秀水水库拟建坝址河道径流及洪水计算分析

刘星星

(邵阳市水利水电勘测设计院，湖南 邵阳 422000)

1 工程概况

秀水水库位于湖南省邵阳市绥宁县武阳镇秀水村，位于邵阳市西部，属亚热带季风气候。绥宁县县总面积2927km2，辖8镇9乡，总人口38.48万。大坝距绥宁县城51.8km，距武阳镇6.8km，距邵阳市163km，交通较便利。本水利工程由大坝工程、输水工程、交通工程及灌区配套工程等组成，以灌溉为主，兼有供水、防洪功能。工程等级为Ⅲ等，主要建筑物及挡水建筑物为3级建筑物，次要建筑物为4级建筑物，临时性建筑物为5级建筑物。水库校核洪水位563.45m、设计洪水位562.75m、正常蓄水位560.50m，相应库容分别为1330万、1281万、1118万m3。

秀水水库坝址位于资江水系蓼水支流秀水河下游，蓼水发源于发源于绥宁县七坡山，流经绥宁县白里山等15个乡镇，于高沙镇双丰村双江口汇入资水，全长97km，流域面积1141km2，河道平均坡降2.32‰。秀水属蓼水一级支流，于资水上游汇入，发源于绥宁县宝顶，流经绥宁县鱼洞江、双河桥、马家湾、杉木冲、陶家在绥宁县许江口汇入蓼水，流域面积41.3km2，河流长度21km，河流落差389m，河流坡降18.5‰。水库坝址控制集雨面积36.8km2，坝址以上河道长15.0km，河道坡降20‰。流域上游无其他大中型水利工程，仅有一处装机容量为400KW电站，电站无任何调蓄功能，上游的水利水电工程对秀水水库的水文特性基本无影响。

2 径流计算

2.1 径流特征

工程收集到临近威溪水文站1958—1994年37年的实测径流资料和威溪水库1995—2015年的实测蓄水量、来水量、出库水量资料，利用威溪水库相关历史资料推求的威溪水文站的年径流量成果。

威溪(一)站控制集雨面积110km2，威溪(二)站控制集雨面积89.8km2，威溪水库控制集雨面积105km2，因收集到水文资料集雨面积相差不大，本次直接将威溪(一)站及威溪水库径流采用面积比相关到威溪(二)站，计算所得的威溪(二)水文站历年径流计算成果见表1。

表1 威溪水文站历年径流量成果表

2.2 径流成果合理性分析

经分析，威溪水文站年均径流系列具有代表性和合理性，其中代表系列中丰水年19年，平水年17年，枯水年22年；本次计算时，收集威溪水文站(含一站和二站)资料时长为37年，其成果精度可靠；收集威溪水库入库流量观测资料21年，有专门的观测和检验人员，其入库流量观测成果较为可靠，收集的水文资料可靠程度较高；威溪水文(一)站、(二)站与威溪水库均位于赧水一级支流玉溪河下游，控制集雨面积相差不大，上游除建有两处径流式电站外，无其他大型的水利工程和取用水户，河道的产汇流条件基本一致，收集的水文资料具有良好的一致性。

由于威溪水文(一)站、(二)站与威溪水库集水面积相差不大，流域各水文特性基本一致，因此可以利用威溪水库1995—2015年的径流资料，采用水文比拟法推求威溪水文站同时段径流系列。点绘威溪水文站年径流过程线如图1所示，逆时序平均过程线如图2所示。从逆时序平均过程线图可以看出，当逆时序系列长度大于30年时，系列均值趋于稳定，基本在平均径流量0.96亿m3上下波动。

图1 威溪水文站年径流过程线

图2 威溪水文站年径流逆时序平均过程线

2.3 参证站径流计算

通过对威溪水文站水库实测径流资料进行分析计算，采用P-Ⅲ型曲线进行适线，计算威溪水文站各频率年平均径流设计值，结果见表2，径流年内分配情况见表3。

表2 威溪水文站年平均径流设计值 单位：亿m3

表3 威溪水文站多年平均年径流月分配成果表

2.4 坝址径流计算

坝址径流计算根据威溪水文站的径流计算成果，采用面积雨量比拟相关到秀水水库坝址，计算公式如下：

式中，W坝、W威—秀水水库坝址、威溪水文站径径流量，万m3；F坝、F威—秀水水库坝址、威溪水文站控制流域面积，km2；P坝、P威—秀水水库坝址、武阳雨量站年平均降雨量、威溪水文站控制流域面积以上面雨量,mm。

秀水水库坝址上游无水文观测设施，利用附近的武阳雨量站资料作为流域上游的面雨量，经统计计算武阳雨量站多年平均降雨量为1359.7mm，威溪水文站以上及流域周边主要有汪家田、吴家坪、江口等雨量站及威溪水文站，其中吴家坪、江口及威溪站相继在1995年停测，汪家田站一直观测至今，有连续的观测资料。经计算，威溪水库以上流域多年平均年降水量为1625.6mm。计算得出秀水水库坝址径流成果见表4，坝址年平均径流分配成果见表5，90%代表年径流分配成果见表6。

表4 秀水水库坝址年平均径流设计值

表5 秀水水库坝址年平均径流月分配表

表6 秀水水库坝址P=90%代表年径流月分配表

2.5 坝址径流合理性分析

秀水水库位于雪峰山脉南端与八十里大南山西北部的交接地带，多年平均降雨量为1359.7mm，水库坝址以上为山区，植被覆盖率在85%以上，植被产流条件好，经计算坝址上游多年平均产水量为3297万m3，多年平均径流深896mm。其临近流域有洛口山水库，该水库控制集雨面积为31.4km2，根据洛口山水库管理所提供的运行资料分析，水库多年平均来水量有2800万m3，其多年平均径流深892mm；水库所在流域下游蓼水干流有红岩水文站(控制集雨面积694km2)，本次收集到了该水文站2004—2017年径流成果，其平均径流深为854.3mm。经对比分析，秀水水库坝址径流计算结果基本合理。

3 洪水计算

3.1 洪水特性

秀水洪水均由降雨所造成，洪水特性和暴雨特性一致，每年3月起进入梅雨季节，水量明显增大，4—7月为汛期，8月后水量渐小，为平枯水期。本流域暴雨成因，大多数为峰面雨，少数为台风雨。天气系统高空为低槽、低涡、切变线或低涡沿切变线活动，地面为静止峰。年最大降雨量多发生在4—8月，尤以4—6月出现次数最多。

工程所在流域属山区性河流，洪水暴涨，变辐较大，一次大洪水过程1—2天，由于暴雨时空不同，洪水峰形有时呈单峰形，有时为复峰形，洪水从起涨到峰现通常在一天内，有时仅几小时。

3.2 秀水水库坝址设计洪水

秀水水库位于蓼水流域秀水支流上，缺乏完整的实测降雨、径流资料，故本次水库设计洪水计算采用洪水查算《湖南省暴雨洪水查算手册》，利用临近的武阳雨量站资料进行暴雨成果复核计算。

3.2.1设计暴雨

根据秀水水库所处位置，查《湖南省暴雨查算手册》得：流域中心最大24h点雨量均值98mm，Cv=0.4，Cs=3.5Cv。

根据对水库临近的武阳雨量站实测最大一日暴雨系列进行分析计算，计算成果见表7。

表7 武阳雨量站最大一日暴雨计算成果表

经过计算，采用实测资料的计算成果较手册查算成果在P=3.3%、P=2%及P=0.2%三种频率的情况下，分别偏小1.11%、偏大0.88%、偏大0.86%。偏大设计暴雨值均偏大在5%以内，说明手册查算暴雨值较为合理，为安全起见，本次复核设计暴雨采用手册计算的成果。

3.2.2设计洪水

坝址控制集雨面积36.8km2，坝址以上河长15.0km，河道坡降20.0‰，设计洪水利用《湖南省暴雨洪水查算手册》，分别采用推理公式法及经验单位线法两种方法计算，计算成果见表8。

表8 秀水水库坝址设计洪水成果表 单位：m3/s

从表8中可知，两种方法计算的洪峰差别较大，主要是采用经验单位线法计算洪水历时较长，造成洪峰模数偏小，因此本次设计洪水计算考虑较为不利因素，选用推理公式法计算的成果作为本次的设计成果。坝址设计洪水过程线如图3所示。

图3 秀水水库坝址设计洪水过程线

3.3 设计洪水成果合理性分析

通过对秀水水库坝址设计洪水进行计算，30年一遇洪水洪峰模数为6.11m3/s/km2，50年一遇洪水洪峰模数为6.66m3/s/km2，500年一遇洪水洪峰模数为9.15m3/s/km2。临近流域洛口山水库控制集雨面积为31.4km2，干流长度16km，平均坡降27.3‰，计算其洪峰流量30年一遇、50年一遇、500年一遇分别为176、191、282m3/s，其洪峰模数分别为5.61、6.08、8.98m3/s/km2，经比较，数值基本一致，计算成果基本合理，具体比较见表9。

表9 设计洪水成果比较表

4 结语

我国不少中小河流上测站稀少，缺乏实测资料。在工程区无水文观测设施时，推求径流量和设计洪水计算可选取临近流域的水文站作为径流计算的参证站。合适的参证流域应具有长期的实测资料，并与设计流域的气候条件、流域的下垫面情况极为近似。为提高可靠性，可通过各年水位流量关系的对比，上下游、干支流洪水过程对比，与邻近河流的对比，暴雨与洪水径流的对比来进行审查。为提高推算精度，最好进行径流的直接观测，即使是短期观测也大有益处。总体说来，本文计算所得秀水水库拟定坝址径流量和设计洪水计算成果符合地区分布规律，年径流成果基本合理，对径流和设计洪水的计算研究有一定的参考意义。