渠首取水枢纽水毁修复工程水文特征分析

渠首取水枢纽水毁修复工程水文特征分析1.1气象蓝田县属暖温带半湿润大陆性季风气候，冬寒干燥，夏热多雨有伏旱，秋凉气爽阴雨多。据气象站多年统计资料：多年平均气温13.0℃，极端最高气温43.3℃(1966年6月21日)，极端最低气温-17.4℃（1977年1月30）；平均无霜期211天，冻土最大深度25cm（1967年1月19日～21日）。全年主导风向为西北风，其次是西风、东南风，平均风速1.6m/s，最大风速20m/s。多年平均降雨量为833.3mm，6～9月降水量占全年降水量的58.4%（罗李村水文站实测）。1.2河流概况1.1.1灞河灞河原名滋水，是渭河较大的一级支流，发源于蓝田县灞塬乡箭峪岭南九道沟，向南流经灞塬后西行，到冯家弯出峪口，先后汇入清峪、流峪、兰桥河、道沟峪，在蓝田县城汇入辋峪河，经洩湖、马渡王、在未央区谭家堡又纳入浐河，北流10公里入渭河。灞河全长104.1公里，流域面积2581.0km2（含浐河760.0km2），平均比降6.0‰。灞河流域多在秦岭山区，地形南高北低，岩石裸露，土层较薄，植被良好，平时水质清洁，洪水时挟带少量泥沙，上游河道（蓝田故京）平均比降9‰，洪水陡涨陡落，水流湍急；中下游河为平原弯曲型河道，河床为宽浅式断面，河道比降中上游（故京至浐灞交汇口）为1.35‰，下游（交汇口至入渭口）为1.58‰。秦岭山区面积占灞河集水面积的57%，灞河洪水汇流时间短，具有暴涨暴落的山区性河流特点。灞河洪枯流量相差悬殊，据马渡王水文站实测资料统计，灞河多年平均流量为15.73m3/s，年径流量为4.96亿m3，7～10月份径流量占全年的56.5%，12月至翌年2月占全年径流量的6.7%。灞河最大洪峰流量为2160.0m3/s（1953年8月12日），多年平均含沙量4.43kg/m3，多年平均输沙量为216.8万t，输沙模数1354.2t/km2。1.1.2辋峪河辋峪河为灞河的第二大支流，发源于蓝田县葛牌镇南部的东沟南部，流域大部分属于秦岭山区。上游分为东采峪和西采峪，在两河桥附近两河相遇称为辋峪河，在蓝田县城汇入灞河，灌道全长55.3km，流域面积548km2，平均比降11.1‰。灞河蓝田县城段综合治理工程位于河交汇口，治理区段灞河长5.136km，辋峪河长707m，交汇口流域面积1322km2，上游主要为秦岭山脉，坡陡流急，水质清澈，基本无污染。1.3径流1.3.1设计年径流量灞河的径流主要是由降水形成，以雨水补给为主，融雪水等其它补给形式为辅，降水的多少是径流变化的决定性因素。由于灞河流域降水年际之间变化大、年内分配也不均匀，径流也具有年际变化大，年内分配不均匀，具有明显季节性变化的特点。根据灞河马渡王水文站1953～2005年共53年的连续径流系列频率计算，采用皮尔逊—Ⅲ型曲线目估适线，统计参数（包括均值、变差系数Cv和偏态系数Cs）按照矩法进行初步估算，再用适线法调整确定。灞河马渡王水文站不同频率年径流量计算成果见表2-1。灞河马渡王水文站不同频率年径流量成果表表2-1单位：亿m3均值CvCs/Cv不同频率年径流量10%20%50%75%95%4.960.451.57.956.624.553.321.121.3.2径流量年内分配马渡王站及河交汇径流量的年内分配见表2-2。灞河径流量年内分配表表2-2单位:万立方米频率月份P=75%P=95%马渡王站交汇口下游马渡王站交汇口下游1月995.67821.161525.481259.642月1184.54978.111431.741183.063月5330.064401.211248.441030.884月2573.832125.304621.813817.215月3896.093217.131054.16870.466月1911.391578.30881.40727.807月3409.082814.991261.521041.688月906.38748.43904.47746.859月4189.343459.282086.681723.0510月3165.572613.923980.753287.0411月4477.363697.111217.531005.3612月1160.71958.44984.01811.53合计3320027414.372120017505.56灞河多年平均流量为15.72m3/s，年径流量为4.96亿m3，年径流深为309.74mm，径流模数为9.82L/（s·km2），最大年径流量10.51亿m3（1964年），最小年径流量1.25亿m3（1995年），最大值与最小值分别为平均值的1.12倍和0.25倍，极值比达到8.38。灞河在50年代至60年代中期为丰水期，60年代中期至80年代末丰、枯交替，90年代初至今为一连续的枯水期，反映出径流年际之间变化大的特点。灞河径流量主要集中在汛期，7～10月径流量为1.8亿m3，占年径流量的56.51%，非汛期径流量为1.16亿m3，占年径流量的43.49%。1.4洪水1.4.1暴雨洪水特性辋峪河汇流前灞河南河桥以上流域面积770km2，辋峪河流域面积548km2，河交汇口流域面积为1322km2。该段属于灞河中上游，南部为秦岭山区，县城以上河流域正处于两个降雨的高值区，降雨量变化在800～900mm之间，远大于全县多年来平均降雨量。流域降雨量时空分布不均匀，汛期四个月降雨量占全年的55％以上。暴雨最早出现在4月，最迟在10月，量级和强度较大的暴雨一般发生在7～9月，一次暴雨历时约24小时左右，其主雨峰约六小时。灞河洪水最早出现在4月，其峰量较小，年最大洪水发生在7～9月，10月由于受淋雨影响，亦有洪水发生，但量级较小。灞河流域峪口以上属山区性河流，洪水大多陡涨陡落。由于河槽调蓄能力较小，一次暴雨形成一个洪峰，在多雨季节形成陡涨陡落的连续洪峰。出峪口后，由于辋峪河、浐河的汇入，一次暴雨往往形成陡涨陡落的连续洪峰。1.4.2设计洪水计算（1）基本资料灞河流域于1952年及1956年分别设立马渡王和罗李村水文站，观测流量、泥沙、降水等项目，蓝田县城设有气象站，观测有关气象资料。渠首溢流坝位于罗李村水文站与马渡王水文站之间，河交汇口下游约330m。马渡王水文站控制流域面积为1601km2，河交汇口处流域面积为1322km2，流域面积比较接近，本次洪水计算采用面积比拟法，以马渡王水文站作为参证站。马渡王水文站设立于1952年，收集到马渡王水文站自1952年至2005年共54年实测流量系列资料。（2）马渡王水文站设计洪水计算根据马渡王水文站1952～2005年共54年实测洪峰流量资料，加入1835年历史洪水，按不连续系列计算经验频率，用矩法计算统计参数作为初试值。偏态系数Cs=3.5Cv，采用P—Ⅲ型曲线目估适线，适线时着重考虑曲线中、上部的较大洪水点数据。频率曲线见图，统计参数及不同频率洪水洪峰流量见表2-3。图1马渡王站洪峰流量频率计算成果表表2-3单位：m3/s统计参数频率（%）均值CvCs/Cv123.3510646.00.743.525002113185016081238（3）河交汇口设计洪水流量河交汇口流域面积1322km2，交汇口处设计洪水计算采用面积比拟法，参证站选用马渡王水文站，面积比拟法计算公式为：Q设＝Q站×（F设/F站）2/3×KQ设、F设——设计流域洪峰流量及面积；Q站，F站——参证流域洪峰流量及面积；K——降雨量修正系数，由于两流域距离很近，降雨量相似，K=1.0.河交汇口各频率设计流量见表2-4。河交汇口设计洪峰流量成果表表2-4单位：m3/s频率（%）多年平均123.3510569220018481628140811441.5泥沙灞河为多泥沙河流，河床泥沙粒径随河床比降显著变化，西蓝公路桥以上为砾石粗沙，西蓝公路桥～浐灞交汇口为粗沙，交汇口以下为泥质细沙。西安理工大学2006年6月完成了《西安市浐灞河水沙特性分析及水沙系列设计》编制，根据灞河马渡王水文站1955～2005年51年的统计资料，马渡王水文站多年平均流量15.72m3/s，平均含沙量4.43kg/m3，年输沙模数1354.17t/km2，年输沙量216.80万t，实测最大侵蚀模数6083.35t/km2。灞河输沙量、含沙量的年内分配与径流量年内分配相似，年输沙量主要集中在汛期月，输沙量达到18占到全年输沙量的，非汛期输沙量33.75万t，占年输沙量的15.57%，反映出年内分配不均匀的特点，但与径流的年内分配也不完全一致，往往泥沙的年内分配更加集中在汛期，汛期沙峰与洪峰不一定相应，沙峰多提前于洪峰出现。根据该报告，灞河在50年代至60年代末期为丰沙期年代初期至80年代末丰枯交替，90年代初至今为一连续的枯沙期，与径流的年际变化基本相一致，具有年际之间变化大，水大沙多，水小沙少的特点。1.6施工导流1.6.1导流标准本工程永久性建筑物的级别为4级，依据SDJ338-89《水利水电施工组织设计规范》规定，导流建筑物级别为5级，导流洪水标准选择5年一遇。本次设计洪水系列采用1956～1990年马渡王站实测