铜信溪水电站洪水分析计算

刘健 张鹏

（怀化水文水资源勘测局 怀化市 418000）

1 流域概况

沅江是湖南省四大水系之一，辰水则是沅江上游的一级支流。辰水流域地处湖南西部，发源于贵州省铜仁的梵净山麓，自西南向东北流经贵州的江口、铜仁、湖南的麻阳，于辰溪县大路口注入沅江。流域位置在北纬27°19′～27°58′和东经108°16′～109°41′之间。北以湘西山地与武水分野，南由西晃山脉与舞水为界，西以梵净山与乌江分流，东临沅江干流，流域范围包括贵州的松桃、江口、铜仁、万山特区、石阡、印江、湖南的麻阳、辰溪、凤凰、泸溪和鹤城区等11县（区）的全部或部分。流域面积7560km2，其中湖南境内4190km2。

辰水干流长294km，河道总落差764.7m，平均坡降1.89‰，辰水为一狭长地形，东西长，南北短。地势呈西南高、东北低，河源梵净山高2493.8m，铜仁以上山区平均高程（800～1500）m，中游铜仁至铜信溪（800～1000）m，铜信溪峡谷位于此段，自铜信溪以下河谷渐展。进入丘陵区，山势开阔，河谷宽敞，两岸多农田，高程在150m以下，综观全流域，大抵西及西南为山区，中、下游为丘陵区，沿河间有小块冲积平原。辰水有较大的支流3条，其中小江的面积为1253km2，其次是尧里河和太平河，分别为842km2和510km2。

根据辰水流域规划，辰水共13个梯级，铜信溪水电站是其中的第六级，位于辰水中游，下距河口126km，上距河源168km，坝址控制集水面积4878km2，占流域面积的57%，坝址以上植被良好，水土保持较好。

2 水文气象

辰水流域属亚热带气候，处东亚季风区，气候温和，雨量充沛，冬季严寒期短，每年7、8月份常出现炎热高温，夏季潮湿闷热，春季大多是阴雨多云，冬季干燥，根据麻阳、陶伊、芦家洞气象资料统计，坝址处多年平均气温17.3℃，极端最高气温41.5℃（1972年8月27日），极端最低气温-10.5℃（1977年1月30日），无霜期330天，多年平均蒸发量698.8mm，月平均最大蒸发量在8月，为108.2mm，最小月蒸发量在2月，为24.1mm，平均相对湿度78%左右，多年平均风速24m/s。流域（省境内）多年平均降水量1331.4mm。铜信溪水电站流域内多年平均降水量1293mm，最大年降水量1498mm（1957年），最小年降水量1021mm （1960年），三天降水量最大达216.4 mm。洪水均由暴雨形成，陡涨陡落，具有明显的山溪洪水特性。

3 水文测验情况

铜信溪水电站上、下铜仁及陶伊两站设站最早，始于1953年，其次1959年设立的铜信溪水文站，于1969年改为水位站；1975年在上游干流设芦家洞水文站，1976年元月铜仁水位站撤销后，由芦家洞站作为上游锦江干流控制站，此外支流还有江口、吴家寨、西河口、沙田等站。辰水干流水文、水位站如表1。

表1 辰水干流水文、水位站一览表

铜信溪水文站距坝址1.8km，与铜信溪水电站集水面积差仅为1.58%，以铜信溪站为依据站已能满足铜信溪水电站的初步设计要求，因此本次分析以铜信溪站为重点，对历年洪水资料进行审编。

铜信溪站设立于1959年，起始为水文站，与1969年改设为水位站，观测资料延伸至1991年撤站为止。1987年下游锦和电站投产发电，1986年9月铜信溪站上游贵州规划的第五级漾头电站动工修建，1991年春竣工。铜信溪水位站处在锦和水电站的库区，锦和水电站的建成，破坏了铜信溪水位站原有的水位流量关系，因此本次分析资料系列只采用1959～1986年的洪水流量及水位资料。

铜信溪站测验河段位于麻阳县官村，1959年1月1日设立之初，基本水池设立于官村上游2km处铜信溪，但该段面河槽主流太深，不适合测流，同年3月1日往下移2km处后再未变动。采用测站基面为吴淞基面（黄海+ 1.838=测站基面）。基本断面上游300m处有一沙洲，形成两股水流汇入断面，在洪水时期沙洲被淹，下游300m处也有一沙洲，枯水时期露出水面，对断面无顶托影响。测验河段整直，上游小、下游大，系喇叭形。卵石河床，中间深，河槽收束，两边较浅，左岸为岩石高山，右岸为满滩地，河床稳定，无冲淤现象。设站时下游300m处建有一筒车坝，在滴水是对水位流量关系有影响，偏高0.03m左右，但1965年冲毁后再未恢复。

铜信溪资料：1965～1968年流量资料，1969年后为水位资料。根据其水位～流量关系的确定，低水时采用1966～1968年综合单一线，在190m以上时，由于1964年均采用流速仪施测且有实测资料，并参照1920年、1935年及1995年历史洪水调查资料确定。

4 洪 水

4.1 洪水特性

铜信溪以上河流属山溪性河流，洪水来势猛、退水快，洪峰持续时间短，具有暴涨暴落之特点。洪水由暴雨形成，暴雨多为冷暖峰交绥的锋面造成，一般发生在4～8月，以6、7月出现最多，洪水历时一般3天左右，单峰多于复峰。

4.2 历史洪水

（1）历史洪水重现期的确定。

对于铜信溪河段的历史洪水，省内外多个单位都先后进行过调查，最早始于1955年长委会，之后湖南省水利部门所属的水文部门和省水电勘测设计院，于20世纪60～70年代先后组织专门人员进行过多次调查，上述资料经过多部门汇审后刊布于《湖南省洪水调查资料》汇编成果。在本次电站设计工作中，怀化水电勘测设计院再次组织人员，会同麻阳锦和水管站及锦和电站有关人员在锦和镇进行了洪水调查。

历史洪水重现期确定。根据湖南省水电勘测设计研究院1993年铜信溪可行性研究报告称：1920年7月洪水，相当于170年一遇洪水，查阅《麻阳县水利水电志》记录有1822～1920年所发生的旱情及旱灾情况，但没有暴雨洪水灾害情况记录，由此可以为该时期无大洪水发生，本次分析采用省水电勘测设计研究院的拟定成果：1920年7月洪水，为1822～2002年的最大洪水，其次为1935年洪水，1995年7月洪水在锦和镇十字街心虽比1920年水位高，但根据调查，是由于锦和水电站大坝的影响造成的，实际比1935年洪水略小。

（2）历史洪水洪峰流量的审查与推求。

《湖南省洪水调查资料（1988年）》汇编中，对铜信溪、陶伊、铜仁等站，1920年7月和1935年6月洪水的洪峰流量均作了刊布。但是本次分析发现，铜信溪的洪峰流量是根据该站1964年实测的水位～流量关系曲线，用断面平均流速法高水延长后推求的。经分析：该站实测高水流速水位不高，高水点据不够，流速高水延长走向不明，导致推算流量可能偏小。此次改用曼宁公式和谢才公式对高水延长重新定线，并对1920年和1935年的洪水洪峰流量重新进行推算，成果见表2。

表2 历史洪水调查成果表

1995年7月的洪峰流量，曾用多种方法进行计算推求，其结果比较接近。直线内插法为9450，比降改正法为9480，借用上游刘家湾断面流速法9860，利用陶伊～芦家洞1995年的实测洪水资料分析其n值用面积比拟法推求的洪峰流量为9550，经综合分析后，采用9550。为了检查铜信溪历史洪水的可靠性和合理性，对上游芦家洞站和下游陶伊站的历史洪水资料也进行了认真的审查分析，并作了适当的改正。

5 洪水频率分析

5.1 资料系列

铜信溪有1959～1968年的实测流量成果，有1969～1986年的实测水位资料，经过审查分析，高水时水位流量关系稳定，为单一线，用水位推求流量是精确可靠的，故1969～1986年的流量是根据其水位流量关系曲线直接推求，采用最大值法选取每年一个流量最大值，并考虑历史洪水的加入推求洪水频率成果。

5.2 洪水频率计算

历史洪水和实测系列均按连续系列计算频率。历史洪水频率计算按下式计算：

实测系列的经验频率计算：

考虑到历史洪水的加入，其洪峰流量均值采用矩法计算：

采用P-Ⅲ型线型，用配线法适线，铜信溪各频率洪水流量设计值见表3。

表3 铜信溪各频率洪水流量成果

5.3 合理性检查

为了检查铜信溪设计洪水参数和理性及资料系列的代表性，分别对上游芦家洞站（铜仁站）和下游陶伊站的长系列和同步系列的参数进行了计算，其成果见表4。

表4 铜信溪上、下游计算参数成果表

从表4可以看出，上、下游站长系列的均值及Cv值均很接近，其均值误差都在3%以内，证明铜信溪1959～1986年的计算系列具有较好的代表性，Cv值由上游站至下游站随着流域面积的增大而减小，符合Cv值的沿程分布规律，说明铜信溪设计洪水频率成果是可靠的。

6 结语

通过铜信溪水电站的洪水频率分析计算，可以了解到，在频率计算之前所做的一些大量具体的分析考证工作，分析计算的基础工作做得越扎实，分析成果就会更加可靠，使我们水文行业提交的成果质量得到充分的保障。

1 SL44 -93 .水利水电工程设计洪水计算规范[S].

2 SDJ214 -83 .水利水电工程水文计算规范（试行）[S].