秦镇沣惠低水头水电站设计洪水分析

杨钧博

（西安市太平河渠道管理中心 陕西 西安 710086）

1 概述

沣惠水电站位于沣河秦渡镇处，沣惠水电站电站厂房位于沣河与其支流潏河交汇口下游150m处的沣惠渠秦镇渠首大坝下游100m处，距西户公路不足1km，交通方便。电站取水口以上流域面积1198km2，多年平均径流量4.2亿m3。沣河水力资源丰富，根据该水电站站址条件，拟引用沣惠渠退水修建一座低水头引水式电站，总装机300kW，保证出力31.5kW，多年平均发电量118万kW·h。

2 气象水文资料

沣河流域属中纬度暖温带半湿润大陆性季风气候区，在大气环流和地形综合作用下，春暖多风，夏热多雨，秋凉湿润，冬寒少雪，四季分明。据西安气象站观测资料统计，年平均气温13.3℃，极端最高气温41.7℃，极端最低气温-20.6℃，全年无霜期236天，最大冻土深度45cm，全年平均风速2.0m/s，最大风速19.1m/s。流域多年平均降水量为806.6mm。

沣河于1935年在潏河与沣峪河交汇口上游户县秦镇设立秦渡镇水文站，分别设有沣峪河和潏河测流断面，观测有洪水、径流、泥沙等水文资料。沣峪河测流断面以上流域面积566km2，潏河测流断面以上流域面积648 km2，1965年潏河测流断面撤消并设立高桥水文站，控制流域面积632km2，1979年高桥水文站改为水位站。本次设计收集有潏河秦渡镇（高桥）水文站1953年～1979年共27年实测径流量资料及沣峪河秦渡镇水文站1953年～2005年共53年实测径流资料。

3 设计洪水分析

3.1 合成流量法计算设计洪水

3.1.1 洪峰流量合成方法

沣河秦镇大坝位于潏河入汇口下游，沣河在秦渡镇以下没有设立过水文站，无水文资料，本次将沣河干流秦渡镇站洪水与支流潏河同次洪水错开传播时间相加合成，用合成的洪峰流量系列进行频率分析计算，推求工程处的设计洪水。

根据流域水系分布特征，沣河干流秦渡镇站以上河长比潏河短24.2km，平均比降比潏河大2.6倍，流域呈扇形，上游各峪洪水汇流集中，所以，秦渡镇站以上洪水汇流时间较潏河短，洪水先于潏河洪水到达汇合口，洪峰时间一般相差约4h左右，一般情况是秦渡镇站以上洪水洪峰流量与潏河基流或起涨段洪水过程叠加。

沣河秦渡镇站1943年～1949年为秦渡镇（三）站，距沣河与潏河交汇口为694m；1950年～1964年为秦渡镇（四），距两河交汇口为824m；1965年至今为秦渡镇（五）站，距交汇口为800m。潏河1943年～1964年为秦渡镇（二）站，距河口距离为0.5km；1965年至今为高桥站，距河口距离为7.0km。根据两站不同时期的实测流量成果资料，采用τ=L/V公式计算测流断面某流量于两河口交汇处的传播时间，分别建立两站流量Q～传播时间τ相关关系曲线，求得两站不同时期各级流量洪水至潏河口的传播时间。

3.1.2 洪峰流量合成

由于1943年～1954年沣河秦渡镇（三）或（四）站、潏河秦渡镇（二）站没有洪水要素摘录资料，本次采用同日洪峰流量相加合成；1955年～1964年根据两站流量Q～传播时间τ相关关系曲线，以沣河秦渡镇（四）站洪峰流量和出现时间为依据，错开传播时间推求潏河秦渡镇（二）站相应流量，沣河秦渡镇站洪峰流量加潏河相应流量等于合成后的沣河洪峰流量。

表2 工程处不同频率设计洪峰流量计算成果表

表3 设计洪峰流量计算成果汇总表

图1 沣河潏河交汇口处历年最大合成洪峰流量过程线

潏河高桥站1965年～1979年有流量资料，1980年～2008年只有水位资料。本次首先推求出高桥站水位～流量综合关系曲线，再根据水位过程推求出与沣河秦渡镇（五）站对应的洪水流量过程。采用同样方法进行洪峰流量合成。

经过合成，沣河潏河交汇口处有1943年～2008年共66年的合成洪峰流量系列，另外还调查到1883年以来两次较大的历史洪水，这在大、中流域系较长资料系列，但对总体而言，仍为容量有限的样本。绘制沣河潏河交汇口处历年最大合成洪峰流量过程线图，见图1。

从图1中可以看出，沣河潏河交汇口处合成洪峰流量系列已长达66年，基本上包括了丰、平、枯时段和各种来水组合，且又加入了历史调查洪水，同时，洪水系列正递序均值、变差系数Cv随历时变化也趋于稳定，因此认为该洪水系列具有较好的代表性。

3.2 水文比拟法推求设计洪水

灞河位于设计流域沣河东侧，为相邻流域。灞河马渡王站位于灞河中游，其控制流域面积由秦岭北麓山区和渭河南岸平原两部分组成，和沣河秦镇大坝区段以上流域面积组成相似，故本次以灞河马渡王站为参证站，采用水文比拟法推求工程处的设计洪水。

3.2.1 参证站设计洪水分析计算

根据马渡王站1952年～2008年共57年洪峰流量系列，按照《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44—2006）推荐的方法，以年最大值法选样，并加入1835年历史调查洪水，按不连续系列进行频率分析，洪水经验频率采用数学期望公式进行计算，均值及变差系数Cv采用矩法计算，理论频率偏态系数Cs按经验取Cv的倍比通过适线确定。经过适线，求得灞河马渡王站设计洪水频率计算成果及统计参数，详见表1。

3.2.2 工程处设计洪水计算

沣河潏河交汇口处的设计洪水以灞河马渡王站为参证站，采用水文比拟法进行计算，计算公式为：

式中，Q工程处、Q参证站—分别为工程处和参证站灞河马渡王站设计洪峰流量（m3/s）；

F工程处、F参证站—为工程处和参证站灞河马渡王站控制流域面积（km2），分别为1253km2和1601km2。

经过计算，得到沣河潏河交汇口处的设计洪水成果，详见表2。

4 成果分析选用

将合成流量法和水文比拟法两种方法计算成果汇总于表3。

从表中3可以看出，两种方法计算的成果略有差异，但差异不大。考虑到水文比拟法参证站的流域面积与设计流域面积相差较大，且灞河马渡王站控制流域面积内平原面积的比例较沣河、潏河交汇口以下流域面积内平原面积小，故洪水成果可能有一定的误差，且水文比拟法成果值偏大；合成流量法采用了本流域两个水文站的实测资料，两站距汇合口的距离也很近，合成精度相对较好，计算时考虑了本流域的洪水特性，成果精度相对较高。经分析比较，选择合成流量法计算成果作为本次沣惠水电站洪水设计的依据。

沣惠电站厂房位于秦镇大坝下游100m处，设计洪水洪峰流量采用潏河入汇后沣惠渠渠首秦镇大坝处的流量，即Q10%=840m3/s。

5 结语

合理确定设计洪水，对电站的安全运行具有重要意义。本文以秦镇沣惠低水头水电站为实例，根据设计洪水理论与实际资料，分别采用合成流量法和水文比拟法来进行设计洪水分析。将两种方法的计算成果对比发现，水文比拟法与合成流量法的计算成果差异并不大，但由于前者存在参证站流域面积与设计流域面积相差较大等不利因素的影响，将会为算法带来一定程度的计算误差；而后者采用了汇合口就近两个水文站的资料，并且考虑了本流域的洪水特性，使得算法具有了更高的精度，故最终选择合成流量法的计算结果作为本站洪水设计的依据。

[1]水利部长江水利委员会水文局，水利部南京水文水资源研究所.水利水电工程设计洪水计算手册[S].北京：中国水利水电出版社.1995.10.

[2]魏文秋，张利平.水文信息技术[M].武汉大学出版社.2003.02.

[3]黄振平.水文统计学[M].南京：河海大学出版社.2003.08.