棉花滩水库建成后对青溪水库设计洪水影响研究

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简介： 采用由实测流量推求设计洪水的方法，分别以考虑棉花滩水库影响和不考虑棉花滩水库影响两种途径对青溪水库的设计洪水进行了分析计算。结果表明，棉花滩水库建成投入运行后对青溪水库的设计洪水有一定的影响，且对青溪水库防洪有益；青溪水库可以适当提高其汛限水位。
关键字：设计洪水 频率计算 汛限水位 防洪

1 问题提出

青溪水库位于广东省大埔县境内，属韩江水系的汀江流域。坝址以上集水面积9157km2。设计洪水位73.14m，相应库容6949ｘ104m3；校核洪水位76.33m，相应库容8470ｘ104m3；正常高水位73.0m，相应库容6880ｘ104m3。多年平均径流量87.4ｘ108 m3，多年平均入库流量277m3/s，为日调节水库。

近年来，随着经济的发展，流域内人类活动影响频繁，流域内先后修建了一些水利水电工程，对其影响最大的是棉花滩水库。棉花滩水库位于青溪水库上游14km处，坝址以上集水面积为7907km2，占青溪水库坝址以上集水面积的86.3%。设计洪水位171.25m，相应库容15.91ｘ108m3；校核洪水位177.8m，相应库容20.35ｘ108m3；正常高水位173.0m，相应库容16.95ｘ108m3。多年平均径流量73.2ｘ108m3，多年平均入库流量232m3/s。水库以发电为主，兼有防洪、航运等综合利用效能，属不完全年调节水库。

研究棉花滩水库建成并投入应用后对青溪水库设计洪水的影响，对青溪水库的水资源规划管理、综合利用和水库的安全运行具有十分重要的意义。

2 棉花滩水库设计洪水

本次研究引用棉花滩水库的主要资料有：不同频率的设计洪水过程、水位～库容曲线、水位～泄流曲线和水库调洪演算规则。其中不同频率的设计洪水过程、水位～库容曲线和水位～泄流曲线来源于《福建省棉花滩水电站设计报告》（上海水利电力勘测设计研究院）；水库调洪演算规则来源于福建省经济贸易委员会文件（闽经贸电力【2003】229号）《福建省经济贸易委员会关于福建省电力系统水电厂2003年水库洪水调度方案的批复》。棉花滩水库1973年6月典型水库不同频率的最大洪峰及时段最大洪量见表1，不同频率的设计洪水过程见图1。

3 青溪水库设计洪水

青溪水库具有1951～1994年共44年实测和插补延长的天然洪水流量资料，1995～2001年共7年入库洪水流量资料，并具有历史调查洪水资料。据1993年颁布并实施的SL44-93《水利水电工程设计洪水计算规范》规定：“凡具有30年以上实测和插补延长洪水流量，并有历史调查洪水时，应采用频率分析法计算设计洪水。”因此，采用实测流量推求青溪水库设计洪水应是最直接、最有效的一种方法。

3.1 不考虑棉花滩水库影响

由实测流量推求设计洪水，需要全年最大洪峰流量，最大24h、最大3d、最大5d和最大7d的洪量系列资料。 

3.1.1 洪水资料的一致性修正

因1951～1994年为建库前天然洪水资料，而1995～2001年为入库洪水资料，因此需要进行资料的一致性修正，将1951～1994年的洪水资料修正为入库洪水资料。据资料分析，年最大3d洪量与年最大5d洪量、年最大7d洪量的相关关系建库前后无显著差异；年最大24h洪量与年最大3d洪量的相关关系建库前后差异也不明显；年最大洪峰流量与年最大3d洪量的相关关系建库前后存在一定差异。因此，为计算入库洪水，需将建库前的坝址洪水修正为建库后的入库洪水。修正时，采用年最大3d洪量与年最大洪峰分别建立建库前后的相关关系，然后由建库前的年最大3d洪量求出相应建库后的入库洪水年最大洪峰。

利用式（3）对1951～1994年的天然洪水的洪峰流量进行修正，使其资料与建库后入库洪水资料保持一致。

3.1.2 洪峰及洪量频率计算

分别对年最大洪峰流量Qm，时段洪量WT（T=24h、3d、5d、7d）系列进行频率计算，推求出各种频率的洪峰流量QP（P=0.2％、0.33％、0.5％、1％）和时段相应频率的洪量WTP。频率计算采用的经验频率公式为期望公式；线型采用规范规定的皮尔逊Ⅲ（P-Ⅲ）型分布；参数估计采用计算机目估适线法。计算方法大家熟知，不再赘述[1]。参数估计值和设计值见表2。

3.1.3 设计洪水过程的推求

为与棉花滩水库采用的典型洪水保持一致，也将1973年6月洪水作为典型，对该洪水过程进行同频率放大，推求出不同时期、不同频率的设计洪水过程[2]。计算公式见式（4），计算的典型洪水特征值见表3。

式中 Kt ～最大t时段洪量相应洪量放大倍比；Kt2-t1～最大t2时段至最大t1时段相应洪量的放大倍比；Wtp～t时段设计洪量(108m3)；Wtd ～t时段典型洪水洪量(108m3)。

3.2 考虑棉花滩水库影响

青溪水库的入库洪水由两部分组成：一是棉花滩水库的下泄流量；二是两个水库之间区间面积上的流量。

3.2.1 棉花滩水库坝址设计洪水的推求

根据坝址洪水资料，对洪峰进行经验频率适线，洪量仍然采用前述的成果，洪峰和洪量频率适线结果见表5。

4 青溪水库调洪演算成果

根据不考虑棉花滩水库影响和考虑棉花滩水库影响得到的两组青溪水库设计洪水过程及水库调度原则进行调洪演算，成果与初设和1995年复查比较见表6～7。

5 成果分析及结论

从表6可见，不考虑棉花滩水库影响时，本次计算成果与初设和1995年复查结果比较接近，既基本验证了初设和1995年复查结果的正确性，也说明本次采用的分析计算方法正确。

从表7可见，考虑棉花滩水库影响，P=0.2%时，坝前最高水位比初设低了1.41m；P=0.33%时，坝前最高水位比初设低了0.80m；P=0.5%时，坝前最高水位比初设低了0.55m；P=1%时，两者几乎相等。基本结论：棉花滩水库建成后对青溪水库的设计洪水产生了一定的影响，对水库防洪和水资源开发利用明显有益；可以适当提高其汛限水位。