古田溪一級水電站設(shè)計洪水復(fù)核的研究

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簡介： 為研究古田溪一級水庫提高汛限水位的可行性，我們根據(jù)1959年建庫以來積累的新的水文氣象資料和水電站運(yùn)行紀(jì)錄，對入庫洪水計算方法、特大洪水處理、資料代表性分析、頻率計算和成果的合理性論證，作了比較系統(tǒng)的探討，保證了一級水電站設(shè)計洪水復(fù)核成果的準(zhǔn)確、可靠，為進(jìn)一步研究提高汛限水位的可行性打下扎實的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵字：可行性 設(shè)計洪水 復(fù)核 合理性分析

古田溪是閩江下游北岸支流之一，全河分四級開發(fā)，一級水電站控制集水面積1325km²，占全流域的78.4%，總庫容6.4億m³，為年調(diào)節(jié)水庫，二級龍亭水電站，三級高洋水電站，四級寶湖水電站，集水面積分別為1551km²、1697km²和1722km²，庫容甚小均為日調(diào)節(jié)水庫。一級水庫對于各個梯級的發(fā)電、防洪起著舉足輕重的作用，是設(shè)計洪水復(fù)核的重點。

一級水電站建于1959年，至今已40多年了。隨著時間的推移，各個水文站積累了一大批觀測資料和梯級水庫運(yùn)行紀(jì)錄，情況也發(fā)生了很大變化。為確保水庫的防洪安全和提高防洪、發(fā)電效益，研究提高汛限水位的可行性，于是提出了對梯級電站設(shè)計洪水進(jìn)行復(fù)核的工作。本次設(shè)計洪水的復(fù)核，包括洪水資料可靠性、代表性、一致性審查、特大洪水論證與處理、設(shè)計洪水頻率計算、設(shè)計洪水過程線推求和成果可靠性分析等。

1.        資料的審查

水文資料是水文分析計算的依據(jù)，它直接影響著此次設(shè)計洪水計算的精度、可靠性，是設(shè)計洪水計算的基礎(chǔ)。該項工作包括資料的可靠性、代表性和一致性審查三個方面

1.1資料可靠性分析

古田溪一級水庫以上有大橋、前垅、達(dá)才、錢板、平湖（源里）等5個水文站和十五個雨量站。資料每年按規(guī)范要求整編和送福建省水文總站匯審，具有良好精度。建庫后，電廠對一級水庫庫水位、泄洪、發(fā)電、下游水位、入庫站流量均有系統(tǒng)完整的觀測記錄，因此用水量平衡法反算入庫洪水，是可靠的。

關(guān)于古田溪歷史特大洪水調(diào)查先后進(jìn)行過兩次，第一次是1954年7月水電總局101工程勘測隊開展的，沿溪測量了1952年特大洪水痕跡，同時還調(diào)查了1948年洪水。第二次是1956年9月上海院會同古田水文站進(jìn)行的，調(diào)查和推算了1952、1931、1948年特大洪水。1964年上海院最后確認(rèn)一級水庫壩址1952、1931、1948年特大洪水洪峰流量依次為4200、3430、3170m³/s，估計1952年洪水重現(xiàn)期約為80~200年，1931年約為30年，1948年屬一般洪水。1964至今36年來尚未發(fā)生比1931年更大的洪水，因此，可將1952年的洪水重現(xiàn)期認(rèn)定為116-236年，平均約為180年；1931年約為60年。特大洪量的重現(xiàn)期難于調(diào)查，除一天洪量與洪峰流量關(guān)系密切可認(rèn)為與洪峰同頻率外，其它洪量重現(xiàn)期均難以確定，從安全考慮將作一般洪水看待。

1.2資料一致性分析

根據(jù)防洪計算要求，設(shè)計洪水應(yīng)為建庫條件下的入庫洪水，對此進(jìn)行調(diào)洪計算，推求設(shè)計洪水位和校核洪水位。因此必須把1931、1946~1958年建庫前的實測壩址洪水和1959年建庫后實測的庫水位、泄流、發(fā)電資料全部轉(zhuǎn)換為入庫洪水，以保證洪水系列的一致性。壩址洪水轉(zhuǎn)換，參照華東院1987年研究成果，入庫洪水與壩址洪水的洪峰流量、一天洪量、二天洪量、四天洪量的比值分別為1.16、1.04、1.00、1.00，按此將建庫前實測的壩址洪水轉(zhuǎn)換為入庫洪水。建庫后的入庫洪水，按照下述水量平衡方程反算：

式中是時段的平均凈入庫流量（即已扣除了水庫的蒸發(fā)、滲漏損失），取1小時；、分別為時段初、末的蓄水容積，由庫水位紀(jì)錄查庫容曲線求得；為溢洪道泄流和發(fā)電流量之和，分別由泄流記錄和發(fā)電負(fù)荷紀(jì)錄計算。

1.3資料代表性分析

一級水庫洪水系列具有1946~1958年的實測流量記錄和1959年至今反算的入庫洪水，洪水系列長達(dá)50多年，如圖1所示，包括多個豐枯周期性變化（每個周期約11年左右），并有可靠的歷史特大洪水資料，具備了良好的代表性要求。

以上表明，一級水庫洪水系列具有良好的可靠性、一致性和代表性，根據(jù)設(shè)計洪水計算要求，可以采用由流量資料推求設(shè)計洪水。

圖1    多年洪峰流量變化過程

2．設(shè)計洪峰洪量計算

2.1洪水頻率分析

古田溪一級水電站為二級工程，按規(guī)范確定大壩設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，即p=1%；校核標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇，p=0.1%。

按規(guī)范要求，考慮特大洪水作用，對一級水庫入庫洪峰、洪量系列按統(tǒng)一樣本法計算經(jīng)驗頻率，按矩法初估統(tǒng)計參數(shù)—均值、Cv和Cs，分布函數(shù)選用P-Ⅲ型，最后以適線法確定理論頻率曲線，如圖2為洪峰流量的理論頻率曲線，得設(shè)計洪峰、洪量見表1：

表1    古田溪一級水庫入庫洪水頻率計算成果表

      項目

成果名稱

洪峰流量

Qm(m³/s)

洪  量   W（10⁶m³）

一天

二天

四天

統(tǒng)計參數(shù)

均值

1719

66.1

91.3

122.6

Cv

0.49

0.46

0.45

0.43

Cs/Cv

3.5

線型

P-Ⅲ

設(shè)計值

頻率

（%）

0.1

6370

229

310

399

1

4622

169

229

298

圖2 一級水庫洪峰流量理論頻率曲線

3.設(shè)計洪水過程線推求

采用典型洪水同頻率控制放大法推求設(shè)計洪水過程線，即首先選擇典型洪水，然后按推求的設(shè)計洪峰、洪量對典型洪水進(jìn)行放大。

古田溪屬山溪性雨洪河流，洪水由暴雨形成，溪水源短流急，暴漲暴落，降雨分布常常不均勻，洪水峰型以雙峰和多峰居多。年最大洪水發(fā)生在3~10月，以5月下旬至7月中旬和9月居多，前者多為鋒面雨，后者常為臺風(fēng)雨。根據(jù)洪水特性和工程設(shè)計要求，從一級水庫實測資料的入庫洪水中，選擇了前八位的大洪水年份，即1966，1990，1977，1988，1968，1974，1982和1992年的洪水過程進(jìn)行比較分析，最后從中選擇了兩個典型：(1) 1966年9月洪水發(fā)生時間比較靠后，地區(qū)分布上主要來源于上游，是晚期大洪水典型；(2) 1992年7月5日~9日洪水，屬多峰型洪水，峰、量都很大，尤其洪量無論在一級水庫還是在區(qū)間均居第二位，地區(qū)分布上區(qū)間較大，是主汛期大洪水典型。據(jù)以往分析，對一級水庫防洪起決定作用的是設(shè)計洪峰和一天洪量、二天洪量、四天洪量，因此以設(shè)計洪峰、一天洪量、二天洪量和四天洪量為控制，分段放大典型洪水過程線，在保持時段設(shè)計洪量不變的條件下進(jìn)行修均，即得某種典型計算的設(shè)計洪水過程線（見圖3、 圖4,）。

圖3   設(shè)計洪水過程線(66年9月型)

圖4 設(shè)計洪水過程線(92年7月型)

4.結(jié)論

從以下幾個方面看，此次復(fù)核計算成果是比較合理可靠的，可作為下一步研究提高汛限水位可行性時調(diào)洪計算的依據(jù)。

1、實測洪水從1946-1999年，歷時54年，超過洪水設(shè)計規(guī)范要求的不低于30年的要求，并有豐富可靠的洪水調(diào)查成果，為正確計算奠定了牢固的基礎(chǔ)；

2、古田溪屬典型山區(qū)性河流，洪水陡漲陡落，其洪水統(tǒng)計參數(shù)Cv隨統(tǒng)計時段增長而逐漸減小，符合洪水變化的一般規(guī)律；設(shè)計洪水統(tǒng)計參數(shù)——均值、（=W/T, W為歷時T的洪量）、Cv、Cs/Cv隨統(tǒng)計歷時的變化，均有很好的規(guī)律性；

3、各頻率曲線綜合在一張圖上，彼此協(xié)調(diào)，不會出現(xiàn)相互交叉現(xiàn)象；

4、與上下游及相鄰流域洪水頻率分析成果比較，一級水庫的設(shè)計洪水統(tǒng)計參數(shù)與相關(guān)線（地區(qū)經(jīng)驗公式）配合緊密，符合洪水的地區(qū)變化規(guī)律。

5、與1987年、1993年洪水復(fù)核成果相比（見表2），雖稍有偏大，但相差甚微，說明成果是相當(dāng)穩(wěn)定可靠的。

表2 古田溪一級水電站洪水復(fù)核成果比較

復(fù)核年份/復(fù)核單位

P=0.1%

P=1%

Q

W1

W2

W4

Q

W1

W2

W4

1987/華東院

6110

239

311

374

4470

173

228

295

1993/武水

6330

219

300

386

4610

162

223

290

2001/武漢大學(xué)

6370

229

310

399

4622

169

229

298

注：Q代表洪峰流量，單位為m³/S；W1、W2、W4分別為一天、二天、四天洪量，單位為10⁶m³。

Abstract: We study the feasibility of heightening the limiting water level during flood season about the first cascaded power station Gutianxi, it base on the new hydrological data and operational record of the power station after building reservoir in 1959. Scientifically probe the calculation method of reservoir flood、deal with the extraordinary flood、analyzing the representation of data、frequency analysis and assay the rationality of results. Insure the results of calculating the design flood of the first cascaded power station is accurate and reliable, make the sturdy base for deeper study the feasibility of heightening the limiting water level during flood season.

Keywords: Feasibility；Design flood；Calculate； Analyze the rationality

作者簡介：陳剛（1977—），男，湖北孝感人，助理工程師，從事水文水資源工作。

參考文獻(xiàn)：

（1）       雒文生、宋星原，洪水預(yù)報與調(diào)度，湖北科技出版社，2001；

（2）       古田溪梯級電站設(shè)計洪水復(fù)核與優(yōu)化調(diào)度方案研究，武漢水利電力大學(xué)，福建省古田溪水力發(fā)電廠，1999；

（3）       郭生練，水庫調(diào)度綜合自動化系統(tǒng)，武漢水利電力大學(xué)出版社，2000。