某水库水文资源概况

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1、某水库水文资源概况1 水文1.1 流域概况1.1.1 自然地理老鹳河属于长江流域汉江水系丹江左岸较大的一条支流，位于河南省西南部，介于东经1110111146、北纬33053348之间。发源于洛阳市栾川县冷水乡南泥湖村，经栾川县的冷水、三川、叫河、卢氏县的汤河、朱阳关等乡，于西峡县西北部的桑坪镇四道河西入西峡县境，经石界河、米坪、军马河、双龙、五里桥，到回车乡挡子岭村，在淅川县境内双河镇入丹江，鹳河全长254km，流域面积4219km2。鹳河在西峡县境内流长114.9km，河槽宽50350m，比降1/3001/200。老鹳河在西峡县境内较大的支流，按流域面积计，500km2以上的河流有丁河、蛇

2、尾河；200 km2以上的有烟镇河、军马河、古庄河。其中丁河流长55.2km，总流域面积563km2，其上游有重阳水库，控制流域面积80.5km2，主河道长21km，河道平均坡度0.0125。1.1.2 水利工程情况西峡县老鹳河城区段已建成三座梯级橡胶坝，详见表2.1-1。表2.1-1 老鹳河梯级橡胶坝工程特性表梯级橡胶坝 坝址位置坝高挡水位回水长度水面宽度坝前库容建成时间（m）（m）（km）（m）万m3第一级建设西路与滨河路交叉口3.0216.032801062002年元月第二级老君店渠道上游2.5214.51.3280802003年5月第三级建设西路上游1.2km处3.4219.51.82

3、801502005年5月石门水库为鹳河上的中型水库，位于鹳河与丁河交叉口以上约10km处，距上游米坪水文站50 km，距下游西峡水文站15 km，石门水库坝址以上干流长度116km，控制流域面积2580km2，该水库2000年建成。石门水库为中型水库，50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。石门水库规划兴利水位286m，死水位271.8m，防洪限制水位286m，设计洪水位291.56m，校核洪水位294.94m，兴利库容3400万m3，调洪库容3710万m3。总库容8910万m3。根据老鹳河水电梯级开发规划，西峡境内老鹳河干流水电资源共分十七级开发，已建成的电站主要有：石门电站，装机9600

4、kw，设计水头29.5m，设计流量39.3m3/s，多年平均发电量3680万kw.h；夫子岈电站，装机2000kw，设计水头29.5m，设计流量10.47 m3/s，多年平均发电量1000万kw.h；老君店电站，装机1600kw，设计水头14.5m，设计流量15.0 m3/s，多年平均发电量881万kw.h；小石门电站，装机600kw，设计水头6m，设计流量14.0 m3/s，多年平均发电量300万kw.h；莲花电站，装机800kw，设计水头14.5m，设计流量7.7m3/s，多年平均发电量543万kw.h；孙门电站，装机695kw，设计水头9.5m，设计流量10.0m3/s，多年平均发电量3

5、36万kw.h。1.2 气象、水文老鹳河流域位于河南省西南部，伏牛山北麓，介于东经1110111146，北纬33053348之间，系丹江的一级支流。龙湾湖电站拦河坝以上流域面积3456km2，主河长254km，河道平均比降为0.52%。本区属北亚热带季风区大陆性气候，由于受北部天然屏障的阻挡，加之林木防护作用，年平均风速2.1m/s。但是受地形影响，山谷风明显，年内90%以上的时间是白天刮东南风，夜间多西北风，年均无霜期为236天，平均相对湿度为69%。老鹳河流域平均气温在42-14.2，多年平均气温15.1，多年平均降水量约925mm，降水量在时间和空间上的分布很不均匀，一般是深山多于浅山、

6、丘陵区，南坡多于北坡；降水量的63%集中于69月，其中78月占降雨量的40%，流域内光照充足，年均日照为2019小时，占可照时数的46%。1.3 水文基本资料鹳河上设有国家二等水文站米坪水文站和西峡水文站，米坪水文站集水面积1404km2，从1956年5月开始有实测水文资料至今，西峡水文站距米坪65km，集水面积3418km2，自1954年1月开始有实测水文资料至今。流域内设有雨量站七个，另外还有西峡县气象台，均已有较长的观测资料。站点情况见表2.3-1。表2.3-1 鹳河河流域水文、气象站表1.4 径流1.4.1 径流特性老鹳河流域的径流主要来源是降水。影响河川径流的主要因素是降水和蒸发。根

7、据西峡站45年（19541998年）径流系列统计，多年平均流量27.9m3/s，多年平均径流深258mm，多年平均年径流量8.806亿m3，多年平均年径流模数为8.17L/（S.km2）。径流的年内分配与降雨的年内分配基本一致，每年4月起径流随降雨的增大而增大，7、8两月水量最丰，9月份次丰，11月后由于降水量的减少，地下水补给的比重渐渐增大，径流逐渐以地下水补给为主，稳定退水至翌年3月。径流在年内的分配不均匀，丰水期（510月）多年平均流量为46m3/s，占年径流量的81%，其中79月占年径流的58.5%，枯水期（114月）多年平均流量为10.6m3/s，占年径流量的19%，最枯段（13月）

8、三个月多年平均流量为7.1m3/s，只占年径流的6.2%。径流在年际间的变化较大，最大年平均流量为93.8m3/s（1964年），最小年平均流量为8.0m3/s（1978年），分别为多年平均流量的3.4和0.3倍。年最小流量一般出现在1、2月份，多数出现于2月。1.4.2 径流系列分析对西峡站径流系列（19541998年）进行代表性分析。从西峡站年平均流量过程、累积平均过程和模比系数差积曲线图来看，包含有丰水段、中水段和枯水段，见图2.4-12.4-2），说明径流系列（19541998年）作为径流总体的随机样本能反映出本河流径流的总体分布规律，系列具有较好的代表性。图2.4-1 西峡年径流累积

9、平均过程线西峡水文站以上建有莲花、小石门电站，莲花电站设计流量为7.7m3/s，为径流式电站，小石门电站设计流量为14.0m3/s，也为径流式电站，仅是枯水季节具有部分日调节能力，对年、月径流影响很小，2000年石门水库建成后，对径流具有调节作用，故西峡水文站2000年以后实测的径流资料是经过石门水库调节后的径流过程，由于石门水库运行水位流量等观测资料精度较低，无法还原，影响了西峡水文站径流系列的一致性，因此，西峡水文站1998年以前径流系列具有一致性。1998年以后径流分配非天然过程，与前期资料没有一致性，本次采用19541998年资料分析径流系列。图2.4-2 西峡年径流差积曲线1.4.3

10、 径流计算石门水库位于西峡水文站上游16km处，龙湾湖水库坝址位于西峡水文站下游7km处，坝址处均无实测水文资料，但在两坝址之间及上游有西峡和米坪水文站，米坪水文站从1956年5月开始有水文资料至今，西峡水文站字1954年元月开始有水文资料至今。两水文站的观测项目有水位、流量、输沙率等，观测次数、方法符合水文测验要求，资料精度较高，已整编成册，可用于工程规划设计。分区径流拟采用西峡径流系列通过水文比拟法推求，即按集水面积和径流深比计算。石门水库的年径流序列为：W石=（F石/F西）（R石/R西）W西= W西式中： W石、W西分别为石门水库坝址和西峡水文站年径流量；R石、R西分别为石门水库坝址和西

11、峡水文站以上流域多年平均径流深；F石、F西分别为石门水库坝址和西峡水文站的集水面积。用19561998年同步系列计算，米坪、西峡站以上流域多年平均径流深为：R米=249mm、R西=258mm，由石门坝址集水面积内插求得石门水库多年平均径流深R石=253mm，计算=0.74。龙湾湖水库位于西峡水文站下游，集水面积相差不大，径流深采用西峡站的径流深。W陡=（F陡/F西）W西区间径流用龙湾湖水库坝址径流减去石门水库径流求得。W区间= W陡-W石根据西峡站实测径流系列（19541998年），计算的分区径流系列见表2.4-1。表2.4-1 龙湾湖坝址以上分区年径流统计成果表（106m3）石门水库以上多年

12、平均径流量6.52亿m3，龙湾湖水库坝址以上多年平均径流量8.9亿m3，年径流量的年际变化较大，1964年29.9亿m3，1978年2.56亿m3，最大年径流量约为最小年径流量的12倍，年内分配也呈明显的丰枯季节变化。对龙湾湖水库年径流系列（19541998）进行频率计算。用数学期望公式计算系列各项的经验频率，以矩法计算统计参数的初值，采用P型理论频率曲线适线，确定出统计参数及设计值，石门水库年径流频率曲线见图2-4.3。龙湾湖水库年径流频率曲线见图2-4.4。计算成果见表2-4.2。图2.4-3 石门水库年径流频率曲线图2.4-4 龙湾湖水库年径流频率曲线表2-4.2 石门、龙湾湖水库年径流

13、分析计算成果表分区年径流参数不同保证率设计年径流均值CvCs/Cv50%75%90%95%石门6.520.6125.7703.6192.2491.630龙湾湖8.90.6127.8774.9403.0712.225计算得到分区历年逐旬的径流过程。1.4.4 径流成果合理性分析与2007年河南省水资源刊布的全省多年平均径流深等值线成果比较，龙湾湖坝址以上径流深在200300之间，19562000年西峡以上流域径流深约为247.7mm，本次计算19541998年多年平均径流深为西峡站258 mm，龙湾湖258mm，石门253 mm，区间272 mm，从西峡站径流深看，1998年以后径流偏小约4，分

14、析其原因，主要是19982000年为一偏枯时段。这种变化在附近其他流域同样存在，主要是受整个大区域气候变化的影响，总体来说龙湾湖水库的径流成果是合理的，可供工程使用。1.5 洪水1.5.1 暴雨洪水特性本流域暴雨多发生在每年的78月份，其中7月上旬至8月上旬发生的次数占总数的37%，次雨量大于300mm的大暴雨均发生在7月上旬至8月上旬，暴雨持续时间一般为1236小时，最长为4天。老鹳河流域的暴雨大多是由东西向切变线带低涡形成，暴雨中心在北部山区的黒烟镇、朱阳镇一带。老鹳河的洪水由暴雨形成，受暴雨、地形因素影响，洪水陡长陡落，一场洪水历时单峰约2天左右，复峰一般为4天。1.5.2 历史洪水老鹳

15、河的历史洪水曾先后做过几次调查，调查成果经取证计算、审批后，已正式刊布在河南省洪水调查资料中。米坪水文站调查到的历史洪水年份为1898年和1919年，通过调查与文献考证，1898年的洪水为1898年至今的最大洪水，其重现期按实际发生年计算。根据洪水痕迹采用临界水深法计算出洪峰流量，并用水位流量关系法整编校核，得1898年洪水的洪峰流量为5960m3/s，1919年的洪水洪峰流量为4080 m3/s。西峡水文站调查到的历史洪水年份为1919年，根据洪水痕迹在水位流量关系曲线上查得其洪峰流量为9530 m3/s。据调查及文献资料记载，1919年洪水为“二百年来所仅见之灾”，其重现期应在80200年

16、之间，为安全计，西峡站1919年洪水作为一百年一遇洪水处理。1.5.3 设计洪水2.5.3.1 洪水系列及其代表性分析石门坝址、龙湾湖坝址均无实测洪水资料，在石门水库上游、石门与龙湾湖之间有米坪、西峡水文站，均有较长系列列的实测洪水资料，且有历史洪水调查，可以用米坪、西峡水文站水文资料计算设计洪水。根据西峡水文站洪水实测资料，通过独立取样获得西峡站19541998年年最大洪峰流量系列、最大1日洪量及最大3日洪量系列。观测期间，上游无大的引水和蓄水工程，因此，认为西峡站洪水系列具有较好的一致性。西峡站45年最大洪峰系列中包含了特大洪水和不同量级的洪水，系列具有较好的代表性。洪峰流量采用年最大值法

17、，洪量采用固定时段独立选取年最大值法，根据老鹳河汛期洪水特性，水库泄流能力及河道防洪要求，选用24小时、三天、七天作为计算设计洪量的统计时段。洪峰流量统计了米坪、西峡两个水文站的实测资料，洪量统计了西峡水文站，米坪站1956-1998洪峰系列和西峡站1954-1998年洪峰、洪量系列见表2.5-1。表2.5-1 米坪、西峡水文站洪峰、时段洪量统计表2.5.3.2 设计洪水计算（1）西峡站设计洪水据西峡站19541998年共计45年洪水系列，用数学期望公式计算洪水系列的经验频率，以矩法计算统计参数的初值，采用P型理论频率曲线适线，确定出统计参数及设计值。特大洪水的经验频率为一般洪水的经验频率为式

18、中：M特大洪水有大到小的排位序号；N自最远的调查考证年份至今的年数。通过计算和适线，求得西峡站年最大洪峰流量设计成果见表2.5-2。频率曲线见附图2.5-1、2.5-2、2.5-3、2.5-4。图2.5-1 西峡站洪峰流量频率曲线图2.5-2 西峡站24小时洪量频率曲线图2.5-3 西峡站3天洪量频率曲线图2.5-4 西峡站7天洪量频率曲线本次频率计算适线结果西峡站洪峰均值为1396m3/s，Cv值等于1.25，Cs/Cv=2.5，米坪站洪峰均值为594m3/s，Cv值等于1.68，Cs/Cv=2.5。1995年郑州工学院综合设计研究院编制河南省老鹳河石门水利水电枢纽工程可行性研究报告中，采用

19、洪水系列为19541991年，频率计算适线成果采用西峡站洪峰均值为1475m3/s，Cv值等于1.1，Cs/Cv=2.5，米坪站洪峰均值为630m3/s，Cv值等于1.60，Cs/Cv=2.5。内插石门水库洪峰均值为1165 m3/s，采用1200 m3/s。两次计算结果有差别，洪峰均值偏小5%左右，除系列延长影响均值外，适线时对特大洪水点距的靠近程度不同，Cv值不同，从频率曲线图上可以看出，本次适线特大洪水偏离相对较少。考虑延长系列年份洪水偏小，从安全考虑仍采用1995年的洪峰均值成果。（2）地区洪水组成根据龙湾湖水库坝址所在位置及老鹳河的暴雨洪水特性，上游有石门水库，龙湾湖水库洪水是由石门

20、水库出流演进到坝址与区间洪水叠加而成，考虑上游石门水库的调节作用，需要计算地区洪水组成。本次龙湾湖水库设计洪水地区组成包括龙湾湖水库以上设计与石门水库以上同频率，区间相应；龙湾湖水库以上设计与区间同频率，石门水库以上相应。石门水库坝址处洪峰流量的均值采用内插法，米坪站洪峰均值为630m3/s，集水面积1404km2；西峡站洪峰均值为1475m3/s，集水面积3418km2。将两站的洪峰均值与集水面积点绘在对数格纸上，然后用石门水库坝址集水面积2580 km2插值，求得石门水库坝址的洪峰均值为1165 m3/s，若根据西峡站本次计算洪峰均值1396 m3/s用面积比的0.5次方计算石门水库洪峰均

21、值为1213 m3/s，综合分析石门水库洪峰均值采用1200 m3/s。西峡站洪峰流量Cv为1.25，米坪站为1.68，石门水库洪峰流量的Cv经面上综合平衡采用1.25。石门水库坝址的时段洪量均值由西峡站时段洪量均值按下式计算：式中：W西t为西峡站不同时段洪量均值；W石t为石门水库相应时段洪量均值。石门水库各时段洪量的Cv、Cs/Cv值采用西峡站的适线值。龙湾湖水库坝址洪峰流量均值用西峡站洪峰均值按面积比的指数关系计算，面积比指数取0.5；不同时段洪量均值按面积比计算。即：Q陡=（F陡 / F西）nQ西w陡=（F陡 / F西）w西其中：n=0.5石门龙湾湖区间洪峰均值用西峡站洪峰均值按面积比的

22、0.5次方计算，不同时段洪量均值按面积比计算，并考虑面积差异及暴雨时面深关系，用不同修正系数进行修正。分区计算成果见表2.5-2。各频率洪水设计值见表2.5-3。表2.5-2 龙湾湖坝址以上分区洪峰、洪量频率计算成果（3）相应洪水计算石门以上设计，区间相应洪水W区间t= W龙湾湖t- W石门t区间设计，石门以上相应洪水W石门t = W龙湾湖t- W区间t 相应洪水的洪峰按设计洪水洪峰与1天洪量的关系计算。表2.5-3 龙湾湖水库坝址以上分区各频率洪水设计值（4）设计洪水过程线计算由上述计算求得分区设计及相应的最大设计洪峰流量及一日、三日洪量，可选择典型过程线通过同频率放大推求设计洪水过程线。本

23、次计算从西峡站的实测洪水过程中选择1958、1964、1968、1983年等多场大洪水，经过比较，以1964年主峰偏后的复式峰洪水过程对水库防洪最为不利，因此，选用1964年的复式峰洪水作为典型洪水过程，见表2.5-4及图2.5-5，采用同频率放大法，求得分区设计及校核洪水过程线见表2.5-5。表2.5-4 1964年典型洪水过程 图2.5-5 1964年典型洪水过程线表2.5-5 分区设计洪水过程表2.5-6 分区相应洪水过程2.5.3.3 非汛期洪水计算1）洪水系列非汛期水库正常蓄水位高于汛期限制水位，需要计算非汛期设计洪水，从而经过洪水调节计算综合比较确定水库各级洪水位。同时考虑工程施工

24、及导流需要，有的项目安排在非汛期，因此，计算非汛期10月至次年5月设计洪水，根据西峡站实测洪水资料及日平均流量资料统计洪峰及1天、3天、7天洪量，19561998年统计系列见表2.5-7。表2.5-7 西峡站10-5月洪峰洪量统计表2）频率分析根据西峡站实测洪水系列非汛期洪水统计值，用连续系列公式计算经验频率，采用P型理论频率曲线适线，确定出统计参数及设计值。频率曲线见图2.5-62.5-8。频率分析求得设计洪水参数见表2.5-8。分区洪水洪峰及各时段洪量采用主汛期分区洪水计算方法计算，成果见表2.5-8。图2.5-6 西峡站10-5月洪峰流量频率曲线图2.5-7 西峡站10-5月24小时洪量

25、频率曲线图2.5-8 西峡站10-5月3天洪量频率曲线图2.5-9 西峡站10-5月7天洪量频率曲线表2.5-8 10月至次年5月分区洪峰、洪量频率计算成果3）地区洪水组成非汛期同样须考虑地区洪水组成，非汛期不同重现期洪水分区设计值见表2.5-9。表2.5-9 10月至次年5月分区洪水设计值4）非汛期洪水过程线从非汛期实测洪水资料中选择典型洪水过程，洪水的较大1979年作为典型，同频率放大求得分区非汛期洪水过程。表2.5-10 1979年典型洪水过程表2.5-11 非汛期分区设计洪水过程表2.5-12 非汛期分区相应洪水过程1.6 蒸发量西峡站有19542007年共计54年实测水面蒸发量观测资

26、料，蒸发皿在1978年以前采用的是80型套盆蒸发皿，19791986采用的是E-601型蒸发器，1987年以后采用的是20型套盆蒸发皿。根据水利水电工程水文计算规范SL278-2002，将蒸发器实测数据转换为20m2水池蒸发量数据作为水面蒸发量。表2.6-1 西峡水文站逐年水面蒸发量 单位：mm表2.6-2 各月蒸发量统计表1.7 河流泥沙西峡水文站有1957年以来的悬移质观测资料（缺1988年资料），据19572006年的悬移质观测资料统计分析（表），得出西峡水文站断面的多年平均输沙量为117.1万吨。其中年最大输沙量为1266万吨（1958年），年最小输沙量为1.7万吨（1999年），两者

27、相差1266/1.7=745倍，输沙量年际分布极不均匀。西峡水文站悬移质输沙量年内分布也极不均匀，69月份平均输沙量占全年总输沙量的90.5%，其中78月份占全年总输沙量的76.8%。表2.7-1 西峡水文站逐年悬移质输沙量 单位：106吨龙湾湖水库工程坝址处的多年悬移质输沙量，可由西峡水文站的悬移质观测资料按面积比例求得：据此可求得龙湾湖水库工程坝址处悬移质多年平均输沙量。龙湾湖水库工程坝址上游水文站无实测推移质泥沙观测资料，因此采用下式推算推移质输沙量：式中，为推移质输沙量与悬移质输沙量的比值，根据经验，丘陵地区河流=0.050.15；山区河流=0.150.30。龙湾湖水库工程坝址以上流域

28、为山丘区，故取=0.20。则龙湾湖水库工程坝址处多年平均推移质泥沙输沙量为：龙湾湖水库工程坝址处的输沙量为悬移质输沙量和推移质输沙量之和，其多年平均输沙量为142.08万吨。相应的输沙量模数（侵蚀模数），与水文图集查得的侵蚀模数相吻合，坝址断面悬移质多年平均含沙量为1.35kg/m3。由于上游石门水库的修建和运行，拦蓄了部分泥沙，因此应考虑石门水库拦蓄泥沙对龙湾湖坝址输沙的影响。石门水库坝址多年平均输沙量：=142.082580/3418=106.07万吨石门水库坝址龙湾湖坝址区间多年平均输沙量：=142.08106.07=36.01万吨根据石门水库近年运行资料与相关监测、研究数据，可知石门水库泥沙沉积率为0.63，因此通过石门水库下泄的平均输沙量为：=106.07（10.63）=39.24万吨考虑石门水库与龙湾湖水库之间三道橡胶坝及石门下坝的拦蓄，取其沉积率为10%，因此，龙湾湖水利工程坝址实际多年平均输沙量为：=+=（36.01+39.24）0.9=67.7万吨1.8 下游水位流量关系龙湾湖水库坝址下游200m为挡子岭水电站渠首坝，该坝为混凝土溢流坝，坝顶高程为194.5，宽200m，因此可以按溢流堰计算下流水位流量关系曲线。表2.8-1 龙湾湖水库坝下水位流量关系 水位：m 流量:m3/s