析,成果可靠。

(2)桐梓水文站。桐梓水文站有1951～1971年的水位流量资料,1971年后改为水位站,有连续水位观测资料。该站资料均经贵州省水文水资源局整编刊印,经分析成果可靠,可满足本次洪水分析要求。

4.洪水分析计算

二、二郎坝水文站洪水分析计算

(一)洪峰分析计算

1.资料系列的一致性处理

二郎坝水文站有1963～2003年的实测洪峰系列资料及1920年、1921年和1935年历史洪水洪峰流量资料。

桐梓河上游蟠龙洞天然泄洪能力约为20m³/s,1955年代家沟工程通水后约为50m³/s,1978年蟠龙洞排洪工程竣工后泄洪能力由原来的50m³/s增大到220m³/s,由此造成二郎坝水文站1978年前后的洪峰系列资料的不一致,故需对二郎坝洪峰系列作一致性处理。具体处理办法如下:

(1)1955年以前(历史洪水)

Q*m二=Qm二+(220-20)

(2)1955年～978年之间

如果蟠龙洞以上洪峰大于等于220m³/s,则还现公式为:

Q*m二=Qm二+(220-50)

如果蟠龙洞以上洪峰小于220m³/s,则还现公式为:

Q*m二=Qm二+(Qm蟠-50)

Qm二二郎坝水文站实测洪峰流量(m³/s)。

Q*m二二郎坝水文站还现后洪峰流量(m³/s)。

Qm蟠蟠龙洞以上洪峰流量(m³/s)。

1963～1971年蟠龙洞以上洪峰流量由桐梓水文站实测洪峰流量按水文比拟法推求,1972年采用历史洪水资料,1973～1978年洪峰流量由雨洪法推求。

(3)1979～2003年,蟠龙洞已打通,采用二郎坝水文站实测值。

2.首项洪水重现期的确定

由《贵州省历史洪水调查》资料可知,遵义地区水文队(现为遵义市水文水资源局)对二郎坝水文站河段进行历史洪水调查的时间为1980年,被访问者年龄从61～83岁不等,调查到的最早年份为1920年,距今已85年,而被访者也未听前辈说以前曾发生过比1972年还大的洪水,因此首项洪水(1972年洪水)重现期应大于100年。以年龄最大的被访问者分析,该老人生于1897年,若按8岁(1905年)起可以有较清晰的记忆起算,则1972年洪水亦是1905～2004年100年中最大的洪水,其峰重现期亦为100年。出于偏安全考虑,本次洪水计算分析计算中1972年洪峰重现期采用100年。

3.洪峰频率分析计算

分别对还现前和还现后洪峰进行频率分析计算。按年最大值法由1963～2003年实测洪水洪峰及1920年、1921年和1935年历史洪水洪峰组成计算系列,实测系列中1972年、2000年、1977年洪峰与调查历史洪水量级相当,均作特大值处理。适线采用P-Ⅲ型曲线,均值采用计算值,Cv采用适线值,Cs采用4Cv。

考虑到蟠龙洞排洪工程对下游洪峰流量的影响是客观的,故二郎坝水文站洪峰流量均值采用还现后成果:洪峰均值Qm=1470m³/s,Cv=0.57,Cs=4Cv。

(二)洪量分析计算

1.资料系列的一致性处理

由于蟠龙洞滞洪影响的客观存在,造成二郎坝水文站1963～1978年和1979～2003年的1日、3日洪量系列资料的不一致,故也需对二郎坝洪量系列资料作一致性(还现)处理。

1963年～1978年蟠龙洞最大下泄流量为50m³/s,折合成1日洪量为0.043亿m³,3日洪量为0.129亿m³;1978年以后蟠龙洞最大下泄量为220m³/s,折合成1日洪量为0.19亿m³,3日洪量为0.57亿m³。1963～1971年蟠龙洞以上1日和3日洪量由桐梓水文站实测1日和3日洪量按水文比拟法推求,1973～1978年1日和3日洪量由雨洪法推求。

2.洪量频率分析计算

二郎坝水文站有(还现后)1963～2003年的1日、3日洪量资料,按最大值法加入1920、1921、1935年历史洪水洪量组成计算系列作频率分析。历史洪水洪量根据峰量关系推求(见插图),首项洪水重现期采用100年,系列中1972年、2000年、1977年洪量作特大值处理。二郎坝水文站洪量分析计算成果见表1。