海原县陶家沟水库水文分析计算报告.doc

海原海原县县陶家沟水陶家沟水库库 水文分析水文分析计计算算报报告告 二二一二年七月一二年七月 项目名称：项目名称： 海原县陶家沟水库水文分析计算报告海原县陶家沟水库水文分析计算报告 委托单位：委托单位： 承担单位：承担单位： 批批 准：准： 审审 定：定： 审审 核：核： 项目负责：项目负责： 报告编写：报告编写： 目 录 1 任务由来任务由来.1 2 流域概况流域概况.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水文站点及水文资料.2 4 水文要素水文要素.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.设计洪水设计洪水.5 6.1 设计暴雨.5 6.2 设计洪水.6 1 海原县陶家沟水库海原县陶家沟水库水文分析计算报告水文分析计算报告 1 任务由来任务由来 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 流域概况流域概况 2.1 自然概况自然概况 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 1053026.8，北 纬 362910.6(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 2.2 气象要素气象要素 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。 表表 3-1 流域周边主要雨量站点基本情况表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 1053141362632 19632010 364.5 园河园河中卫市海原县树台乡园河 1052741363532 19602010 342.4 3 4水文要素水文要素 4.1 降水降水 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 69 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。 表表 4-14-1 流域多年平均及各保证率年降水量月分配表流域多年平均及各保证率年降水量月分配表 单位：mm 月 份 123456789101112 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 15.50.9 0.2 356.1 P=75%6.7 10.00.7 18.4 42.2 23.5 53.5 74.539.4 18.5 6.1 3.6 297.1 4.2 水面蒸发水面蒸发 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。 表表 4-2 流域多年平均蒸发量月分配表流域多年平均蒸发量月分配表 单位：mm 月份 123456789101112 全年 蒸发量 23.140.379.4132.6170.6174.3168.1147.8109.678.749.326.21200 分配比% 1.93.46.611.014.214.614.012.39.16.64.12.2100 4 4.3 径流径流 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。 表表 4-3 流域多年平均及各保证率径流量分配表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 69 月，尤以 78 月为主，占 79.8%。多年平均输沙量月分配见表 4-4。 表表 4-4 流域多年平均输沙量逐月分配表流域多年平均输沙量逐月分配表 单位：万 t 月 份123456789101112全年 多年平均000.02 0.05 0.10 0.61 1.84 3.20 0.45 0.05 006.32 %000.30.81.69.629.150.77.10.800100 5 暴雨洪水特性暴雨洪水特性 5.1 暴雨特性暴雨特性 暴雨一般集中在每年的 69 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 5 积小、历时短、主雨 t1h，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 t12h，强度较小，产生的峰不高，但 量大，历时长，这类雨较少。 5.2 洪水特性洪水特性 洪水同暴雨一样发生在汛期 69 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， 表表 6-1 各保证率设计点雨量各保证率设计点雨量 单位：mm 历时点雨量均值频率（ %） （ h）（ mm） CvCs/ Cv 53.3210.50.30.2 119.50.663.545.450.958.167.977.683.590.7 6 635.00.593.576.384.995.6110.1124.8133.2144.0 依点面折减系数计算得各保证率设计面雨量见表 6-2。 表表 6 -2 各保证率设计面雨量各保证率设计面雨量 单位：mm 历时点雨量均值频率（ %） （ h）（ mm） CvCs/ Cv 53.3210.50.30.2 41.846.352.360.468.373.579.8 119.50.663.5 0.920.910.900.890.880.880.88 70.277.386.098.0109.8117.2126.7 635.00.593.5 0.920.910.900.890.880.880.88 6.2 设计洪水设计洪水 6.2.16.2.1 计算方法计算方法 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。 6.2.26.2.2 产流计算产流计算 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： iii fHR 为产流期某时段净雨 (mm)； i R 7 为产流期某时段面雨量 (mm)； i H 为产流期某时段损失水量（mm） ； i f 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(45 70.0 020.037.0 cc Htt ci etf 6.2.36.2.3 汇流计算汇流计算 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)= Ktn e K t nK /1 )( )( 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(tt)= dte K tt nK dte K t nKt F Ktt n t Ktn t )/( 1 0 /1 0 )( )( 1 )( )( 1 6 . 3 1 式中： q(tt)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； t F 6 . 3 1 8 纳希瞬时单位的累积曲线，又称 S(t)曲线；dte K t nK Ktn t /1 0 )( )( 1 形同 S(t)曲线，唯在时间坐标上错后dte K tt nK Ktt n t )/( 1 0 )( )( 1 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 (tt)表示。 黄土丘陵区：n=1.22L0.231，K=M1i/n，M1i=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。 6.2.46.2.4 计算成果计算成果 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。 表表 6-3 各保证率设计洪峰流量、洪水总量表各保证率设计洪峰流量、洪水总量表 设计频率 P(%) 项 目 5.03.32.01.00.50.330.2 洪峰流量（ m3/s） 44.852.563.579.295.7107121 洪水总量（万 m3） 22.626.532.140.048.353.860.9 9 表表 6-4 各保证率设计洪水过程线表各保证率设计洪水过程线表 时段t =0.5小时 频率 012345678910 5%0 26.8 44.8 31.3 14.2 5.6 2.0 0.7 0.2 0.1 0 3.3%031.4 52.5 36.6 16.6 6.6 2.4 0.8 0.3 0.