海原县陶家沟水库水文分析计算报告.doc

海原县陶家沟水库 水文分析计算报告 二 一二年七月 项目名称 海原县陶家沟水库水文分析计算报告 委托单位 承担单位 批 准 审 定 审 核 项目负责 报告编写 目 录 1 任务由来 1 2 流域概况 1 2 1 自然概况 1 2 2 气象要素 2 3 水文站点及水文资料 2 4 水文要素 3 4 1 降水 3 4 2 水面蒸发 3 4 3 径流 4 4 4 悬移质输沙量 4 5 暴雨洪水特性 4 5 1 暴雨特性 4 5 2 洪水特性 5 6 设计洪水 5 6 1 设计暴雨 5 6 2 设计洪水 6 海原县陶家沟水库水文分析计算报告 1 任务由来 为了充分发挥水利工程设施在国民经济持续发展中的基础作用 减少洪水灾害损失 改善当地生态环境 提高当地群众的生产生活条 件 保证库区生产安全 海原县水务局拟对陶家沟病险水库除险加固 委托宁夏水文水资源勘测局编制 海原县陶家沟水库水文分析计算报 告 我局接到任务后 经现场勘测和收集相关水文资料 编制 海 原县陶家沟水库水文分析计算报告 为该工程提供设计依据 2 流域概况 2 1 自然概况 陶家沟水库地处海原县树台乡王坡村 水库大坝选址在园河支 流韩庄河流域陶家沟出口 地理位置为东经 105 30 26 8 北 纬 36 29 10 6 位置图见附图 1 坝址以上控制流域面积 15 8km2 经量算 河长 9 0km 为小 二 型洪水库 水库始建 于 1975 年 总库容 15 万 m3 现状最大坝高 16 米 水库主要功能 是拦沙防洪 保证下游群众的生命生产安全 经过多年运行 水库 淤积严重 输水建筑物老化失修 现有效库容不能满足防洪要求 陶家沟发源于南华山西麓 流域属中温带干旱黄土丘陵区 多 山岑沟壑 沟道发育良好 自然发育 土壤为黑垆土 植被覆盖率 低 植被较差 水土流失比较严重 2 2 气象要素 该控制流域属典型的大陆性季风气候 总的特征是 春暖迟 夏热短 秋凉早 冬寒长 干旱少雨 风大沙多 无霜期短 多年 平均气温 6 0 最热 7 月份平均气温 19 7 极端最高气温 34 3 最冷 1 月份平均气温 9 8 极端最低气温 28 2 初霜 一般出现在 9 月下旬 终霜一般在 5 月上旬 2 的无霜期 120 天 年平均日照时数 2518 小时 太阳总辐射量 127 60 千卡 cm2 a 光 照较长 太阳辐射较强 全年风多 而且常伴有大风 尘暴 干热 风等 多年平均大风天数 22 天 平均风速为 2 7m s 常见的自然灾害有干旱 暴雨 低温冻害 大风 干热风 沙 尘暴 霜冻和冰雹等 3 水文站点及水文资料 陶家沟水库位于园河流域一小支流陶家沟上 该坝址以上控制流 域内没有雨量站和水文站 同属园河流域相邻区域设有相桐川 园河 雨量站至今都有 45 年以上的资料系列 流域周边主要雨量站点基本 情况见 3 1 表 表 3 1 流域周边主要雨量站点基本情况表 站名 河流 位 置 东经 北纬 资料年份 多年平均 相桐川 园河 中卫市海原县树台乡相桐川 105 31 41 36 26 32 1963 2010 364 5 园河 园河 中卫市海原县树台乡园河 105 27 41 36 35 32 1960 2010 342 4 4 水文要素 4 1 降水 陶家沟水库坝址以上流域多年平均降水量为 364 5mm 相桐川 雨量站 降水年内分配不均 主要集中在 6 9 月 占年降水量的 70 左右 该区多年降水量变差系数 Cv 为 0 26 偏态系数 Cs 2 0Cv 其保证率 50 75 的设计年降水量分别为 356 1mm 297 1mm 多年平均及各保证率年降水量月分配见表 4 1 表 4 1 流域多年平均及各保证率年降水量月分配表 单位 mm 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 多 年 平 均 5 4 7 5 12 4 15 1 33 7 44 1 78 9 79 8 48 3 26 0 8 4 4 9 364 5 P 50 11 1 5 6 6 9 25 6 4 0 20 1 109 5 58 3 98 4 15 5 0 9 0 2 356 1 P 75 6 7 10 0 0 7 18 4 42 2 23 5 53 5 74 5 39 4 18 5 6 1 3 6 297 1 4 2 水面蒸发 水面蒸发与日照 气温 湿度 风速及下垫面条件有关 它是 反映蒸发能力的指标 流域多年平均水面蒸发量 1200mm E601 型蒸 发器 11 月至次年 3 月为结冰期 水面蒸发量小 最小月蒸发量 出现在气温最低月的 1 月份 12 月份 春季风大 气温回升 蒸发 量增大 最大月蒸发量一般出现在 5 6 月份 流域干旱指数为 3 3 为干旱区 区域多年平均蒸发量月分配见表 4 2 表 4 2 流域多年平均蒸发量月分配表 单位 mm 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 蒸发量 23 1 40 3 79 4 132 6 170 6 174 3 168 1 147 8 109 6 78 7 49 3 26 2 1200 分配比 1 9 3 4 6 6 11 0 14 2 14 6 14 0 12 3 9 1 6 6 4 1 2 2 100 4 3 径流 陶家沟水库坝上流域汇流面积为 15 8km2 多年平均径流深为 14 0mm 多年平均径流量为 22 1 万 m3 该区多年平均径流量变差 系数 Cv 为 0 71 偏态系数 Cs 2 0Cv 该水库保证率为 50 75 的 设计年径流量分别为 18 5 万 m3 10 1 万 m3 多年平均及各保证率 年径流量月分配见表 4 3 表 4 3 流域多年平均及各保证率径流量分配表 单位 万 m3 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全 年 多年平均 0 64 0 98 1 60 1 22 1 01 1 53 2 60 5 36 3 44 1 76 1 16 0 80 22 1 P 50 0 54 0 83 1 33 1 01 0 85 1 26 2 18 4 50 2 88 1 48 0 98 0 66 18 5 P 75 0 48 0 36 0 89 0 72 0 73 0 59 1 62 2 29 0 72 0 65 0 56 0 49 10 1 4 4 悬移质输沙量 控制流域内多年平均输沙模数为 4000t km2 水库以上汇水面 积 15 8km2 年输沙量为 6 32 万 t 主要集中在 6 9 月 尤以 7 8 月为主 占 79 8 多年平均输沙量月分配见表 4 4 表 4 4 流域多年平均输沙量逐月分配表 单位 万 t 月 份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 多年平均 0 0 0 02 0 05 0 10 0 61 1 84 3 20 0 45 0 05 0 0 6 32 0 0 0 3 0 8 1 6 9 6 29 1 50 7 7 1 0 8 0 0 100 5 暴雨洪水特性 5 1 暴雨特性 暴雨一般集中在每年的 6 9 月 尤以 7 8 月为最多 占暴雨 发生次数的 70 以上 能形成大洪水的暴雨有两类 一类是笼罩面 积小 历时短 主雨 t 1h 这类暴雨常在下午或傍晚发生 另一 类暴雨笼罩面积大 历时长 t 12h 强度较小 产生的峰不高 但 量大 历时长 这类雨较少 5 2 洪水特性 洪水同暴雨一样发生在汛期 6 9 月 以 7 8 月最多 5 10 月偶尔有之 因该流域为干旱黄土丘陵荒漠区 洪水的产流方式为 超渗产流 因植被较差 调蓄能力小 产流后即泄 汇流快 造峰 历时短 洪水多为尖瘦形 陡涨陡落 一般不超过一天 大多几个 小时 6 设计洪水 陶家沟无实测和历史调查洪水资料 陶家沟水库采用暴雨资料 推求设计洪水 6 1 设计暴雨 采 用 宁夏暴雨洪水图集 及重新修订的宁夏不同历时暴雨参 数等值线图进行计算 根据宁 夏 水 文 水 资 源 勘 测 局 最 新 修 订 的 多 年 平 均 点 雨 量 等 值 线 图 查 得 陶家沟水库流域 1h 6h 各保证率设计 点雨量均值为 19 5mm 35 0mm 设计最大点雨量参数 1 小时 Cv 0 66 6 小时 Cv 0 59 Cs 3 5Cv 见表 6 1 表 6 1 各保证率设计点雨量 单位 mm 历 时 点 雨 量 均 值 频 率 h mm Cv Cs Cv 5 3 3 2 1 0 5 0 3 0 2 1 19 5 0 66 3 5 45 4 50 9 58 1 67 9 77 6 83 5 90 7 6 35 0 0 59 3 5 76 3 84 9 95 6 110 1 124 8 133 2 144 0 依点面折减系数计算得各保证率设计面雨量见表 6 2 表 6 2 各保证率设计面雨量 单位 mm 历 时 点 雨 量 均 值 频 率 h mm Cv Cs Cv 5 3 3 2 1 0 5 0 3 0 2 41 8 46 3 52 3 60 4 68 3 73 5 79 81 19 5 0 66 3 5 0 92 0 91 0 90 0 89 0 88 0 88 0 88 70 2 77 3 86 0 98 0 109 8 117 2 126 76 35 0 0 59 3 5 0 92 0 91 0 90 0 89 0 88 0 88 0 88 6 2 设计洪水 6 2 1 计算方法 由于陶家沟无实测流量资料 因此采用暴雨资料推求设计洪水 依据 宁夏暴雨洪水图集 及重新修订的宁夏不同历时暴雨参数等 值线图进行计算 6 2 2 产流计算 根据工程设计频率和不同历时点雨量均值及统计参数等值线图 求出设计点雨量 然后根据不同分区 面积 重现期选择点面折减 系数 求得不同保证率的面雨量 根据不同分区和暴雨特性选择 然后由面雨量过程以扣损法计算产流过程 根据该流域实际情况 本次选用同频内包雨型进行计算 本沟所在流域洪水为超渗产流型 产流公式如下 iiifHR 为产流期某时段净雨 mm i 为产流期某时段面雨量 mm iH 为产流期某时段损失水量 mm if 工程坝址以上流域属于黄土丘陵区 平均损失率 fi公式如下 1 4570 2 037 0 ccHttci etf 6 2 3 汇流计算 汇流计算是根据推求的设计净雨过程 Ri推求流域出口断面的洪 水流量过程 该计算区内洪水强度大 历时短 故采用纳希瞬时单 位线法推求 按瞬时单位线原理 就是净雨历时趋于零的极小时段 内产生的一个单位净雨 1mm 净雨深 在出口处所形成的流量过程 线 其公式为 u t Ktnet 1 式中 t 时段变量 u t 为 t 时的瞬时单位线的纵坐标 n k 为瞬时单位线形状参数 n 伽玛函数 根据上式可导出时段单位线方程式为 q t t dteKtndteKtntF Ktnt 10 10 1 6 31 式中 q t t 面积为 F 的流域上 t 时段内净雨量为 1mm 的单位线在 t 时段的纵坐标 以 m3 s 计 t 计算时段长 h 换算系数 tF 6 31 纳希瞬时单位的累积曲线 又称 S t 曲线 dteKtnt 10 形同 S t 曲线 唯在时间坐标上错后ttKtnt 10 t 时 用 S t t 表示 S t S t t 简写为 S t 称为 t 小时无因次时段 t 时的纵高 一般以 t t 表示 黄土丘陵区 n 1 22L 0 231 K M 1i n M 1i 0 148L0 9i 0 093 i 产流区平均净雨强度 mm h L 概化长度 km 经过计算 采用地区均衡法进行分析比较得到该流域设计保证 率的洪水过程线 6 2 4 计算成果 陶家沟水库坝址以上汇流面积 15 8km2 概化河长 8 4km 该流 域已开发的有梯田占 30 低山缓坡丘陵占 70 汇流计算面积取 11 1km2 清浑比取 0 80 根据以上参数计算得不同保证率洪峰流 量 洪水总量 设计洪水过程线分别见表 6 3 6 4 表 6 3 各保证率设计洪峰流量 洪水总量表 设 计 频 率 P 项 目 5 0 3 3 2 0 1 0 0 5 0 33 0 2 洪 峰 流 量 m3 s 44 8 52 5 63 5 79 2 95 7 107 121 洪 水 总 量 万 m3 22 6 26 5 32 1 40 0 48 3 53 8 60 9 表 6 4 各保证率设计洪水过程线表 时 段 t 0 5小 时 频 率 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 0 26 8 44 8 31 3 14 2 5 6 2 0 0 7 0 2 0 1 0 3 3 0 31 4 52 5 36 6 16 6 6 6 2 4 0 8 0 3 0 1 0 2 0 37 9 63 5 44 3 20 1 7 9 2 9 1 0 0 3 0 1 0 1 0 47 3 79 2 55 2 25 1 9 9 3 6 1 2 0 4 0 1 0 0 5 0 57 1 95 7 66 7 30 3 12 0 4 3 1 4 0 5 0 1 0 0 33 0 63 7 107 74 4 33 8 13 3 4 8 1 6 0 5 0 1 0 0 2 0 72 1 121 84 2 38 2 15 1 5 5 1 8 0 6 0 1 0 图 1 陶家沟水库位置示意图 图 2 陶家沟水库坝址以上流域图