林口水库设计洪水分析计算

1、林口水库设计洪水分析计算摘 要: :采用水文比拟法、地区综合法、洪水调查法、云南省暴雨径流查算图表及云南省新等值线查算法4种方法，对林口水库坝址处洪水进行分析计算，经过对洪水成果合理性分析比较，最终选用云南省暴雨径流查算图表及云南省新等值线查算的相关参数计算出 的洪水成果作为林口水库坝址设计洪水成果，为林口水库的建设提供了基础性参考数据。关键词：林口水库；设计洪水;分析计算1水库概况泼机河流域位于东经104 53105 04、北纬27 2227 34之 间，乌蒙山区东南部，地处云贵高原和四川盆地交接地带， 全流域在云南省昭通 地区镇雄县境内（如图1）。泼机河发源于镇雄县境内大擢魁乡的大海子梁子

2、，自西北向东南6.5km处纳入胡家山溪，再向西南约4km处纳入堰沟河，往东南经塘房纳入林口河，经土 地庙（河口）、堵勒坪、王家院子至泼机镇后向东南的二龙关出县汇入贵州省毕 节县六冲河（如图2）。泼机河属乌江水系的三级支流。泼机河注入六冲河，六冲河注入鸭池河，鸭池河注入乌江。泼机河流域主河道长231km,流域面积218km，天然落差440m平均比降14.2 %0。流域地势北高南低，属高图1 林口水库工程项目位置示意图原中山地貌，构造侵蚀较弱，相对高差在300m左右，流域平均海拔高程约1650m 最高点为2213.5m的摆洛大山，最低点为泼机河与六冲河汇口处，海拔 1400m 泼机河流域上游属高山

3、峡谷丘陵地貌，土地贫脊。大部分耕种面积为 25度以上 的坡地。中下游河谷一带地形开阔平缓，气候温和，土壤肥沃。流域内土地垦殖率高，植被较差，水土流失严重林口水库位于镇雄县塘房乡泼机 河的支流林口河上，距镇雄县城20km。 是云南华电镇雄坑口火电厂一期工程 专用配套水库，其功能为单一的电厂 供水。林口水库供水保证率97%年平 均供水流量0.653m3/s，设计年供水量 1603万m。水库最大坝高74.00m,坝 顶宽8m 死水位为1548.80m,死库容 221.64万m；正常蓄水位为1581.50m, 正常库容1514.74万m；设计洪水位 1582.94m,校核洪水位1584.50m,总库容

4、1725.38万 用。兴利库容1293.1 万m,设计洪水重现期为50年一遇洪水；校核洪水重现期为1000年一遇洪水2水文分析计算针对泼机河流域暴雨洪水情况，进行水库影响范围内相应断面的洪水定量 分析。泼机河流域面积218km，平均比降14.2 %。，林口水库流域内的河流为地 表水系，水库坝址以上流域面积 55.4km2，平均比降48.2 %。因评价流域没有实 测洪水资料，所以，坝址洪水计算方法采用水文比拟法、地区综合法、洪水调查 法、云南省暴雨径流查算图表及云南省新等值线查算法4种方法经综合分 析后合理取值。2.1暴雨洪水特性泼机河流域洪水由暴雨形成，与暴雨发生时间相一致。流域内洪水多集中

5、于5月9月，有明显的季节性。昭通地区水文特性研究2显示，泼机河流域 洪水过程以单峰尖瘦型为主，洪水陡涨陡落，洪水过程一般历时6小时24小时。泼机河流域内无实测洪水资料，从水文、气象成因等各方面分析，泼机河流 域与洛甸河流域的洪水特性是比较相似的，因此，泼机河流域的相关洪水特性以邻近的洛甸河水文站实测洪水资料为代表进行分析，据洛甸河站1962年2008年洪水资料统计，多年平均年洪峰流量为 242nVs，洪峰模数为0.333m3/s/km2,图2镇雄电厂林口水库流域水系示意图实测最大年洪峰流量为422ns，最小年洪峰流量为96.7m3/s，最大、最小值之 比为4.4 ;年最大洪峰流量一般出现在 5

6、月9月，7月份发生次数最多，与一 日最大暴雨的发生时间是相应的；泼机河洪水过程与洛甸河洪水过程基本一致， 以单峰尖瘦型为主，洪水陡涨陡落，洛甸河站洪水一般历时1天5天。泼机河流域洪水过程也以单峰尖瘦型为主， 洪水陡涨陡落，洪水过程一般历时6小时 24小时。洛甸河站年洪峰出现频次统计见表1。表1镇雄站、洛甸河站最大日降水发生频次统计表站名项目月份5月6月7月8月9月10月总计出现次数（次）11414125046镇雄 气象站最大日降 水百分比（%2.1730.430.426.110.90100出现次数（次）14541015蚂蝗田 雨量站最大日降 水百分比（%6.6726.733.326.76.67

7、0100出现次数（次）4919115048最大日降 水百分比（%8.3318.839.622.910.40100出现次数（次）21121113048洛甸河 水文站年最大洪 峰百分比（%4.1722.943.822.96.2501002.2坝址洪水计算泼机河流域没有实测洪水资料，林口水库坝址洪水主要通过暴雨资料及洛甸 河水文站洪水资料来推求。计算时采用了水文比拟法、地区综合法、洪水调查法、 图表及云南省新等值线查算法 4种方法进行推求。2.2.1 水文比拟法（1）参证站选择与资料分析昭通市东部小流域站点较少，只有洛甸河、胡家山、田坝等小流域站。胡 家山、田坝水文站均属于专用水文站，只有短期的暴雨

8、、洪水资料；洛甸河水文 站具有较长系列的水文资料，且距离设计流域较近，气候条件基本一致，因此可 以移用其洪水统计参数于林口水库。洛甸河水文站是省级重要站，径流面积 726血，河长34.6km,平均比降 10.3 %。该站于1960年8月1日由云南省农业厅水利局设立，1964年1月由云 南省水文水资源局领导至今。观测项目有降水、水位、流量等，有实测资料49年，均达到水文年鉴的刊印要求，实测资料精度较高。洛甸河水文站自建站以来，水文测验断面和有关项目的观测场地未曾改变， 水文站测验断面以上的人类活动不频繁，流域内仅有两座水库控制面积仅占洛甸 河水文站径流面积的2.0%，调节能力有限，对洛甸河水文站

9、以上洪水影响不大。 流域内还有为数较少的水力发电站，均是无调节引水式电站，对洪水无影响。由此说明人类活动对洪水影响甚微，洛甸河水文站的资料具有一致。从洛甸河水文站1961年2008年共48年实测洪水资料的均值、Cv值逆时 序累进曲线和差积曲线可看出，洛甸河站实测48年洪水资料具有较好的代表性。(2)水库设计洪峰流量推求根据洛甸河水文站1961年2008年共48年的实测洪水资料加入调查洪 水，按经验频率公式：P=a/(N+1)+(1-a/(N+1) x (m-L)/(n-L+1)(1)计算频率(a为调查历史洪水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

10、洪水个数为 0),用矩法公式计 算统计参数，然后采用 P- m型曲线进行适线，在参数优选的基础上按适线法调 整，洛甸河水文站年洪峰流量频率统计参数及频率成果为：多年平均洪峰流量 268nVs，Cv=0.99，Cs=4.0Cv。按日暴雨(Pd参=73.3mm Pd设=74.5mn)、面积(A 参=726活，A设=55.4km2)、河道比降(S参=10.3 %o, S设=48.2 %。)、流域形状系数(B 参=0.606，B设=0.283、比指数分别为1.15、2/3、1/4、1/3改正为设计流域 的洪峰。用矩法公式计算洛甸河站24h洪量系列统计参数，然后采用P- m型曲线进 行适线，在参数优选的

11、基础上按适线法调整，多年平均 24h洪量1701万m， Cv=0.78, Cs=3.5Cv。按面积比的0.95次方并按日暴雨量级进行修正， 计算得设 计流域的多年平均24h洪量。洪峰与洪量的离势系数(Cv)均移用参证站的Cv,即CVQ=0.99，CVW=0.78。 偏态系数Cs洪峰的倍比为4倍，洪量为3.5倍。从而得到林口水库坝址的各频 率设计洪水成果，见表2。表2移用洛甸河站成果的林口水库坝址设计洪水单位：洪峰(m/s、洪量(104m)(2)(3)统计参数设计洪峰流量、设计24h洪量站 名项目洪峰 均值CvCs/CvP=0.1%P=0.2%P=0.33%P=0.5%P=1%P=2%P=3.3

12、%P=5%P=10%P=20%洪峰2680.994.0245021301960172014201140974779536330洛甸 河站洪量17010.783.510760959887818072693458135036437033192329 1洪峰56.10.994.051344641036029723920416311269.1水库 坝址洪量150.00.783.5949.2846.5774.4711.9611.5512.7444.2385.4292.7205.4222地区综合法根据昭通地区水文特性研究中有关洪水计算的研究，其经概化后计算 最大洪峰流量均值的公式为：Qm =CPd FP

13、d=n P 日式中：Qm 设计流域的最大洪峰流量均值（m3/s）;C -反映流域地理特性等的综合系数；Pd -平均最大一日面暴雨量（mm）；F -设计流域的流域面积（km2）;n -洪峰均值的面积修正指数，n=0.75 ;n 暴雨点面折减系数；P日 -最大一日暴雨均值（mm）。经昭通地区水文特性研究的 C值等值线图查算的林口水库坝址以上流 域的C值为0.039。据云南省暴雨洪水查算手册查算，泼机河流域的最大一日暴 雨量点面折减系数为n =0.921。而平均最大一日面暴雨量的计算有三种途径：（1）以位于水库南侧（下游）的蚂蝗田雨量站1989年、1995年2008年15年日暴雨资料，不满足规范规定

14、的 30年资料系列要求，水库附近最长的暴雨 资料为洛甸河水文站（1961年2008年），按同步资料系列均值比例系数将蚂蝗 田站短系列暴雨资料均值订正为长系列暴雨资料均值。蚂蝗田站1989年、1995年2008年日暴雨均值68.9mm同步的洛甸河站 78.0mm P蚂/P洛=0.883，按比例系数推求蚂蝗田站 1961年1988年、1990年 1994年的日暴雨均值为62.9mm计入实测资料后，蚂蝗田站 1961年2008年 48年日暴雨均值为64.8mm见表3。表3 蚂蝗田站日暴雨系列订正表-年一限1989、199520081961 1988、1990|1961 2008站名1994洛甸河（m

15、r）i78.071.273.3蚂蝗田（mr）i68.962.964.8蚂蝗田站多年平均最大一日降水均值P日=64.8mm为代表点，按点面暴雨折减系数0.921计算得林口水库坝址以上流域最大一日面暴雨量为Pd=59.7mm 查昭通地区水文特性研究中昭通地区最大一日降水量等值线图，得林口水库坝址以上流域点暴雨均值 P日=75.5mm折减后Pd=69.5mm（3）查云南省暴雨统计参数图集（以下简称“新等值线”）最大24h降水 量等值线图，得林口水库坝址以上流域点暴雨均值P24h=74.5mm换算为P日=65.9mm 折减后 Pd=60.7mm查算昭通地区水文特性研究，林口水库坝址以上流域洪水的变差系

16、数求 洪峰流量离势系数GQ根据最接近设计流域面积的标准面积（iookm）洪峰流量 C等值线查得 GQ查=0.90，按适用于昭通“五莲峰以西”以外的其他地区的计算 公式进行面积的改正计算 GQ设：C/QS=GQ查 （F 设/F 标）（4）2式中：F设林口水库以上流域面积（55.4km ）F标 -标准面积（100km）求得设计流域洪峰流量离势系数C/Q设=0.97。根据流域洪水特性，取Cs/Cv=4.0。由上述公式及参数可计算出三种面暴雨量情况下的林口水库坝址洪 水。根据流域特性，按“水文地理法”经验公式：1.16W=1.28Qm（5）计算多年平均最大24h洪量，计算结果分别为：112.2万m3

17、（蚂蝗田站）、 133.7万m （昭通等值线）、114.4万m （云南新等值线）。以洪峰离势系数按推 荐公式：CVW =0.68CVQ（6）推求最大24h洪量的离势系数 Cvw=0.66,以Cs=3.5Cv计算设计最大24h 洪量。设计洪水成果见表4。表4地区综合法计算的林口水库坝址设计洪峰流量表统计参数设计洪峰流量（m3/s）、24h洪量（10开）暴雨计算方法面暴雨（mm）均值CvCs/CvP=0.1% P=0.2% P=0.5%| P=1%P=2%P=5% |P=10%蚂蝗田站59.747.342036729724619713694.4昭通等值线69.555.048942634528622

18、9158110云南新等值线:60.7洪峰48.10.974.042837330225020013896.0蚂蝗田站59.7洪量112.20.663.5580.1122.9 44 5.6 390.5 334.4 1260.3 2 )6.4昭通等值线69.5133.7691.223.0 53 2.1 465.3 398.4 310.2 2 46.0云南新等值线60.7114.4591.4133.1 45 5.3 398.1 340.9265.4 2 10.5223洪水调查法2010年5月，野外调查组赶赴现场，对林口水库进行现场查勘，选择下游 泼机集镇河段进行实地调查测量。 根据调查访问情况，分析确

19、认2007年“825”洪水各洪痕点，对洪痕进行标记并进行了纵、横断面测量。根据洪水调查测量情况，调查河段以上集水面积 163km2，调查河段洪痕比 降6.42 %。，断面面积185mi，水面宽108m，计算得水力半径1.64m。根据河床组 成情况，取糙率0.050，按如下公式：=丄 R3i12( 7)n求得断面平均流速2.23m/s，从而计算得调查河段 2007年“ 8 25”洪水 洪峰流量412ri3/s。根据“8 25”暴雨洪水实际，参照洛甸河、牛街等站测验结 果，综合分析调查河段“ 825”洪水重现期为30年一遇。林口水库位于调查河段上游，坝址集水面积55.4km2,按面积比的2/3次方

20、 推求其2007年“ 8 25”洪峰流量为201nVs，重现期为30年一遇。林口水库坝址设计洪水的推求，采用地区综合法统计参数：洪峰 C/Q=0.97， 取Cs/Cvc=4.0，查PM型频率曲线模比系数得 &P=3=3.435，以及洪量Cvw=0.66, Csw=3.5Cvw 由下式：Qm = Qp / K p(8)1.16W24h =1.28 *Qm( 9)求得坝址年最大洪峰流量均值 Qm=58.5m3/s，多年平均最大24h洪量147.9 万mt设计洪水成果见表5。表5 洪水调查法的林口水库坝址设计洪水统计参数设计洪峰流量（Vs ）、设计24h洪量（10帛）项目洪水均值I CvCs/C /

21、 P=0.1 %P=0.2 %P=0.3 3%=0.5 % P=1% 0 P=2% 0 P=3.3 % P=5% 0 P=10 %P=20洪峰58.50.974.051945440636830424420116811772.6洪量147.90.663.5763.2687.7633.0588.6514.7440.7386.0344.6272.1201.9224云南省暴雨径流查算图表法使用云南省暴雨径流查算图表（以下称图表）的暴雨洪水查算方法 计算林口水库坝址洪水。该查算图表为云南省水利水电厅研究编制， 其计算方法 和计算程序经水利部审定，在云南省水文资料缺乏的流域面积在 300km2以下的 小型

22、水利水电工程设计中得到较广泛应用。 基本参数该方法涉及的流域、降水等特征参数有：流域面积、河长、比降、流域形 状系数，年最大1小时、6小时、24小时暴雨均值及相应的变差系数 Cv值，以 及流域所在地的暴雨参数分区、 产流参数分区、径流参数分区。其中暴雨均值的 计算又有方法二中的三种计算方法； 一是用蚂蝗田站实测降水资料统计， 二是用 昭通地区等值线图查算，三是用云南省“新等值线”图查算。上述各参数取值及 由此计算的设计暴雨成果见表6。表6林口水库设计暴雨成果表单位：mm蚂蝗田站昭通等值线厶南新等值线设计暴雨 项目1h6h24h1h6h24h1h6h24h均值（mr）36.354.973.238

23、.065.585.342.555.074.5Cv0.470.460.440.410.410.400.470.460.44Cs/Cv3.53.53.53.53.53.53.53.53.5P=0.1%128.9191.1243.8118.2203.7259.3150.9191.4248.1P=0.2%119.1176.2225.5109.4188.6240.5139.4176.6229.5P=0.33%111.1164.7210.8103.4178.2226.9130.1165.0214.6P=0.5%P 104.9P 155.9P 199.898.0169.0215.8122.8156.2203

24、.4 :P=1%94.4140.5181.589.3153.9197.0110.5140.8184.8P=2%84.2125.2r 161.880.6138.9177.498.6125.4 1164.6 1P=3.3%76.0113.6147.973.7127.1163.189.0113.9150.5P=5%r 70.1P 104.3P 136.268.4117.9151.882.0104.5 :138.6：P=10%58.888.4116.458.9101.5130.568.988.6118.5P=20%47.971.995.249.084.5109.256.172.196.9 产流 林口水

25、库的暴雨分区属于云南省14个分区中的第13区，产流分区为第1区，产流参数为 Wm=100mnWt=85mm fc=2.2mm/s， R=10mm不同时段暴雨量计算公式为：Hg ”24p “皿6皿讥叫（10）H（6N4）=H24p 243p 宀（11）其中暴雨递减指数N2p N3p计算公式为：N2p 公厶-切恋出卩/出卩）（12）N3p =1661log10（H24p/H6p）（13）由式（2）（5）计算暴雨过程和时段降水量，由点雨量时段折减系数换 算为面暴雨量和时段面降水过程，采用13分区的暴雨雨型，扣除初损15.0mm扣除稳渗（后损）2.2mm/h,当降水量小于2.2mm/h时按时段降水量扣

26、除；最后 剩余时段中每小时以 R/t值扣除（t指剩余的时段数）。即可得到该水库设计净 雨过程。汇流水库的汇流分区为第l区，汇流参数为：Cm=0.33 Cn=0.70,最大基流量1.00曲 s 100km2。流域特征值为：水库 A=55.4km, S=0.0482, L=14km B=0.283。因连续最 大3h平均雨强大于10mm，故采用l0mm为主雨强。推求单位线的参数为 m=2.9， n=1.3，k=2.2。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。水库洪水成果见表7。表7图表法计算的林口水库坝址设计洪峰流量表参数设计洪峰流量（m3/s）、设计24小时洪量（万m）暴雨

27、 取值特征值分区1 h6 h24h类别P=0.1%P=0.2% P=0.5%P=1%P=2% P=5%P=10%流量510466403356309248198蚂蝗田降水P=36.3Cv=0.47P=54.9Cv=0.46P=73.2Cv=0.44洪量980.2901.7797.7706.4 618.3 494.1411.9流量510467411367323262217昭通等 值线P=38.0Cv=0.41P=65.5Cv=0.41P=85.3Cv=0.40洪量1047962.3859.7780.9689.7 550.8456.2流量555508440391345274218云南新 等值线面积：

28、255.4km河长：14km比降：0.0482暴雨:13产流：1汇流：1P=42.5Cv=0.47P=55.0Cv=0.46P=74.5Cv=0.44洪量985.5910.1805.2732.2656.8 544.2455.12.2.5洪水成果合理性分析（1）设计洪水成果经上述四种方法的分析计算，地区综合法入库洪水成果最小，图表法成 果最大，水文比拟法、洪水调查法介于前二者之间（见表8）。水库正常蓄水位时 库容1514.74万rm，正常蓄水位的库容与径流面积之比为 27.34万nVkm2，水库 的调洪能力较强，其防洪主要由洪量决定。经综合分析，确定采用云南省暴雨 径流查算图表及用云南省新等值线

29、查算的相关参数计算出的洪水成果（见表9）。设计洪水成果如下：Q.i%=555riVs， W4h，o.i%=985.5 万 m3； Q2%=345ri3/s，W4h，2%=656.8 万 m3。表8 林口水库坝址设计洪水成果比较表设计洪峰流量（m3/s）、设计24小时洪量（万用）类别计算方法P=0.1%P=0.2%P=0.33%P=0.5%P=1%P=2%P=3.3%P=5%P=10%P=20%水文比拟51344641036029723920416311269.1地区综合42837330225020013896.0洪水调查51945440636830424420116811772.6流量图表法5

30、55508469440391345306274218164水文比拟:949.2846.5774.4711.9611.5512.7444.2385.4292.7205.4 :地区综合591.4533.1455.3398.1340.9265.4210.5洪水调查763.2687.7633.0588.6514.7440.7386.0344.6272.1201.9洪量图表法:985.5910.1848.5805.2732.2656.8590.9544.2455.1349.4 :表9林口水库坝址设计洪水采用成果表设计洪峰流量（m/s ）、设计24小时洪量（万m3）类别P=0.1%P=0.2%P=0.33%P=0.5%P=1%P=2%P=3.33%P=5%P=10%P=20%流量555508469440391345306274218164洪量985.5910.1848.5805.2732.2656.8590.9544.2455.1349.43 3结论综上所述，采用水文比拟法、地区综合法、洪水调查法、云南省暴雨径流查 算图表法4种方法对林口水库坝址处洪水