航電犍為樞紐設(shè)計(jì)洪水推求

1、航電犍為樞紐設(shè)計(jì)洪水推求第3o卷第5期2011年10月紅水河hongshuirivervo1.30.no.50ct.2011航電犍為樞紐設(shè)計(jì)洪水推求萬洪杰,陳聲建z(1.廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院,廣西南寧530023;2.黃河河口研究院,山東東營257091)摘要:航電犍為樞紐工程是岷江樂山宜賓河段航電六級規(guī)劃開發(fā)方案的第3級.通過對五通橋,高場水文站洪水計(jì)算及上游梯級,庫區(qū)防洪堤對設(shè)計(jì)洪水的影響分析,確定航電犍為樞紐的設(shè)計(jì)洪水成果.關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)洪水;歷史洪水調(diào)查;航電犍為樞紐工程中圖分類號:tv122.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:b文章編號:1001408x(2011)050006041前言航電犍為樞紐

2、工程位于四川省樂山市犍為縣城上游約1km的岷江干流下游河段,是岷江樂山宜賓河段航電六級規(guī)劃開發(fā)方案的第3級.推薦壩址位于犍為大橋上游約1.4km處,距上游大渡河與岷江匯合河口約50km.航電犍為樞紐工程上下游分別與東風(fēng)巖梯級和龍溪口梯級銜接,距上游東風(fēng)巖壩址約18.1km,距下游龍溪口壩址約31.1km.樞紐校核水位339.21iti,設(shè)計(jì)洪水位335.31nl,正常蓄水位335m,死水位334m,正常蓄水位以下庫容14827萬m.,調(diào)節(jié)庫容1575萬m,死庫容13252萬in.,裝機(jī)容量500mw.目前,航電犍為樞紐以上岷江干支流水電站眾多,其中紫坪鋪水利樞紐工程具有不完全年調(diào)節(jié)性能,瀑布溝

3、水電站具有季調(diào)節(jié)性能,同時(shí)由于在當(dāng)?shù)匾颜也坏阶銐蛉萘康陌仓命c(diǎn),犍為庫區(qū)及其上游老木孔,東風(fēng)巖庫區(qū)均按二十年一遇的標(biāo)準(zhǔn)沿河修建防護(hù)工程,以上因素將對航電犍為樞紐的天然洪水有一定影響,本次通過分析計(jì)算,確定航電犍為樞紐的設(shè)計(jì)洪水成果.2暴雨洪水特性岷江流域的暴雨主要由太平洋暖濕氣流西進(jìn)抬升形成和印度洋暖濕氣流南進(jìn)阻塞形成.暴雨最早出現(xiàn)在4月,主要集中在69月,其中特大暴雨主要出現(xiàn)在6月下旬8月中旬.一次暴雨歷時(shí)35d.受地形,地勢,天氣等因素影響,暴雨在地區(qū)上分6布不均.屬于高原地區(qū)的干流源頭及大渡河源頭暴雨稀少,雨量小,最大24h暴雨量基本在80.0mm以下,多年平均暴雨出現(xiàn)時(shí)間o.1d以下.鹿

4、頭山,青衣江暴雨區(qū)內(nèi),暴雨活動(dòng)頻繁,暴雨中心最大24h暴雨量常超過200mm,其中夾江站實(shí)測最大24h暴雨量達(dá)565.0mm(1938年7月),暴雨中心多年平均暴雨出現(xiàn)時(shí)間7d以上.岷江流域洪水主要由暴雨形成,洪水出現(xiàn)的時(shí)間與暴雨相應(yīng),洪水發(fā)生的地區(qū),量級亦與暴雨密切相關(guān).據(jù)五通橋,高場水文站實(shí)測資料統(tǒng)計(jì),岷江下游河段年最大洪峰流量最早發(fā)生于6月,最晚發(fā)生于9月,年最大洪水發(fā)生時(shí)間以7,8月最多.年最大流量的年際變化較大,五通橋站實(shí)鋇4年最大洪峰流量與年最小洪峰流量之比為3.66,高場站實(shí)測年最大洪峰流量與年最小洪峰流量之比為2.7.3歷史洪水調(diào)查與重現(xiàn)期的估算3.1歷史洪水調(diào)查概述岷江流域歷

5、史洪水調(diào)查自50年代起,先后有成都勘測設(shè)計(jì)研究院,四川省水文總站(現(xiàn)四川省水文水資源勘查局),長江流域規(guī)劃辦公室,成都工學(xué)院(現(xiàn)四川大學(xué))等單位進(jìn)行了數(shù)次調(diào)查,基本查清了岷江干流近百年來發(fā)生的歷史洪水.1984年四川省水利廳組織對歷次洪水調(diào)查資料進(jìn)行整編,分四冊刊印了四川省洪水調(diào)查資料.3.2石刻,歷史文獻(xiàn)資料岷江流域下游地區(qū)歷史悠久,文化發(fā)達(dá),對岷江流域洪水受災(zāi)記載的石刻,文獻(xiàn)資料較為詳盡.收稿日期:2011-0729作者簡介:萬洪杰(1982一),男,海南儋州人,工程師,主要從事水文泥沙設(shè)計(jì)研究工作,e-mail:wanhjgxed.corn.萬洪杰,陳聲建:航電犍為樞紐設(shè)計(jì)洪水推求經(jīng)對沿

6、江石刻等資料進(jìn)行了搜集整理,岷江五通橋河段朝峨洞有石刻兩處,分別記述了1814,1917年洪水.據(jù)樂山縣志及相關(guān)文獻(xiàn)記載,樂山市市中區(qū)自宋太祖開寶九年(976年)至民國三十八年(1949年)共發(fā)生較大洪水災(zāi)害47次.經(jīng)分析,自19世紀(jì)以來文獻(xiàn)對洪水災(zāi)害記述較完善,對水情和災(zāi)情的記述頗為具體,其中比較突出的大洪水年份有1846,1917,1931,1936年等.3.3歷史洪水重現(xiàn)期五通橋,高場河段的歷史洪水經(jīng)調(diào)查考證且已推算出洪峰流量,可納入歷史洪水系列進(jìn)行重現(xiàn)期考證,按大小順序排列有1917,1931,1961,1936,1955年,其中1955年洪水量級較小,不作為特大洪水處理,據(jù)現(xiàn)有資料對

7、五通橋,高場河段其余四場洪水的重現(xiàn)期分析.其中五通橋水文站1917年洪水重現(xiàn)期為192年,高場水文站1917年洪水重現(xiàn)期為89192年,兩站的1931,1961,1936年洪水重現(xiàn)期均分別為45年,3o年,23年.4洪水系列的插補(bǔ)延長及代表性分析4.1洪水系列的插補(bǔ)延長高場水文站建于1939年4月,具有1939年至今實(shí)測洪峰系列.而五通橋水文站相對高場設(shè)站較晚,建于1953年4月,具有1953年8月1957年,1964年至今實(shí)測洪峰資料,19581963年僅有實(shí)測最高水位資料.因此需對五通橋水文站的洪峰系列進(jìn)行插補(bǔ)延長,插補(bǔ)過程如下:(1)19581963年洪水系列插補(bǔ)延長.五通橋(一)站具有

8、19581963年有實(shí)測水位而缺測流量,用五通橋(一)站實(shí)測年最高水位在該站19541957年綜合水位流量關(guān)系曲線上插補(bǔ)出相應(yīng)的年最大洪峰流量.(2)19391952年洪水系列插補(bǔ)延長.由烏尤寺水位站水位通過兩站水位相關(guān)關(guān)系,插補(bǔ)出五通橋水文站19391953年最高水位,然后查五通橋(一)站19541957年綜合水位流量關(guān)系曲線,得到五通橋水文站19391952年最大洪峰流量.至此,得出五通橋水文站19392005年洪峰流量系列.4.2洪水系列代表性分析通過對五通橋水文站資料進(jìn)行長(19392005年),短(19532005年)系列分析,19532005年洪水中大洪水次數(shù)少,均值偏小(1939

9、1952年洪水均值22400m./s,19532005年洪水均值18000m/s).1939年以來的洪水系列中,19532005年出現(xiàn)大于20000m3/s的洪水有13年,而19391952年則出現(xiàn)了7年.由此可見,19532005年洪水系列偏枯,長系列(19392005年)更具代表性.現(xiàn)將調(diào)查到的歷史洪水,按年份逐次加入使系列延長至1917年,1931年,1936年,并計(jì)算各系列的洪水均值及c值,隨著系列的延長,洪水均值和c逐漸增大并趨于穩(wěn)定.由于1917年洪水是l8l4年以來首大洪水,因此將插補(bǔ)延長后的19392005年洪水系列與1917年以來的歷史洪水組成一個(gè)不連序系列,五通橋水文站洪水

10、系列的代表性得到提高.高場水文站具有19392005年共67年實(shí)測最大流量系列,加入1917年,1931年,1936年歷史洪水后,該站洪水系列的代表性亦得到提高.5水文站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算及合理生分析5.1水文站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算本次分別以五通橋水文站插補(bǔ)延長后的19392005年洪水系列和高場水文站19392005年實(shí)測洪水系列為樣本,分別加入1917,1931,1936年歷史洪水,并將1961年實(shí)測洪水與1917,1931,1936年歷史洪水一起作為特大洪水,組成的不連序系列進(jìn)行頻率計(jì)算.然后按數(shù)學(xué)期望公式pm=m/(n+1)100%,條件概率公式p.=pm+(1-pm)(m1)/(nz+1)分別計(jì)算

11、特大洪水和實(shí)測系列的經(jīng)驗(yàn)頻率,以矩法計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)的初始值,采用p一型理論頻率曲線適線,確定其統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)值,成果見表1.表1五通橋,高場水文站設(shè)計(jì)洪峰流量成果表測站均值各頻率設(shè)計(jì)值名稱mcc.fcrotsp=o.o5%p=o.1%p=o.2%1%=2%:5%:lo%=2o%五通橋195o0o.425.0748o069ooo63100494o0436o0359o0301o0243o0高場199o0o.415.o744o0686oo629o0495o0438o0362o0305o0248007紅水河2011年第5期5.2成果合理性分析經(jīng)上,下游各水文站統(tǒng)計(jì)參數(shù)值進(jìn)行對比分析(見表2),大渡河流域

12、暴雨小,洪峰均值模數(shù)較小;青衣江流域暴雨較大,其洪峰均值模數(shù)高于其他地區(qū);岷江上游(汶川以上)洪水量級較小,流經(jīng)鹿頭山暴雨區(qū),洪峰流量顯著增加,納大渡河,青衣江后,洪水量級陡增,各水文站設(shè)計(jì)洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)符合地區(qū)變化規(guī)律.岷江干流水文站洪峰均值隨著面積的增大而增大,變差系數(shù)則呈現(xiàn)駝峰變化規(guī)律,與本地區(qū)暴雨分布相應(yīng),統(tǒng)計(jì)參數(shù)符合本流域地區(qū)變化規(guī)律.從五通橋與高場水文站的洪水頻率設(shè)計(jì)值來看,重現(xiàn)期百年一遇以上時(shí),五通橋比高場水文站的洪水要大;重現(xiàn)期百年一遇以下(包括百年一遇)時(shí),高場比五通橋水文站的洪水要大,此現(xiàn)象符合本河段的河道特性,反映了本河段發(fā)生大洪水時(shí),河道的坦化作用是明顯的.綜上所述,五通

13、橋,高場水文站的設(shè)計(jì)洪水成果是合理的.表2岷江流域主要水文站洪峰流量參數(shù)比較表集雨面積均值洪峰均值模數(shù)河名站名ic,資料統(tǒng)計(jì)年限krn2|sm3/(s.krn2)青衣江夾江1258890oo0-353.o0.71519372005大渡河銅街子763836220o.245.o0.08119372oo5紫坪鋪2266423500.405.oo.1o41937-2oo5彭山3o66l677o0-383.o0.221i9502oo5岷江五通橋126478195o0o.425.o0場135378199o0o.415.o0.1471939-2oo56航電犍為樞紐設(shè)計(jì)洪水的推求6.

14、1實(shí)測大洪水地區(qū)組成分析根據(jù)岷江干流彭山,五通橋水文站,大渡河銅街子水文站及青衣江夾江水文站的實(shí)測洪水資料,分析五通橋水文站洪峰流量大于20000m3/s的三江的洪水組成情況,統(tǒng)計(jì)情況見表3.由表3可知,在五通橋水文站洪峰流量大于表3岷江,大渡河及青衣江洪水組成情況統(tǒng)計(jì)表五通橋水文站彭山水文站銅街子水文站夾江水文站五銅夾一彭區(qū)間年份洪峰相應(yīng)相應(yīng)相應(yīng)相應(yīng)月日時(shí)流量比例流量比例比例比例流量流量|s%m-i/smmm3/s195571420352o0596o16.9834023.7155o044.o54o015-31961629204240o907021.4535012.61290o30.4151o

15、o35.619737l421】oo807038.23o9o14.6957045.43701.819757264237oo835035.2297012.51110o46.812805.4197581l2224oo0493020.5371o15.5137o057.1166o6.91975953203o051oo25.1366o18.o650o32.05o4o24.819777719:302110054o025.627oo12.8l19oo56.411oo5.219817128263o0873033.253o020-2813o30.9414015.7198296o223o0747033.5247o1

16、1.18ooo35.9436019.61985826o2ooo0632031.6348017.4912045.610805.4均值28.115.842.513.620000m3/s情況下,彭山水文站占28.1%(集雨面積占24.2%),銅街子水文站占15.8%(集雨面積占60.4%),夾江水文站占42.5%(集雨面積占1o%),五銅夾彭區(qū)間占13.6%(面積占5.4%).由此可見,五通橋水文站洪峰流量超過20000m3/s時(shí),上游主要以青衣江來水為主,其次為岷江彭山上游來8水,大渡河銅街子以上及五銅夾彭區(qū)間來水相對最少,符合青衣江處于暴雨中心的特性.6.2上游梯級對設(shè)計(jì)洪水的影響分析目前在岷江

17、干流上游已建成具有不完全年調(diào)節(jié)能力的紫坪鋪水利樞紐工程,支流大渡河上已建成具有季調(diào)節(jié)能力的瀑布溝水電站,本次主要分析以萬洪杰,陳聲建:犍為航電樞紐設(shè)計(jì)洪水推求上兩工程對下游洪水的影響程度.紫坪鋪水庫是一座以灌溉和供水為主,兼有發(fā)電,防洪,環(huán)境保護(hù),旅游等綜合效益的水利工程.四川省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院1999年2月完成的四川岷江中下游(眉山,樂山段)防洪規(guī)劃報(bào)告,就紫坪鋪水電站建庫后對下游防洪影響進(jìn)行了分析,其主要結(jié)論為:紫坪鋪水庫對金馬河青城大橋的防洪效益非常顯著,但對岷江中游彭山以下河道的防洪影響甚微,甚至不起作用.統(tǒng)計(jì)彭山水文站從19381997年的59年中,實(shí)測洪峰流量超過10o00m

18、3/s的大洪水共有9次(19982008年實(shí)測洪峰流量均大于10000m.在9次大洪水中,岷江新津以上來水所占的比重均在28%左右,說明岷江新津以上來水在彭山以下的大洪水中起到墊底的作用.彭山站70%以上的洪水都是來自支流南河,西河,府河(主要是南河,其次是西河).例如1984年,彭山站實(shí)測洪峰流量為13600m3/s,在南河出口上游約2.0km處經(jīng)洪水調(diào)查推算南河的洪峰流量為86t0m3/s,占63.3%.由此可見,上游紫坪鋪水庫對岷江中下游(彭山以下)河道的防洪效益不明顯,也即對下游的設(shè)計(jì)洪水成果影響很小.瀑布溝水電站是以發(fā)電為主,兼有防洪,攔沙等綜合效益的水電工程.根據(jù)大渡河上的深溪溝,

19、枕頭壩一級水電站的可研階段設(shè)計(jì)洪水成果表明,瀑布溝水庫的削峰能力有限,o.1%洪峰削減.6.1%,1%洪峰削減0.3%,即對下游的設(shè)計(jì)洪水成果影響很小.四川省內(nèi)著名的雅安暴雨中心位于青衣江流域,根據(jù)洪水組成分析結(jié)論,五通橋水文站大洪水主要來自青衣江,而青衣江上修建的年調(diào)節(jié)水庫均分布在其干流上游及支流上,對岷江洪水的調(diào)節(jié)作用有限.6.3防洪堤對設(shè)計(jì)洪水的影響分析由于在當(dāng)?shù)匾颜也坏阶銐蛉萘康陌仓命c(diǎn),犍為庫區(qū)及其上游老木孔,東風(fēng)巖庫區(qū)均按20年一遇的標(biāo)準(zhǔn)沿河修建防護(hù)工程.因此在修建防護(hù)工程后,發(fā)生2o年一遇及以下的洪水時(shí),原天然漫灘將不復(fù)存在,河水全部歸槽,防護(hù)區(qū)斷面的洪峰流量必將比天然情況要大;而

20、發(fā)生重現(xiàn)期2o年以上的洪水時(shí),洪水將漫過防護(hù)堤而發(fā)生漫灘,與天然河道的行洪通道差不多,其洪峰流量與天然情況接近.鑒于1985年后岷江中下游開始陸續(xù)修建局部防護(hù)堤,并且所發(fā)生的洪水均不超過20年一遇,因此本次采用1985年以后五通橋水文站及高場水文站同期實(shí)測最大洪水資料分析面積指數(shù),經(jīng)分析面積指數(shù)約為1.5.6.4設(shè)計(jì)洪水推求考慮五通橋與高場水文站的天然各頻率設(shè)計(jì)洪水的規(guī)律,結(jié)合本工程及上游老木孔,東風(fēng)巖庫區(qū)防護(hù)堤的因素,本次航電犍為樞紐的設(shè)計(jì)洪水應(yīng)分段推求;20年一遇及以下的設(shè)計(jì)洪水,基本不出槽,以五通橋水文站的設(shè)計(jì)值按面積比的1.5次方推求;2o年一遇以上的設(shè)計(jì)洪水,以五通橋水文站與高場水文

21、站的設(shè)計(jì)值按面積內(nèi)插推求;據(jù)此原則推求航電犍為樞紐設(shè)計(jì)洪水,成果見表4.表4航電犍為樞紐設(shè)計(jì)洪水成果表m3/.各頻率設(shè)計(jì)值q位置腳.05%i腳j口=0i尸=1%l2%lp=5%i/-10%ip=20%ip=50%壩址74800i69000l63100l49400i43600i36100l3o20ol2440ol170007結(jié)語本次通過對岷江暴雨洪水特性,大洪水地區(qū)組成及上游梯級和老木孔庫區(qū)犍為庫區(qū)防洪堤對航電犍為樞紐工程設(shè)計(jì)洪水的影響分析,然后根據(jù)五通橋與高場水文站的設(shè)計(jì)洪水資料,分段推求出航電犍為樞紐的設(shè)計(jì)洪水成果.經(jīng)與上,下游各水文站,樞紐梯級設(shè)計(jì)洪水成果對比分析,洪峰模數(shù)與該地區(qū)暴雨分布

22、規(guī)律基本一致,符合本地區(qū)洪水實(shí)際情況,滿足工程設(shè)計(jì)要求,并通過水規(guī)總審查.參考文獻(xiàn):1葉守澤,詹道江.工程水文學(xué)m.北京:中國水利水電出版社,2000.2水利水電規(guī)劃總院.水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊m.北京:中國水利水電出版社,1995.3雒文生.河流水文學(xué)m湖北:武漢大學(xué)出版社,2oo2.4長江流域規(guī)劃辦公室水文處.水利工程實(shí)用水文水利計(jì)算m京:水利出版社,1982.5段文忠.河道整治與防洪工程m.湖北:湖北科技技術(shù)出版社,2000.6劉光文.水文分析與計(jì)算m.北京:水利電力出版社,1989.(英文文摘下轉(zhuǎn)第18頁)9紅水河2011年第5期墻后土夾角為22.)外,其他的簡化值與理論計(jì)算值的

23、差異不超過3%.值得注意的是,對于水下部分,尚需疊加動(dòng)水壓力.6結(jié)論綜上所述,盡管地震主動(dòng)土壓力的計(jì)算理論基礎(chǔ)相同,但不同的行業(yè)規(guī)范,其最終取值尚有所差異.由于地震主動(dòng)土壓力的計(jì)算比較復(fù)雜,在前期設(shè)計(jì)工作中,需要一種簡便而又有效的計(jì)算公式來估算.經(jīng)過驗(yàn)證,采用修正的正常土壓力增大公式(e=(1+3k0jl0)e)來計(jì)算,與采用水工抗震設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的公式計(jì)算的結(jié)果相當(dāng).由于誤差小,計(jì)算方便,可將此公式廣泛用于前期設(shè)計(jì)中地震主動(dòng)土壓力的估算.參考文獻(xiàn):1dl50732000,水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范s.2華東水利學(xué)院.水工設(shè)計(jì)手冊(第七卷)水電站建筑物3456m.北京:水利電力出版社,1989.jt

24、j00489,公路工程抗震規(guī)范is.gb5019193,構(gòu)筑物抗震規(guī)范is.gb50111-2006,鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范is.jtj22598,水運(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范s.simplifiedcalculationofseismicactiveearthpressureondesignofhydraulicstructureslixuefeng(guangxielectricpowerindustryinvestigationdesignandresearchinstitute,guangxinanning530023)abstract:thispaperanalyzesandcomparest

25、hecalculationmethodofseismicactiveearthpressureincuitentseismicdesigncodesofvariousprojectsandhydraulicdesignmanual;andputsforwardconceptofapplyingcor-rectivenormalearthpressurebuild-upformulainseismicactiveearthpressureinhydraulicseismicdesign.theresultofthisformulaisequaltothatofrecommendedformulainseismicde