渚河流域红椿水电站设计洪水计算及过程线推求方法探析

白芬丽

(陕西省渭南市白水县防汛抗旱农田基建指挥部办公室，陕西 白水 715600)

渚河流域红椿水电站设计洪水计算及过程线推求方法探析

白芬丽

(陕西省渭南市白水县防汛抗旱农田基建指挥部办公室，陕西 白水 715600)

渚河流域地处大巴山深山区，该流域处于陕南最大降水中心附近，雨量充沛，渚河流域洪水计算选用红椿水文站作为参证站，根据红椿水文站历年统计资料计算，红椿水电站坝址处多年平均流量为21.9 m3/s。渚河流域的洪水主要由暴雨形成，对渚河流域暴雨洪水类型及来流量分析，对洪水资料的选样和代表性进行分析分析，采用水文比拟法和经验公式法对设计洪水进行了计算，直接采用红椿水文站的分期设计洪水成果，用水文比拟法推算到厂址，同时将红椿水文站1979～2002年24年的实测年最大洪峰流量和24 h和72 h的洪量进行相关分析，采用同倍比放大法来求得电站坝址处的设计洪水过程线，使用该方法推求结果合理，可为同类工程设计和管理运行提供科学依据。

渚河流域 ；设计洪水；水文比拟法；经验公式法；洪峰流量；计算

渚河是汉江南岸的二级支流，发源于陕西省镇巴县平安场一带，处于北亚热带边缘湿润季风气候区。由于地形高差大，兼有暖温带和中温带山地气候特征，四季分明，气候温和，雨量充沛，无霜期长，热量充足，光照稍差。多年平均气温13.8℃，极端最高气温37.8℃，极端最低气温-10.0℃。年平均日照1 606.8 h，年日照率36%。初霜始于11月中旬，终霜止于3月中、下旬，全年无霜期238 d左右。全流域面积964 km2,主河道长125 km，平均比降6.96‰。河道由西南向东北流经陕西省安康市紫阳县的观音镇、小河乡和红椿镇，在向阳镇汇入任河。流域内山岭纵横，河谷幽深，水流湍息，属典型山区性河流。流域内山高坡陡，植被良好，有大片森林覆盖，水源涵养条件好，对径流有较好的调滞作用，该流域处于陕南最大降水中心附近，雨量充沛，水量丰富。流域内水土流失轻微，除洪水期浑浊外，终年清澈见底。渚河流域下游有红椿水文测站，控制流域面积933 km2，有24 a(1979～2002)水位观测资料和流量资料，该水文站基本资料是区域各种建设工程水文分析的主要依据。

红椿水电站引水枢纽位于红椿镇老街上游1.0 km处，电站厂址位于红椿镇老街下游1.4 km处的河道右岸，坝址以上河道流域面积842.5 km2，厂址以上河道流域面积935.5 km2。根据红椿水文站统计资料计算，红椿水电站坝址处多年平均流量为21.9 m3/s；频率为80%的年平均流量为14.4 m3/s；频率为50%的年平均流量为20.5 m3/s；频率为20%的年平均流量为28.8 m3/s。

1 渚河流域暴雨洪水类型及来流量分析

渚河流域地处大巴山深山区，全年降水量多集中在4～10月，而暴雨多发生在6～9月。本流域暴雨成因主要为副热带高压低涡切变、西风环流和台风的影响。暴雨分为两种类型：一种为锋面雨，其特点是历时长，强度均匀，笼罩面积大；另一种是雷暴雨，其特点是雨量集中，历时短，强度大，笼罩面积小。流域暴雨具有均值较大，而年际变化相对较小的特点。暴雨量最大三日降水量为257.4 mm，最大五日降雨量376.9 mm，最大七日降雨量410.3 mm；实测1小时最大暴雨量为46.3 mm，6 h最大暴雨量为122.1 mm。

渚河流域的洪水主要由暴雨形成。洪水多集中在6～9月，10月受淋雨的影响也有洪水发生。根据红椿水文站1979～2002年洪水资料统计，发生在6月份的洪水有3场，占12.5%；7月份的洪水有11场，占到45.8%；8月份的洪水场次为3场，占12.5%；9月份有4场洪水，占16.7%；5月、10月两个月总共有3场洪水。说明该流域一年中洪水发生的月份较长，从洪水特点来分，可分为桃花汛、夏汛和秋汛，以夏汛所占比重最大，洪峰也较大。说明渚河洪水多发生在7月和9月，8月发生洪水的机会相对较少，常出现伏旱。渚河流域内山高坡陡，汇流历时短，洪水主要由主河槽的较大洪水加上几条较大支流汇集而成，洪水过程一般历时6～24 h。因此，本流域的河道洪水具有陡涨陡落，过程较短，峰高但量相对不大，峰型尖瘦的特点。

2 流域历史洪水及重现期确定

据调查红椿水文站附近的历史洪水成果为：最大洪水发生于1979年7月，洪峰流量为4 350 m3/s；其余调查洪水依次为：1978年6月，洪峰流量2 260 m3/s；1925年，洪峰流量因河道改变较大无法推算；1965年8月，洪峰流量因河道改变较大无法推算。1978年和1979年的调查洪水年代较近，又经水文站实测，经复核认为洪峰流量取值合理可靠。《陕西省洪水调查资料》1980年调查中记载，1978年洪水为60、70年来最大的洪水，1925年的洪水次之，1965年排第三；从洪水量级来看，1979年的洪水量级远大于1978年的洪水量级，而1978年、1925年和1965年的洪水可作为一个洪水量级和一个考证期。由于没有较远的记载考证，1979年的重现期较难准确定出，鉴于1979年远大于1978年的洪水，属特大洪水，将1979年洪水暂定为1 000 a一遇，1978年洪水重现期初步定为80 a。

3 洪水资料的选样和代表性分析

3.1 洪水资料的选样

渚河流域洪水计算选用红椿水文站作为参证站。洪峰流量的选样采用年最大法，一年选用最大的洪峰流量作为频率计算的样本。

图1 红椿水文站年洪峰流量居平和差积曲线图

图2 红椿水文站年洪峰流量累计相对均值和变差系数过程线图

3.2 洪水系列代表性分析

洪峰流量距平、差积、累计均值和变差系数过程线，见图1和图2。距平和差积曲线可见，系列由一个平水年段(1981～1982年)，两个枯水年段(1992～1994年和1996～1999年)和两个的丰水段(1983～1985年和1989～1990年)组

成。总的来说，系列包含有丰、平、枯水年各种连续时段。由累计相对均值和相对变差系数过程线可见，年洪峰流量变差系数在1988年以前，累计相对均值在1.34～1.06之间，相对变差系数在0.64～0.97之间；而1988年以后，累计均值和变差系数分别在0.97～1.05和0.97～0.45之间，变幅较小，趋于稳定。分析说明，红椿水文站洪峰流量系列具有一定的代表性。

4 洪水计算方法

4.1 水文比拟法

红椿水文站有1978～2002年共25年实测洪水资料，其中1979年和1978年洪水为《陕西省洪水调查资料》上记载的2场历史特大洪水资料。根据经验频率计算成果，采用P—Ⅲ型曲线进行配线，在适线时着重考虑中、上部的较大洪水点据，适当考虑下端较小的洪水点据，确定的皮-Ⅲ型理论频率曲线统计参数为：多年平均洪峰流量Qm=1 150 m3/s，变差系数CV=0.42，偏差系数CS=3.5Cv。红椿水文站年最大洪峰流量频率成果见表1，理论频率曲线见图3。

图3 红椿水文站年洪峰流量理论频率曲线

表1 红椿水文站年最大洪峰流量频率分析成果表 m3/s

表2 红椿电站场址处洪水成果(水文比拟法) m3/s

将红椿水文站的洪水成果采用水文比拟法推算到电站的坝址和厂房处，成果见表2。

4.2 按经验公式法估算设计洪水

根据《安康地区实用水文手册》介绍的洪峰面积相关法和综合参数法估算坝址处和电站厂房的洪峰流量。

4.2.1 洪峰面积相关法

工程区属于任洞区，按照《安康地区实用水文手册》总结的该区洪峰面积相关法经验公式，计算电站坝址和电站厂房处的设计洪峰流量。成果见表3。

表3 电站场址处洪水成果(洪峰面积相关法) m3/s

表4 电站场址处洪水成果(综合参数法) m3/s

4.2.2 综合参数法

按照《安康地区实用水文手册》以流域内设计暴雨量和流域特征参数为基础建立的多因素经验公式计算坝址处和电站厂房处的设计洪峰流量，成果见表4。用三种不同方法的计算到电站坝址处洪水成果列于表5。

4.2.3 洪峰流量成果的选用

由表5可以看出，这三种方法推算的坝址设计洪峰流量，水文比拟法成果介于洪峰面积相关法和综合参数法两种方法推算成果之间，与调查洪水相差不大，红椿水电站与水文站的流域面积相差不过20%，且红椿水文站洪水系列长，代表性较好，因此采用红椿水文站的比拟成果作为电站的洪水成果。用水文比拟法推算到电站的厂址处的洪水成果见表6。

表5 不同方法计算的电站坝址洪峰量成果汇总表 m3/s

表6 电站厂址处洪水成果 m3/s

5 设计洪水过程线推求过程

5.1 典型洪水过程线的选择

将红椿水文站1979～2002年24 a的实测年最大洪峰流量和24 h和72 h的洪量进行相关分析，相关系数分别为0.93和0.91，说明洪峰和洪量的相关关系好，因此采用同倍比放大法来求得电站坝址处的设计洪水过程线。从红椿水文站1979～2002年24年的实测年最大洪峰流量系列中，选择洪峰流量较大的1983年7月31日洪水做为典型洪水过程线。1983年洪水具有峰高量大的特点，对红椿水电站工程最为不利。

5.2 工程设计洪水过程线推算

工程设计洪水过程线按同倍比放大。将1983年7月31～8月2日典型洪水过程线按照工程所需的不同频率进行放大，所得的典型洪水过程线和工程设计洪水过程线见图4。

图4 红椿水文站典型洪水和设计洪水过程线

图5 红椿水文站枯水期洪峰流量理论频率曲线

5.3 分期设计洪水计算

本工程计划采用枯水期进行水下工程施工，根据施工组织设计及河流水文特性，将全年划分为6个时段；分别为11月、12月、1月、2月、3月和4月。将红椿水文站实测历年6个不同时段的最大洪峰流量进行经验频率计算，再用皮-Ⅲ型理论频率曲线适线求得各时段不同频率的洪峰流量值，各个时段的理论频率曲线见图5，设计洪水计算成果见表7。红椿电站坝址和水文站流域面积相差不大，直接采用红椿水文站的分期设计洪水成果，用水文比拟法推算到厂址，成果见表8。

表7 红椿水文站枯水期洪水成果表 m3/s

表8 红椿电站厂址施工洪水成果表 m3/s

6 结语

渚河流域内的红椿水文站设立于1979年，红椿水电站坝址和水文站流域面积相差不大，直接采用红椿水文站的已有水文系列资料，同时参照《陕西省洪水调查资料》上已有的渚河红椿水文站附近和设计坝址附近的历史洪水调查资料；还采用了《安康地区实用水文手册》上提供的推算设计洪水的经验公式和参(指)数，根据本流域的河道洪水具有陡涨陡落，过程较短，峰高但量相对不大且峰型尖瘦的特点，采用水文比拟法和经验公式法对设计洪水进行了计算，直接采用红椿水文站的分期设计洪水成果，用水文比拟法推算到厂址。同时将红椿水文站1979～2002年24 a的实测年最大洪峰流量和24 h和72 h的洪量进行相关分析，采用同倍比放大法来求得电站坝址处的设计洪水过程线，使用该方法推求设计洪水线结果合理，可作为设计依据，为同类工程设计和管理运行提供科学依据。

2016-10-08

白芬丽(1978-)，女，陕西白水人，工程师，主要从事农田水利工程管理和维护工作。

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