徐郡璘,張磊磊,陳順維,趙新華,李福鋼,史黎翔
(1.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司,浙江杭州,311122;2.國網(wǎng)新源水電有限公司新安江水力發(fā)電廠,浙江杭州,311608)
經(jīng)驗單位線在新安江流域適用性評估
徐郡璘1,張磊磊1,陳順維1,趙新華2,李福鋼2,史黎翔1
(1.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司,浙江杭州,311122;2.國網(wǎng)新源水電有限公司新安江水力發(fā)電廠,浙江杭州,311608)
基于新安江水庫實測洪水資料,評估了經(jīng)驗單位線法在壩址洪水推算的精度和適用性,結(jié)果表明,經(jīng)驗單位線法在新安江流域壩址洪水推算中具有較好的精度和適用性,與實測洪水的相對誤差在5%以內(nèi),可作為新安江水庫洪水預報的補充方法,同時可為海外相似流域壩址洪水推算提供參考。
經(jīng)驗單位線;壩址洪水;新安江流域;適用性分析
新安江水電站位于浙江省建德市白沙鎮(zhèn)以上約7.5 km處,壩址以上河長為323 km,流域面積10 404 km2。新安江水庫庫面比為5.55%,庫形系數(shù)64.5,屬湖泊型水庫。由于新安江水庫庫容大,調(diào)節(jié)性能高,產(chǎn)匯流條件有了改變,入庫洪水一般比壩址洪水洪峰增高較多,峰現(xiàn)時間提前較多,洪量更趨集中。
圖1 新安江流域水系圖Fig.1 Network of Xin'anjiang river basin
一般而言,壩址洪水可通過降雨資料或水文站流量觀測資料推求,推求的洪水成果具有一定的預見期,對于水庫防洪調(diào)度及流域降雨產(chǎn)流特性研究具有較為直接的意義。目前大多數(shù)省份水文相關(guān)部門發(fā)布的洪水計算手冊均有對由降雨資料推算設(shè)計洪水的較為詳細的說明。然而,目前大量海外項目資料匱乏,缺少具體的設(shè)計洪水推算說明,因此,筆者以具有詳實實測洪水資料的新安江流域為研究對象,分析評估了羅桐埠經(jīng)驗單位線法在壩址設(shè)計洪水推算中的適用性,可為海外流域相似地區(qū)設(shè)計洪水計算提供參考。
單位線是在給定流域、單位時段內(nèi)時空分布均勻的一次降雨產(chǎn)生的單位凈雨量,在流域出口斷面所形成的地面(直接)徑流過程線[1]。從中可以看出給定流域的地面(直接)徑流過程線的形狀受該流域所有物理特征的影響。單位線方法存在三條假定條件:
(1)單位時段內(nèi)凈雨量不同,但所形成的地面徑流過程線的總歷時不變;
(2)單位時段內(nèi)N倍單位凈雨所形成的出流過程的流量值是單位線的N倍;
(3)各單位時段凈雨量所產(chǎn)生的出流過程不相干擾,出流斷面的流量等于各單位時段凈雨量所形成的流量之和。
單位線適用倍比和迭加原則,因為它的輸入(凈雨量)和輸出(出流量)取離散值,所以系統(tǒng)的卷積積分式可以用下式表達:
式中:Q——出口斷面時段末流量(m3/s);
q——時段單位線時段末流量(m3/s);
I——時段平均凈雨量(mm);
m——凈雨時段數(shù);
n——時段單位線時段數(shù)。
流域越小,凈雨的時間、空間分布不均勻性都相對較小,更符合單位線的一般假定。因此,瞬時單位線法往往用于推求中小流域的洪水過程。其實質(zhì)是流域匯流系統(tǒng)實際上為非線性系統(tǒng),將其概化為現(xiàn)行系統(tǒng)就會帶來誤差。若要在面積較大的流域使用單位線方法,就要在單位線中加入反映流域匯流系統(tǒng)非線性特征的參數(shù),如暴雨分布參數(shù)等。1999年,新安江電廠分析了流域內(nèi)歷年實測暴雨洪水過程,得到新安江水庫3 h時段單位線,以供新安江水庫洪水預報參考。該時段單位線以不同暴雨中心和暴雨量級為參數(shù),擬定了15條單位線,可根據(jù)降雨分布和降雨量級進行選用。
根據(jù)新安江水庫流域面暴雨資料,采用上述時段單位線計算新安江水庫壩址斷面1953~1956年若干場較大洪水過程并統(tǒng)計洪水峰量,計算成果與羅桐埠水文站實測洪水峰量統(tǒng)計成果進行比較(見表1)。從中可以看出,采用經(jīng)驗單位線法計算值與實測值相比,洪峰流量與一日洪量相差約2%,三日洪量相差約4%,兩者較為接近。因此,采用該單位線法計算新安江壩址洪水具有較好的適用性。
選擇新安江水庫1990~2014年發(fā)生的若干場洪水中量級較大的11場洪水,根據(jù)流域?qū)嶋H面暴雨過程,采用新安江水庫經(jīng)驗單位線計算新安江壩址洪水過程,并統(tǒng)計洪水峰量,如表2所示。
表1 經(jīng)驗單位線推算的新安江水庫壩址洪水與實測洪水對比表Table 1 Comparison between measured flood and calculated by experience unit hydrograph at dam site of Xin'anjiang reservoir
從表2可以看出,對比新安江水庫入庫洪水與壩址洪水峰量統(tǒng)計成果,洪峰流量倍比約為1.30,一日洪量倍比約為1.12,三日洪量倍比約為1.04。其比值與新安江水電廠首次大壩安全定期檢查階段,華東院采用多種方法分析的新安江水庫入庫洪水和壩址洪水倍比關(guān)系(洪峰倍比1.30,一日洪量倍比1.10,三日洪量倍比1.02)基本一致。進一步將新安江水庫入庫洪水與壩址洪峰、洪量點繪相關(guān)關(guān)系線,詳見圖2~4所示。從中可以看出新安江壩址洪水與入庫洪水存在較為顯著的線性相關(guān)關(guān)系,經(jīng)驗單位線方法在新安江流域具有良好的適用性。
表2 經(jīng)驗單位線推算新安江水庫壩址洪水Table 2 Calculated flood by experience unit hydrograph at dam site of Xin'anjiang reservoir
圖2 新安江水庫入庫洪水-壩址洪水Fig.2 Relationship between the peak inflow and the peak site flood of the reservoir
圖3 新安江水庫入庫洪水-壩址洪水一日洪量相關(guān)關(guān)系Fig.3 Correlation between inflow and one-day flood volume at the reservoir site
圖4 新安江水庫入庫洪水-壩址洪水三日洪量相關(guān)關(guān)系Fig.4 Correlation between inflow and three-day flood volume at the reservoir site
(1)通過加入降雨分布、降雨量級等參數(shù),可以更好地反映流域內(nèi)的降雨徑流特性,改善普通經(jīng)驗單位線法在較大流域匯流計算中的誤差。
(2)經(jīng)驗單位線法可以較好反映新安江流域內(nèi)的匯流特性,可以作為流域洪水預報方法的補充,可為相似無資料地區(qū)設(shè)計洪水計算提供參考。 ■
[1]長江水利委員會.水文預報方法[M].水利電力出版社,1993.
作者郵箱:xu_jl3@ecidi.com
Evaluation of the applicability of experience unit hydrograph for Xin'anjiang river basin
by XU Jun-lin,ZHANG Lei-lei,CHEN Shun-wei,ZHAO Xin-hua,LI Fu-gang and SHI Li-xiang PowerChi?na Huadong Engineering Corporation Limited
Based on the flood data of Xin'anjiang river basin,the accuracy and applicability ofthe em?piricalunit-line method are evaluated.The resultshows thatthe empiricalunit-line method is ofgood accuracy and applicability in flood calculation for Xin'anjiang river basin,and the relative error is less than 5%.It can be used as a supplementary method for flood forecasting of Xin'anjiang reservoir,as well as a reference forflood forecasting ofsimilarbasin in overseas project.
experience unithydrograph;dam site flood;Xin'anjiang riverbasin;applicability
TV211
B
1671-1092(2017)01-0016-04
2016-12-16
徐郡璘(1985-),男,江蘇徐州人,工程師,研究方向為水文與水資源。