洪水过程与燕麦地水库设计

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：由《昭通地区多年平均最大1d暴雨量等值线图》,查得大山包站的多年平均最大1d暴雨量60.0mm,比实测值58.4mm多1.6mm,比插补延长成果分别多4.8mm、1.0mm。表6.1-3燕麦地水库设计净雨过程表汇流计算。

6.1.2.1 基本资料评述

流域的暴雨受台风外围的影响,因高原上空水汽含量有限,其暴雨的量级居于全国较低水平。流域暴雨以单日雨型为主,雨量大部分集中于6h之内。洪水由暴雨产生,洪水过程为陡涨陡落的尖瘦洪水过程,历时在24h之内。

水库水文观测工作十分薄弱,水文资料十分缺乏,难以满足还原洪水的要求,也不能直接由流量资料推求洪水。所以使用《云南省暴雨洪水查算实用手册》和《昭通水文特性研究》中的“水文地理法”以及水文比拟法进行洪水计算。

(1)由云南省水利厅编制的《云南省暴雨洪水查算实用手册》(1992年12月),以云水规字〔1992〕第92号文通知使用。“本手册可作为面积在1000km2以下小河流规划、小型水利水电工程初步设计和中型可行性研究在无实测流量资料情况下设计洪水计算与审查的依据。”其资料截至1979年,使用时应进行暴雨资料延长。

(2)由云南省水文水资源局昭通分局编制的《昭通水文特性研究》(1997年1月),“依据几十年来大量的水文观测和调查基础资料,经过几年来的分析计算和深入研究……为(昭通市)无水文资料地区的中小型水利水电工程和交通能源设施的规划、设计、施工、运行管理以及城市供水和防洪工程的设计提供科学依据。”资料截止年限为1990年,需要对水文资料进行延长。

6.1.2.2 手册法计算设计洪水

1.设计暴雨分析计算

(1)暴雨资料的延长。《云南省暴雨洪水查算实用手册》(以下简称《手册法》)的资料截至1979年,采用昭通地区等值线资料,延长至1990年后的暴雨参数为：H1h＝35.0mm,H6h＝55.0mm,H24h＝73.5mm；CV1h＝0.40,CV6h＝0.36,CV24h＝0.36；CS＝3.5CV。

由于水库距大山包气象站直线距离仅6km,且同处气候一致区,因此,采用大山包气象站资料进行水库的暴雨分析。根据大山包气象站1959—1979年21年日暴雨资料,与鲁甸县气象站的同步日暴雨建立相关关系,点据带状分布宽度较大,采用点群中心定线,以延长大山包站的日暴雨系列。经插补延长至2005年资料,共获得49年暴雨系列,按P-Ⅲ型曲线适线,统计参数为P均＝55.2mm,CV＝0.42,CS/CV＝3.5。

采用大山包站与昭通气象站建立相关关系,推求的大山包站日暴雨统计参数为P均＝59.0mm,CV＝0.44,CS/CV＝3.5。

(2)暴雨等值线值的修正。由《昭通地区多年平均最大1d暴雨量等值线图》,查得大山包站的多年平均最大1d暴雨量60.0mm,比实测值58.4mm多1.6mm,比插补延长成果分别多4.8mm、1.0mm。由此可见,等值线的暴雨均值与实测值和插补延长值十分接近,从对工程不利的角度出发,可直接采用暴雨等值线成果。设计暴雨成果见表6.1-2。

表6.1-2　燕麦地水库设计暴雨成果表

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续表

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2.产、汇流计算

(1)产流计算。燕麦地水库的暴雨分区属于全省14个分区的第13区,产流分区第1区,产流参数为：Wm＝100mm,Wt＝85mm,fc＝2.2mm/s,ΔR＝1.0mm,E＝3mm/d。

根据暴雨公式,计算暴雨过程和时段降水量,由点雨量按时段折减系数换算为面暴雨量和时段面降水过程,采用昭通地区水文特性研究中南区的暴雨雨型,扣初损15.0mm,扣(后损)稳渗2.2mm/h,当降水量小于2.2mm/h,按降水量扣除；最后再扣除雨期蒸发和降水径流不平衡的1.0mm后推求净雨过程,见表6.1-3。

表6.1-3　燕麦地水库设计净雨过程表

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(2)汇流计算。燕麦地水库的汇流分区为第1区,汇流参数为：Cm＝0.33,Cn＝0.70；最大基流量0.85m3/(s·100km2)。流域特征值为：F＝15.6km2,J＝0.052,L＝5.15km,B＝0.58；因最大3h平均雨强大于10mm,故采用10mm为主雨强。推求单位线的参数为m1＝1.45,n＝1.1,K＝1.33。由单位线和净雨推求地表径流过程,再加入基流、潜流为总流量过程,见表6.1-4。

表6.1-4　燕麦地水库设计洪水过程线表

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设计洪水成果为Q0.2%＝205m3/s,Q0.33%＝193m3/s,Q0.5%＝183m3/s,Q2%＝148m3/s,Q3.3%＝134m3/s；W0.2%＝241万m3,W0.33%＝227万m3,W0.5%＝223万m3,W2%＝191万m3,W3.3%＝175万m3。

6.1.2.3 昭通水文地理法

根据《昭通地区水文特性研究》推荐的图表和经验公式分别计算流域的洪峰流量。公式为

式中：Q0m为多年平均洪峰流量,m3/s；Pd0为面暴雨均值,Pd0＝η·Pd,η为点面折减系数,Pd为点24h暴雨均值；C为地理参数；A为面积,km2；n为指数,为0.75。

根据《昭通地区水文特性研究》中推荐的图表和公式,水库流域面积15.6km2,最大1d暴雨均值65.0mm,点面折减系数0.975,地理参数0.06,由《昭通地区水文特性研究》推荐的公式计算的洪峰流量均值为29.7m3/s,离势系数CV＝0.90。按CS＝4CV查取相应KP值,以此计算的设计洪峰流量为Q0.2%＝209m3/s,Q0.33%＝188m3/s,Q0.5%＝172m3/s,Q2%＝116m3/s,Q3.3%＝96.8m3/s。

根据本流域特性,按《昭通地区水文特性研究》中的W＝,计算多年平均最大24h洪量,计算结果为W均＝39.6万m3。按0.68倍的洪峰离势系数推求为最大24h洪量的离势系数,以CS＝3.5CV查取相应KP值,以此计算的设计最大24h洪量为W0.2%＝172万m3,W0.33%＝159万m3,W0.5%＝149万m3,W2%＝113万m3,W3.3%＝99.0万m3。详见表6.1-5。

表6.1-5　麦地水库水文地理法洪水计算成果表

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6.1.2.4 水文比拟法

按参证站小海子站41年资料和历史调查洪水组成不连续系列,按经验频率公式计算频率为

式中：a为调查历史洪水个数,取3个；N为调查历史洪水排位期；m为洪水序号；n为实测洪水个数；L为实测系列中提出的大洪水,取0。

用矩法公式计算统计参数,经P-Ⅲ型曲线适线求得最大洪水的峰和量统计参数如下。

洪峰：Q0m＝90.0m3/s,CVq＝0.60,CSq＝4CVq；

洪量：W24h,0＝133.4万m3,CVw＝0.50,CSw＝3.5CVw。

按日暴雨(Pd)、面积(A)、河道比降(S)、流域形状系数(B)比指数改正为流域的洪峰,即

按面积比的0.95次方计算得流域的多年平均24h洪量。在同一气候区洪峰离势系数CV有随面积减小而增大的规律,水库面积比参证站的小,但差别较小,因此洪峰与洪量的离势系数(CV)均移用参证站的CV值,即CVq＝0.60,CVw＝0.50。偏态系数CS值,洪峰的倍比为4倍,洪量倍比为3.5倍。设计洪水成果见表6.1-6。

表6.1-6　燕麦地水库水文比拟法洪水计算成果表

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