水文水利计算(施工水面线讲课教案.doc

水文水利计算(施工水面线

精品资料
水文水利计算
1 水文计算
1.1 流域概况
茶阳镇地处三条河流（汀江、小靖河、漳溪河）汇合之处，三条河流流域情况如下：
⑴汀江：汀江是韩江的主要支流，位于福建省西部，广东省东部，它发源于福建省宁化县南部山区武夷山脉的大悲山东麓，自北向南流经福建长汀、武平、上杭、永定、广东大埔等县。沿河先后有旧县河、黄潭河永定河、樟溪河、小靖水等主要支流汇入，于三河坝处于梅潭河、梅江汇合后注入韩江。韩江流经丰顺、潮汕平原，注入南海。
汀江流域集水面积11802km2，福建省境内集水面积10141km2，占全流域集水面积的85.9%，广东省境内仅占14.1%，干流河长328km，主要在福建境内，广东境内仅约40km。
流域内地势北高南低，河道狭窄。峰市以上盆地峡谷相间，平均坡降1～1.64‰，峰市至石下坝约6km间两岸悬崖峭峻，水流湍急，为峡谷段，平均坡降4.4‰。石下坝至茶阳河道虽然较开阔，但仍属“U”型河谷，茶阳以下才逐渐开阔。
流域内平原约占3%，丘陵占5%，而山地则占92%。流域内植被盖和水土保持一般尚好。
⑵漳溪河：漳溪河，又名大靖河。属于汀江一级支流。发源于福建永定县东华山，流至大埔县的西河区上黄砂车上村后称为漳溪河。沿程经过西河区的上黄砂、下黄砂、漳北、漳溪、车龙、黄塘乡和茶阳镇的梅林、角庵等乡村，到茶阳镇穿过仙基桥流入汀江。总集雨面积825平方公里，大埔境内165平方公里，河流长度87公里，大埔境内32公里。河床比降0.419%，河面宽50-100米。1996年前，漳溪圩以下原可通小木船，由于自然情况的变化，河床日高，水量渐少，而且沿河多级筑坝，兴建水电站和水轮泵站，障碍通航，加上公路畅通，已经不再通船。
上游植被好，但大埔境内差，水土流失严重。漳溪河水资源理论蕴藏量为3.72千瓦，大埔境内已作多级开发，最大一级是西河水电站，总装机3×500千瓦。桥梁建筑有黄塘坑桥、北塘公路桥、仙基桥、上黄砂桥和漳北桥等。
⑶小靖河，小靖河属汀江一级支流，发源于大埔县丰溪林场上坪畲，流经大觉、古村、恋墩、太宁、渡头岗等乡村，至茶阳镇出口入汀江，集雨面积124平方公里。干流长29公里，河床坡降0.066%。上游植被良好，特别是发源地丰溪林场已列为动植物自然保护区，有利于水土保持。
水力资源多可利用，丰溪林场内已作三级开发，大觉乡有二级开发，尚有多级有待开发利用。
气温：根据多年统计资料，本流域多年平均气温21℃，年内温差变幅较大，最高气温39℃，最低气温-4.2℃，多年平均相对湿度79%，各月的月平均相对湿度在77～83%之间，日最小相对湿度6%，发生在4月份。
降雨：降雨年内分配不均，多年平均降雨量1700～1800 mm ，，4～9月份占全年降雨的76.7%，其中5～6月占全年的35.1%，4～6月以锋面雨为主，7～9月以台风雨为主。
蒸发、风向、风速：根据当地气象站实测统计资料，多年平均水面蒸发量为1153mm。流域内以东南风为多，最大风速10m/s。汀江上杭站最大瞬时风速为32m/s（1973年8月9日），相当于11～12级大风，相邻河流石窟河蕉岭气象站最大风速为17m/s，梅县站为16m/s，因此建议本工程最大风力暂采用10m/s。
径流：本流域径流年际变化较大，年内分配极不均匀，以4月～9月为汛期，约占年径流量的70%～80%，最小径流量为1月，只占年径流量的2%左右。
1.2 设计洪水计算
㈠ 汀江段设计洪水计算
⑴　茶阳水电站坝址设计洪水计算成果
根据《广东省大埔县茶阳水电站初步设计报告》（广东省水利电力勘测设计研究院），摘录得其设计洪水计算成果如下表1-1。

表1-1 茶阳电站坝址设计洪水计算成果 （黄基）
频率P
（％）
采用设计流量及坝址相应水位
Q设（m3/s)
H下游（m）
1
9218
58.26
2
8328
57.49
3.33
7757
57.05
5
7117
56.37
10
6156
55.45
20
5145
54.27
33.3
4454
53.40
50
3854
52.60

⑵ 梅州市水文分局茶阳城区段汀江洪峰流量分析成果
本洪水设计计算采用水文学面积比拟法，以溪口站实测资料为基准，对茶阳水电站坝址及狮子口河段进行各级频率流量计算。根据分析报告成果，录得成果如下：
溪口站洪峰流量频率分析成查见表1-2，茶阳水电站坝址、狮子口河段各级频率流量的设计成果见表1-3。
表1-2 溪口站洪峰流量频率分析成果表
溪
口
站
均值Q
（m3/s)
Cv
Cs/Cv
设计洪水（m3/s）
采用
系列长度
1%
2%
5%
10%
20%
3900
0.45
3.0
9210
8320
7110
6150
5140
1959-2005
表1-3 汀江茶阳电站及其它河段设计洪水成果表
频率P（％）
溪口站频率流量（m3/s)
设 计 河 段 流 量（m3/s）
相应坝
址水位
（m）
珠基
相应坝
址水位
（m）
黄基
茶电坝址
狮子口
面积9241.4(km2)

1
9210
9218
9836
57.67
58.26
2
8320
8328
8885
56.9
57.49
3.33
7750
7757
8277
56.46
57.05
5
7110
7117
7593
55.78
56.37
续表1-3
频率P（％）
溪口站频率流量（m3/s)
设 计 河 段 流 量（m3/s）
相应坝
址水位
（m）
珠基
相应坝
址水位
（m）
黄基
茶电坝址
狮子口
面积9241.4(km2)

10
6150
6156
6568
54.86
55.45
20
5140
5145
5489
53.68
54.27
33.3
4450
4454
4752
52.81
53.40
50
3850
3854
4112
52.01
52.60

⑶ 计算成果比较分析
将梅州市水文分局河段流量计算分析成果与《广东省大埔县茶阳水电站初步设计报告》中的茶阳水电站坝址设计洪水计算成果进行对比，数值列如下表1-4。
表1-4 设计计算水位对比情况表 （黄基）
频率P（％）
水文分局分析成果
省院初设报告成果
水位差
（m）
流量（m3/s）
相应水位（m）

流量（m3/s）
相应水位（m）
1
9218
58.26
10090
59.41
-1.15
2
8328
57.49

3.33
7757
57.05
7100
56.61
0.44
5
7117
56.37
6940
56.42
-0.05
10
6156
55.45

20
5145
54.27
5190
54.32
-0.05
33.3
4454
53.40

50
3854
52.60

由上表对比情况可知，各频率洪峰流量在茶阳电站坝址处的相应水位，在P＝5％以下，基本一致。高水位时，即P＝3.33％以上，流量及水位偏差较大。本设计对该情况分析如下：
⑴茶阳坝址设计流量、高水水位与《广东省大埔县茶阳水电站初步设计报告》中的茶阳水电站设计洪水计算成果有区别，主要原因为分析资料系列长度不一致造成的；
⑵《广东省大埔县茶阳水电站初步设计报告》中指出“高水部分用高陂水利枢纽可行性推算回水成果和1973年查测洪水位及最近建立的坝址临时观测水尺的实测成果，综合分析提出采用的坝址水位流量关系成果。”由于《高陂水利枢纽工程可行性研究报告》计算范围较广，对梅江及汀江的水面线推求过程中，未能详细考虑梅江及韩江的支流对水面线的影响，导致两种计算结果存在偏差。
⑶《广东省大埔县茶阳水电站初步设计报告》中洪峰流量的设计采取甲、乙两种途径分析计算：其中，甲种洪水主要考虑来自棉花滩水库（坝址和棉花滩水库发生同频率洪水，棉花滩～坝址区间发生相应洪水）；乙种洪水主要来自区间（坝址和棉花滩～坝址区间发生同频率洪水，棉花滩水库发生相应洪水），偏安全考虑，取两种计算成果的大值。由此产生差异。
本次水文局计算，以溪口水文站实测资料、茶阳电站坝址少量实测资料以及新设立的茶阳水文站近年三场较大洪水实测资料的综合分析，计算依据真实可靠，计算分析序列较《广东省大埔县茶阳水电站初步设计报告》长，经对比分析，计算成果合理可靠，故本设计的汀江上游水位采用梅州市水文局相关洪水计算成果。
茶阳城区段汀江P=50%的设计洪水Q=3854 m3/s。
㈡ 漳溪河、小靖河设计洪水计算
⑴　 地理参数
a) 集水面积（F）：
茶阳水电站坝址以上集水面积F茶阳电站=9241.4 km2；
漳溪河流域F漳溪水=825km2；
小靖河流域F小靖水=124 km2；
b) 河长（L）：
茶阳水电站坝址以上河流长度L茶阳=328 km；
漳溪河流域河流长度L彰溪河=87km；
小靖河流域河流长度L小靖河=29 km；
c) 河流平均坡降（J）：
茶阳水电站坝址以上平均坡降J茶阳坝上=0.0044；
漳溪河流域河流平均坡降J彰溪河=0.00419；
小靖河流域河流平均坡降J小靖河=0.00066；

⑵ 工程设计标准和设计洪水计算频率
本工程设计洪水标准为2年一遇洪水标准，所需计算设计洪水的频率P=50%。
⑶ 设计洪水查算参数
a) 根据本工程所处地理位置，查《广东省暴雨径流查算手册》有：
本集水区域位于《广东省暴雨径流查算手册》分区的韩江Ⅰ区，应采用韩江设计雨型；暴雨低区的定点定面关系（αt～t～F）；内陆产流参数；广东省综合单位线滞时m1～θ关系图中的B线；漳溪河流域集水面积大于500 km2，应采用广东省综合单位Ⅲ号无因次单位线ui～xi；小靖河流域集水面积小于500 km2，应采用广东省综合单位Ⅱ号无因次单位线ui～xi。
b) 点雨量均值（Ht）、变差系数Cv、点面换算系数（αt）、相应计算频率（P）下的Kp值（Cs=3.5Cv）、广东省分区产流参数f。
查《广东省水文图集》及《广东省暴雨径流查算手册》得各计算参数如下表1-5、表1-6。
表1-5 漳溪河流域暴雨查算参数表
历时（小时）
1
6
24
72
Ht
45
80
112
152
Cv
0.40
0.40
0.40
0.40
ɑ
0.664
0.762
0.884
0.886
50%Kp值
0.91
0.91
0.91
0.91
50%设计面雨量
85.96
122.46
50%时 f
2.48
1.01
表1-6 小靖河流域暴雨查算参数表
历时（小时）
1
6
24
72
Ht
45
80
112
152
Cv
0.40
0.40
0.40
0.40
ɑ
0.845
0.91
0.949
0.965
5%Kp值
0.91
0.91
0.91
0.91
50%设计面雨量
136.24
188.09
50%时 f
2.69
1.07

⑷　小靖河和漳溪河设计洪水计算成果
a) 漳溪河设计洪水计算
计算采用程序SUHM-1A（广东省综合单位线）和TL-1A（推理公式法）进行计算，计算得结果并比较如下表1-7
表1-7 漳溪河设计洪水计算成果表（P=50%）
频率P
广东省综合单位线法
推理公式法
备注
50%
588.74m3/s
573.87m3/s
相差2.53%
20%
1018.67m3/s
1110.00 m3/s
相差8.23%
5%
1549.84m3/s
1640.00m3/s
相差5.5%
3.33%
1679.05m3/s
1790.00m3/s
相差6.2%
2%
1915.51m3/s
2060.00m3/s
相差7.01%
根据合理协调计算，两种方法计算成果不超过20%，选取综合单位线法计算作为最终成果，即P=50%时，Q漳溪=588.74m3/s。
b) 小靖河设计洪水计算
计算采用程序SUHM-1A（广东省综合单位线）和TL-1A（推理公式法）进行计算，计算得结果并比较如下表1-8
表1-8 小靖河设计洪水计算成果表（P=50%）
频率P
广东省综合单位线法
推理公式法
备注
50%
165.98m3/s
135m3/s
相差18.95%
20%
248.57m3/s
250m3/s
相差0.65%
5%
362.57m3/s
421.67m3/s
相差14.01%
3.33%
395.12m3/s
472.39m3/s
相差16.36%
2%
436.82m3/s
538.57m3/s
相差18.89%
根据合理协调计算，两种方法计算成果不超过20%，选取综合单位线法计算作为最终成果，即P=50%时，Q小靖=165.98 m3/s。
1.3 施工洪水
⑴ 施工洪水标准
根据本工程的规模，按《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338-89）、《水利水电工程施工导流设计守则》（DL/T5114-2000）和《堤防工程设计规范》（GB50286-98）的规定，本工程临时性挡水建筑物按最高级别确定为5级，导流建筑物洪水标准为5～10年一遇（本工程导流建筑物为土围堰）。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SDJ338-89）的规定，导流设计洪水标准应采用枯水期（10～3月份）3年一遇洪水（P=33.3%），但是结合本工程的特点及工程施工进度安排，本设计对施工期洪水作出以下计算分析。
⑵ 施工洪水计算
根据施工设计要求：
⑴导流标准：3年一遇洪水；
⑵各堤围施工时段选择10月～4月时段。
根据施工组织设计需要，本工程施工洪水参考省水电设计院2004年编的《广东省大埔县茶阳水电站初步设计报告》施工洪水计算成果结合2007年底实施的大埔县茶阳镇城区防洪堤东升桥至下桥关应急抢险工程的实际施工经验，对施工洪水进行分析计算。
一、据省水电设计院2004年编的《广东省大埔县茶阳水电站初步设计报告》利用茶阳坝址上游原溪口水文站资料和棉花滩水库洪水的资料，统计个时段不同频率施工流量，设计成果如下表： 1）茶阳水电站各月最大洪峰流量（m3/s）

表1－9 茶阳水电站各月最大洪峰流量

P（%）
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
年最大
溪口
水文站
10
610
1340
2940
2940
3850
6370
2130
3550
2050
930
570
610
6370
20
440
910
2010
2010
3150
5190
1460
2580
1200
630
430
440
5190
棉花滩调节后
流量
10
774
774
774
774
3850
6370
2130
3550
2050
774
774
774
774
20
774
774
774
774
3150
5190
1460
2580
1200
774
774
774
774
区间
频率
10
165
364
799
799

965
557
252
155
165

20
119
247
546
546

701
326
171
116
119

茶阳
水电站
10
939
1138
1573
1573

6370

1739
1331
1026
929
939
6370
20
893
1021
1320
1320

5190

1475
1100
945
890
893
5190
说明：茶阳水电站8～4月P＝10%、20%的最大洪峰流量考虑棉花滩水库蓄水调节，棉花滩电站最大下泄发电流量Q＝774m3/s。5～9月棉花滩流量是未经水库调节后的流量，因不在施工洪水期考虑范围。
2）茶阳坝址各月多年平均流量及相应水位见下表1－10
表1－10 茶阳水电站坝址各月多年平均流量及相应水位表（黄基）

9月
10月
11月
12月
1月
2月
3月
4月
Q（m3/s）
233
148
130
156
141
166
256
383
H（m）
44.98
44.46
44.34
44.51
44.41
44.57
45.11
45.75
当上游青溪电站发电调峰Qm＝828m3/s时，相应茶阳坝下水位为47.20m。
3）9月、10月、11月上、中、下旬5年一遇平均流量及相应水位见下表1-11
表1－11 9月、10月、11月上、中、下旬15年一遇平均流量及相应水位表

9月
10月
11月
上旬
中旬
下旬
上旬
中旬
下旬
上旬
中旬
下旬
Q（m3/s）
270
302
329
182
172
163
141
132
129
H（m）
45.19
45.37
45.50
44.67
44.61
44.55
44.41
44.35
44.24
当上游青溪电站发电调峰Qm＝828m3/s时，相应茶阳坝下水位为47.20m。
二、根据2007年底实施的大埔县茶阳镇城区防洪堤东升桥至下桥关应急抢险工程（现已顺利完工）施工过程中，由于受汀江上游青溪水电站发电调峰影响，小靖河及漳溪河出口段外江水位壅高至47.00～47.50m高程。
综上，施工期洪水汀江外江水位取47.50m高程为起推水位，对施工期洪水水面线进行推算。
由于本工程处于汀江、小靖河、漳溪河汇合之处，小靖河、漳溪河与百侯镇百侯水电站重建工程所在流域梅潭河同属汀江一级支流，流域特性相近，故本工程施工洪水设计选用省水电设计院2003年编的《大埔县百侯镇百侯水电站重建工程初步报告》中的施工洪水计算成果，采用水文比拟法进行推求。
《大埔县百侯镇百侯水电站重建工程初步报告》中的施工洪水计算采用百侯水位站1965～2000年资料，将历年各月最高洪水位查百侯水位站水位～流量关系曲线，则得历年各月最大流量，然后按施工要求，分别统计分析9月～次年4月、9月～次年3月、10月～次年4月、10月～次年3月、11月～次年3月、11月～次年2月各时段的最大流量，并做频率计算，百侯电站三年一遇洪水的分期设计洪水计算成果结果见表1-12。
表1-12 百侯电站分期设计洪水计算成果表（P=33.3%）
项 目
洪 峰 流 量 (m3/s)
全年
9～3月
9～4月
10～3月
10～4月
11～2月
11～3月
年 数
37
35
35
35
35
35
35
计算
Cv
0.69
1.5
1.3
1.3
0.95
0.7
1.2
Cs
3Cv
3Cv
3Cv
3Cv
3Cv
3Cv
3Cv
Qp
P=33.3%
1756
426
580
209
390
135
193
由于本工程处于汀江、小靖河、漳溪河汇合之处，小靖河、漳溪河与百侯镇百侯水电站重建工程所在流域梅潭河同属汀江一级支流，流域特性相近，可采用水文比拟法推求大埔县茶阳镇城区防洪堤工程分期设计洪水。计算公式如下：
Q1/Q2=(F1/F2)2/3
Q1——百侯历年最高水位，见以上流量统计表；
F1——百候电站集雨面积，1261km2；
F2——小靖河集雨面积，124km2；漳溪河集雨面积，825km2。
根据公式计算茶阳镇城区防洪堤分期洪水如下表1-13
表1-13 百侯电站分期设计洪水计算成果表（P=33.3%）
项 目
洪 峰 流 量 (m3/s)
全年
9～3月
9～4月
10～3月
10～4月
11～2月
11～3月
Qp
小靖河
374
91
124
46
83
29
41
漳溪河
1323
321
437
158
294
102
145
考虑施工条件、施工强度及各枯水期洪峰流量，11～2月洪峰流量最小，但施工期较短，工期压力大，不合适；10～3月的洪峰流量较小，虽比月10～4月洪峰大，但是其工期可长1个月，洪峰流量大不多。综合考虑后，选取10～3月分期洪水成果，洪峰流量分别为小靖河46 m3/s，漳溪河为158 m3/s。
施工洪水水面线计算结果如下：
表1-14 小靖河施工洪水水面线计算成果表（2） （黄基）
序号
断面位置
桩号
计算结果
(m)
备注
1
小靖河出口
X0+000
47.5

2

X0+050
47.5

3

X0+100
47.5

4

X0+160
47.5

5

X0+210
47.5

6
下桥关下
X0+260
47.58

7
下桥关上
X0+310
47.61

8

X0+360
47.65

9
上桥关下
X0+410
47.72

10
上桥关上
X0+450
47.73

11

X0+500
47.73

12

X0+550
47.77

13
东升桥下
X0+600
47.84

14
东升桥上
X0+650
48.2

15

X0+700
48.23

续表1-14 小靖河施工洪水水面线计算成果表（2） （黄基）
序号
断面位置
桩号
计算结果
(m)
备注
16

X0+750
48.23

17

X0+800
48.83

18

X0+850
49.18

19

X0+900
49.18

20

X0+950
49.52

21

X1+000
49.59

22

X1+050
49.59

23

X1+100
49.77

24

X1+150
49.77

25

X1+200
49.82

26

X1+250
49.82

27

X1+300
49.89

28
茶阳大桥下
X1+340
49.98

29
茶阳大桥上
X1+380
49.98

30

X1+430
50.21

31

X1+480
50.21

32

X1+530
50.21

33

X1+590
50.37

34
大埔县华侨中学
X1+640
50.37

35
X1+720
52.15

36

X1+800
52.17

37

X1+860
52.17

38

X1+920
52.17

39

X1+980
52.18

40
大富桥下
X2+030
52.18

41
大富桥上
X2+210
52.25

42

X2+250
52.28

续表1-14 小靖河施工洪水水面线计算成果表（3） （黄基）
序号
断面位置
桩号
计算结果
(m)
备注
43

X2+270
52.29

44

X2+310
52.29

45

X2+340
52.3

46

X2+370
52.3

47

X2+430
52.3

48

X2+490
52.31

49

X2+540
52.31

50

X2+640
52.31

51

X2+730
52.31

52

X2+800
52.37

53

X2+970
52.42

54

X3+250
52.45

55

X3+400
52.45

56

X3+460
52.45

57
拦河坝
X3+520
52.45

表1-15 漳溪河施工洪水水面线计算成果表（1） （黄基）
序号
断面位置
桩号
计算结果
(m)
备注
1
漳溪河出口
Z0+000
47.5

2

Z0+050
47.5

3

Z0+100
47.5

4

Z0+150
47.5

5

Z0+190
47.5

6
新仙基桥下
Z0+230
47.52

7
新仙基桥上
Z0+280
47.59

续表1-15 漳溪河施工洪水水面线计算成果表 （2） （黄基）
序号
断面位置
桩号
计算结果
(m)
备注
8

Z0+340
47.59

9

Z0+380
47.59

10

Z0+440
47.62

11

Z0+500
47.62

12

Z0+550
47.62

13

Z0+600
47.69

14

Z0+680
47.7

15

Z0+780
47.73

16

Z0+890
47.78

17

Z0+940
47.81

18

Z1+040
47.81

19

Z1+170
47.83

20

Z1+210
47.84

21

Z1+270
47.84

22

Z1+320
47.87

23

Z1+370
47.87

24

Z1+420
47.87

25

Z1+480
47.87

26

Z1+530
47.9

27

Z1+570
47.91

28

Z1+620
47.91

29

Z1+690
47.95

30

Z1+720
47.95

31
大埔县水轮机厂
Z1+770
47.95

32
Z1+810
48

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