水电站洪水设计分析论文

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古田溪是闽江下游北岸支流之一，全河分四级开发，一级水电站控制集水面积1325km2，占全流域的78.4%，总库容6.4亿m3，为年调节水库，二级龙亭水电站，三级高洋水电站，四级宝湖水电站，集水面积分别为1551km2、1697km2和1722km2，库容甚小均为日调节水库。一级水库对于各个梯级的发电、防洪起着举足轻重的作用，是设计洪水复核的重点。

一级水电站建于1959年，至今已40多年了。随着时间的推移，各个水文站积累了一大批观测资料和梯级水库运行纪录，情况也发生了很大变化。为确保水库的防洪安全和提高防洪、发电效益，研究提高汛限水位的可行性，于是提出了对梯级电站设计洪水进行复核的工作。本次设计洪水的复核，包括洪水资料可靠性、代表性、一致性审查、特大洪水论证与处理、设计洪水频率计算、设计洪水过程线推求和成果可靠性分析等。

1.资料的审查

水文资料是水文分析计算的依据，它直接影响着此次设计洪水计算的精度、可靠性，是设计洪水计算的基础。该项工作包括资料的可靠性、代表性和一致性审查三个方面

1.1资料可靠性分析

古田溪一级水库以上有大桥、前垅、达才、钱板、平湖（源里）等5个水文站和十五个雨量站。资料每年按规范要求整编和送福建省水文总站汇审，具有良好精度。建库后，电厂对一级水库库水位、泄洪、发电、下游水位、入库站流量均有系统完整的观测记录，因此用水量平衡法反算入库洪水，是可靠的。

关于古田溪历史特大洪水调查先后进行过两次，第一次是1954年7月水电总局101工程勘测队开展的，沿溪测量了1952年特大洪水痕迹，同时还调查了1948年洪水。第二次是1956年9月上海院会同古田水文站进行的，调查和推算了1952、1931、1948年特大洪水。1964年上海院最后确认一级水库坝址1952、1931、1948年特大洪水洪峰流量依次为4200、3430、3170m3/s，估计1952年洪水重现期约为80~200年，1931年约为30年，1948年属一般洪水。1964至今36年来尚未发生比1931年更大的洪水，因此，可将1952年的洪水重现期认定为116-236年，平均约为180年；1931年约为60年。特大洪量的重现期难于调查，除一天洪量与洪峰流量关系密切可认为与洪峰同频率外，其它洪量重现期均难以确定，从安全考虑将作一般洪水看待。

1.2资料一致性分析

根据防洪计算要求，设计洪水应为建库条件下的入库洪水，对此进行调洪计算，推求设计洪水位和校核洪水位。因此必须把1931、1946~1958年建库前的实测坝址洪水和1959年建库后实测的库水位、泄流、发电资料全部转换为入库洪水，以保证洪水系列的一致性。坝址洪水转换，参照华东院1987年研究成果，入库洪水与坝址洪水的洪峰流量、一天洪量、二天洪量、四天洪量的比值分别为1.16、1.04、1.00、1.00，按此将建库前实测的坝址洪水转换为入库洪水。建库后的入库洪水，按照下述水量平衡方程反算：

式中是时段的平均净入库流量（即已扣除了水库的蒸发、渗漏损失），取1小时；、分别为时段初、末的蓄水容积，由库水位纪录查库容曲线求得；为溢洪道泄流和发电流量之和，分别由泄流记录和发电负荷纪录计算。

1.3资料代表性分析

一级水库洪水系列具有1946~1958年的实测流量记录和1959年至今反算的入库洪水，洪水系列长达50多年，如图1所示，包括多个丰枯周期性变化（每个周期约11年左右），并有可靠的历史特大洪水资料，具备了良好的代表性要求。

以上表明，一级水库洪水系列具有良好的可靠性、一致性和代表性，根据设计洪水计算要求，可以采用由流量资料推求设计洪水。

图1多年洪峰流量变化过程

2．设计洪峰洪量计算

2.1洪水频率分析

古田溪一级水电站为二级工程，按规范确定大坝设计洪水标准为100年一遇，即p=1%；校核标准为千年一遇，p=0.1%。

按规范要求，考虑特大洪水作用，对一级水库入库洪峰、洪量系列按统一样本法计算经验频率，按矩法初估统计参数—均值、Cv和Cs，分布函数选用P-Ⅲ型，最后以适线法确定理论频率曲线，如图2为洪峰流量的理论频率曲线，得设计洪峰、洪量见表1：

表1古田溪一级水库入库洪水频率计算成果表

项目

成果名称

洪峰流量

Qm(m3/s)

洪量W（106m3）

一天

二天

四天

统计参数

均值

1719

66.1

91.3

122.6

Cv

0.49

0.46

0.45

0.43

Cs/Cv

3.5

线型

P-Ⅲ

设计值

频率

（%）

0.1

6370

229

310

399

1

4622

169

229

298

图2一级水库洪峰流量理论频率曲线

3.设计洪水过程线推求

采用典型洪水同频率控制放大法推求设计洪水过程线，即首先选择典型洪水，然后按推求的设计洪峰、洪量对典型洪水进行放大。

古田溪属山溪性雨洪河流，洪水由暴雨形成，溪水源短流急，暴涨暴落，降雨分布常常不均匀，洪水峰型以双峰和多峰居多。年最大洪水发生在3~10月，以5月下旬至7月中旬和9月居多，前者多为锋面雨，后者常为台风雨。根据洪水特性和工程设计要求，从一级水库实测资料的入库洪水中，选择了前八位的大洪水年份，即1966，1990，1977，1988，1968，1974，1982和1992年的洪水过程进行比较分析，最后从中选择了两个典型：(1)1966年9月洪水发生时间比较靠后，地区分布上主要来源于上游，是晚期大洪水典型；(2)1992年7月5日~9日洪水，属多峰型洪水，峰、量都很大，尤其洪量无论在一级水库还是在区间均居第二位，地区分布上区间较大，是主汛期大洪水典型。据以往分析，对一级水库防洪起决定作用的是设计洪峰和一天洪量、二天洪量、四天洪量，因此以设计洪峰、一天洪量、二天洪量和四天洪量为控制，分段放大典型洪水过程线，在保持时段设计洪量不变的条件下进行修均，即得某种典型计算的设计洪水过程线（见图3、图4,）。

图3设计洪水过程线(66年9月型)

图4设计洪水过程线(92年7月型)

4.结论

从以下几个方面看，此次复核计算成果是比较合理可靠的，可作为下一步研究提高汛限水位可行性时调洪计算的依据。

1、实测洪水从1946-1999年，历时54年，超过洪水设计规范要求的不低于30年的要求，并有丰富可靠的洪水调查成果，为正确计算奠定了牢固的基础；

2、古田溪属典型山区性河流，洪水陡涨陡落，其洪水统计参数Cv随统计时段增长而逐渐减小，符合洪水变化的一般规律；设计洪水统计参数——均值、（=W/T,W为历时T的洪量）、Cv、Cs/Cv随统计历时的变化，均有很好的规律性；

3、各频率曲线综合在一张图上，彼此协调，不会出现相互交叉现象；

4、与上下游及相邻流域洪水频率分析成果比较，一级水库的设计洪水统计参数与相关线（地区经验公式）配合紧密，符合洪水的地区变化规律。

5、与1987年、1993年洪水复核成果相比（见表2），虽稍有偏大，但相差甚微，说明成果是相当稳定可靠的。

表2古田溪一级水电站洪水复核成果比较

复核年份/复核单位

P=0.1%

P=1%

Q

W1

W2

W4

Q

W1

W2

W4

1987/华东院

6110

239

311

374

4470

173

228

295

1993/武水

6330

219

300

386

4610

162

223

290

2001/武汉大学

6370

229

310

399

4622

169

229

298

注：Q代表洪峰流量，单位为m3/S；W1、W2、W4分别为一天、二天、四天洪量，单位为106m3。

Abstract:WestudythefeasibilityofheighteningthelimitingwaterlevelduringfloodseasonaboutthefirstcascadedpowerstationGutianxi,itbaseonthenewhydrologicaldataandoperationalrecordofthepowerstationafterbuildingreservoirin1959.Scientificallyprobethecalculationmethodofreservoirflood、dealwiththeextraordinaryflood、analyzingtherepresentationofdata、frequencyanalysisandassaytherationalityofresults.Insuretheresultsofcalculatingthedesignfloodofthefirstcascadedpowerstationisaccurateandreliable,makethesturdybasefordeeperstudythefeasibilityofheighteningthelimitingwaterlevelduringfloodseason.

Keywords:Feasibility；Designflood；Calculate；Analyzetherationality

作者简介：陈刚（1977—），男，湖北孝感人，助理工程师，从事水文水资源工作。

参考文献：

（1）雒文生、宋星原，洪水预报与调度，湖北科技出版社，2001；

（2）古田溪梯级电站设计洪水复核与优化调度方案研究，武汉水利电力大学，福建省古田溪水力发电厂，1999；

（3）郭生练，水库调度综合自动化系统，武汉水利电力大学出版社，2000。