小凌河锦凌水库设计中同频率法设计洪水地区组成分析

小凌河锦凌水库设计中同频率法设计洪水地区组成分析

1锦凌水库工程概况小凌河是辽宁省西部的一条大河。发源于朝阳县西南部，自西北向东南流经。主河全长205公里，流域面积553公里。小凌河下游有一大支流女儿河,在锦州市南汇入小凌河,女儿河流域面积1490km2,在其中游建有乌金塘水库(大型),水库控制流域面积925.2km2。锦凌水库工程坝址位于锦州市上游9.5km的小凌河干流上,控制面积3029km2。坝址以上流域基本为山地丘陵区,坝址以下有少量山丘,锦州东南为平原区。小凌河西北与大凌河相邻、南与六股河相邻,东南面入海。锦凌水库对洪水具有调节作用,直接影响了下游控制断面的设计洪水。上游工程调节作用的大小,与整个流域的洪水的组成情况有关。根据锦凌水库承担小凌河下游的防洪任务的要求,以女儿河入汇口以下的紫荆山为控制地点分析小凌河流域的设计洪水地区组成情况。小凌河流域水系分布见图1。2分析计算过程2.1-汇流口区间洪水紫荆山地点没有实测水文资料,该处洪水来源于小凌河干流(汇流口以上)和女儿河及汇流口-紫荆山区间。锦州站-汇流口区间面积仅74km2,区间洪水可以忽略不计,所以小凌河干流洪水直接采用锦州站成果。汇流口-紫荆山区间面积336km2,这段区间洪水主要来源于左侧支流百股河。经分析干流洪峰遭遇到百股河的洪水流量很小,与干流洪水削减部分大致相当,故百股河的洪水也可不予考虑,紫荆山处的洪水可以用汇流口处的洪水来代替。2.2缸—洪水传播时间分析小凌河上、下游测站中有对应实测资料,能够统计洪水传播时间的只有缸窑口站和锦州站。经统计,各场次洪水的传播时间因暴雨中心的位置不同而变化很大。当暴雨中心在流域上游时,缸—锦洪水传播时间较长,一般为6～10h,如1963、1966、1974等年份;当暴雨中心在流域中上游时,缸—锦洪水传播时间一般为4～6h,占多数年份;当暴雨中心在中游地区时,缸—锦洪水传播时间一般为3～5h,如1959、1977、1969等年份。在设计情况下,主要考虑大洪水时(锦州站流量为3000m3/s以上)的传播时间,经分析比较缸—锦洪水传播时间采用4h。女儿河乌金塘至汇流口的洪水传播时间无实测资料,但其河道比降与缸～锦间相差不多,所以其洪水传播时间按照缸～锦洪水传播时间采用河长比法推求,也为4小时。2.3锦凌水库出口洪水锦凌水库坝址位于锦州上游95km,其控制面积占锦州站控制面积的985%,区间无大支流汇入,故锦凌水库坝址设计洪水直接采用锦州站的成果。2.4女儿河设计洪水分析2.4.1设计洪水的选取女儿河上有乌金塘水库一处控制站,女儿河口处没有实测水文资料,又因为女儿河仅有乌金塘水库一处水文站,不能通过洪水演进关系推求女儿河口逐年洪水过程进行设计洪水计算,所以乌金塘-女儿河区间和女儿河口处设计洪峰用乌金塘站成果采用面积比的2/3次方推求,设计洪量用乌金塘站成果采用面积比的一次方来推求,并且用多年平均时段面雨量适当修正。2.4.2较大洪水在汇流口处的遭遇关系因为女儿河口处没有实测水文资料,所以将乌金塘站洪水过程按面积比扩大再错传播时间平移到汇流口作为女儿河口的来水过程,小凌河干流的来水过程采用锦州站代替。我们统计了1955～2000年间发生的27场较大洪水在汇流口处的遭遇关系,其中峰现时间相差1h的有5场,峰现时间相差4h的有19场,峰现时间相差最长的为16h(见表1),其中1963年洪水相差85h,1969年洪水相差2.5h,1977年洪水相差2.3h。从上面的分析可以看出,小凌河干流洪水与女儿河洪水洪峰不是完全遭遇,但总的来看一次洪水过程是遭遇的。2.5汇流口洪水计算女儿河口处没有实测流量过程,但可以把1955～2000年各年的乌金塘站实测的洪水过程按面积比扩大再错传播时间平移到汇流口作为女儿河口的来水过程,锦州站有1954～2000年各年的实测洪水过程,这样就可以组合得到汇流口1955～2000年共46年的洪水过程资料,经统计得出汇流口站1955～2000年共46年的洪峰与各日洪量系列。经分析,汇流口的洪峰、洪量的频率计算,1963年洪水的重现期按一百年考虑,1955～2000年按46年连续系列计算。其设计洪峰、洪量有关参数是综合小凌河其它测站成果确定的,汇流口洪水主要来源于小凌河干流,Cv和Cs与锦州站成果一致是合理的,也是安全的。同临近流域比较,上述计算的小凌河汇流口处设计洪量在Wp—F关系上也是合理的。2.6洪水过程线的实测和成果经过选取的1963、1969、1975、1977和1994年5个典型年的分析对照,认为1963年和1977年典型年是比较危险的、有代表性的,以1963年为例作为全区设计洪水地区组成的典型年。小凌河干流(汇流口以上)洪水过程线采用锦州水文站实测成果。乌金塘站洪水过程线采用其本站还原后成果。乌金塘-女儿河口区间没有实测资料,其洪水过程线采用1963年实测暴雨过程采用辽宁省暴雨洪水经验公式推求。女儿河口洪水过程线用乌金塘站洪水过程线与区间洪水过程线进行组合求得。2.7洪水的主要来源流域及主要流域的划分根据上述选好的设计洪水控制地点、洪水组成方法选用同频率控制法,即以汇流口设计洪峰、洪量作为控制。各个典型年的分析对照,1963年典型年是比较危险的、有代表性的,以1963年为例作为全区设计洪水地区组成的典型年。根据紫荆山以上洪水的来源情况,选择小凌河干流、女儿河口作为控制点,女儿河又划分为乌金塘水库以上流域和乌-女儿河口区间。紫荆山以上设计洪水地区组成方案见表2。以1963年为典型。3洪水过程线的修正①在本次地区洪水组成分析中,按照同频率法,控制地点汇流口和上游各分区的设计洪峰、洪量采用本站成果,相应分区点的相应洪量由控制站洪量与设计地点洪量相减求得。相应分区点的相应洪峰采用试错法推求,即先根据相应地点的洪峰-洪量相关关系,初估相应地点的相应洪峰,然后按峰、量同频率分时段控制法放大设计地点和相应地点的洪水过程线,并进行控制地点各频率设计洪水过程线组合,组合的过程线与汇流口设计洪水过程线进行比较,修改相应地点的洪峰,使组合洪水过程线的洪峰与汇流口设计洪峰流量尽量相同。按照上述的计算方法,洪量完全可以满足组合要求,但是洪峰需要经过几次试算调整,逐步达到满足要求。这样就能够保证组合的洪水过程线洪峰、洪量与下游控制站的设计洪峰洪量基本相一致,维持上下游水量平衡。这样经过水库调洪以后的汇流口组合过程线就能够真实地反映枢纽的实际调节洪水的能力,说明上游各设计地点与相应地点的洪水过程线均是合理的。②在女儿河的洪水组成中,以女儿河口设计作为控制,分为:a.乌金塘水库设计、乌—女儿河口区间相应和b.乌—女儿河口区间设计、乌金塘水库相应两种情况。由于女儿河仅有其中游的乌金塘水库一个水文站,乌—女儿河口区间和女儿河口的设计洪峰均用乌金塘站的设计洪峰采用面积比的2/3次方计算,设计洪量用乌金塘站的设计洪量采用面积比推求。这样计算会带来一个问题,就是由于女儿河口和乌-口区间设计洪量均是用乌金塘站设计洪量采用面积比的一次方推求的,而女儿河口的面积是其两个分区的面积之和,故而女儿河口和乌—口区间的设计洪量之和等于女儿河口的设计洪量,而从水文原理上说,上游两个分区的设计洪量加起来就应该大于下游控制点的设计洪量,因此,这种方法就有些问题,本次计算仍采用了这种方法,但是对最大24h和三日洪量均进行了修正,用各个分区内的雨量站的多年平均最大24h和三日雨量进行了修正,使乌金塘水库和乌—口区间设计洪量之和大于汇流口的设计洪量,即满足了设计的要求,又符合水文原理合理性分析的原则。③在女儿河的洪水组成中,典型年选择了1963年,乌—女儿河口区间没有实测水文资料,区间典型洪水过程采用1963年实测暴雨过程通过辽宁省暴雨洪水经验公式推求,比用乌金塘站面积比方法的洪水过程线略为尖瘦一些。由于女儿河流域面积乌—河口区间占