海原县陶家沟水库水文分析报告

海原县陶家沟水库水文分析计算报告二○一二年七月项目名称：海原县陶家沟水库水文分析计算报告委托单位：承担单位：批准：审定：审核：项目负责：报告编写：目录1任务由来 (1)2流域概况 (1)2.1自然概况 (1)2.2气象要素 (2)3水文站点及水文资料 (2)4水文要素 (3)4.1降水 (3)4.2水面蒸发 (3)4.3径流 (4)4.4悬移质输沙量 (4)5暴雨洪水特性 (4)5.1暴雨特性 (4)5.2洪水特性 (5)6.设计洪水 (5)6.1设计暴雨 (5)6.2设计洪水 (6)海原县陶家沟水库水文分析计算报告1任务由来为了充分发挥水利工程设施在国民经济持续发展中的基础作用，减少洪水灾害损失，改善当地生态环境，提高当地群众的生产生活条件，保证库区生产安全，海原县水务局拟对陶家沟病险水库除险加固，委托宁夏水文水资源勘测局编制《海原县陶家沟水库水文分析计算报告》，我局接到任务后，经现场勘测和收集相关水文资料，编制《海原县陶家沟水库水文分析计算报告》，为该工程提供设计依据。

2流域概况2.1 自然概况陶家沟水库地处海原县树台乡王坡村，水库大坝选址在园河支流韩庄河流域陶家沟出口，地理位置为东经105°30′26.8″，北纬36°29′10.6″(位置图见附图1)，坝址以上控制流域面积15.8km2（经量算），河长9.0km，为小（二）型洪水库。

水库始建于1975年，总库容15万m3，现状最大坝高16米。

水库主要功能是拦沙防洪，保证下游群众的生命生产安全，经过多年运行，水库淤积严重，输水建筑物老化失修，现有效库容不能满足防洪要求。

陶家沟发源于南华山西麓，流域属中温带干旱黄土丘陵区，多山岑沟壑，沟道发育良好，自然发育，土壤为黑垆土，植被覆盖率低，植被较差，水土流失比较严重。

该控制流域属典型的大陆性季风气候，总的特征是：春暖迟，夏热短，秋凉早，冬寒长，干旱少雨，风大沙多，无霜期短。

多年平均气温6.0℃，最热7月份平均气温19.7℃，极端最高气温34.3℃，最冷1月份平均气温-9.8℃，极端最低气温-28.2℃。

初霜一般出现在9月下旬，终霜一般在5月上旬，≥2℃的无霜期120天；年平均日照时数2518小时，太阳总辐射量127.60千卡/cm2.a，光照较长，太阳辐射较强。

全年风多，而且常伴有大风、尘暴、干热风等，多年平均大风天数22天，平均风速为2.7m/s。

常见的自然灾害有干旱、暴雨、低温冻害、大风、干热风、沙尘暴、霜冻和冰雹等。

3水文站点及水文资料陶家沟水库位于园河流域一小支流陶家沟上，该坝址以上控制流域内没有雨量站和水文站。

同属园河流域相邻区域设有相桐川、园河雨量站至今都有45年以上的资料系列。

流域周边主要雨量站点基本情况见3-1表。

表3-1 流域周边主要雨量站点基本情况表4.1降水陶家沟水库坝址以上流域多年平均降水量为364.5mm（相桐川雨量站），降水年内分配不均，主要集中在6~9月，占年降水量的70%左右。

该区多年降水量变差系数Cv为0.26，偏态系数Cs=2.0Cv，其保证率50%、75%的设计年降水量分别为356.1mm、297.1mm，多年平均及各保证率年降水量月分配见表4-1。

表4-1 流域多年平均及各保证率年降水量月分配表单位：mm4.2水面蒸发水面蒸发与日照、气温、湿度、风速及下垫面条件有关，它是反映蒸发能力的指标。

流域多年平均水面蒸发量1200mm（E601型蒸发器）。

11月至次年3月为结冰期，水面蒸发量小，最小月蒸发量出现在气温最低月的1月份、12月份。

春季风大，气温回升，蒸发量增大，最大月蒸发量一般出现在5、6月份。

流域干旱指数为3.3，为干旱区。

区域多年平均蒸发量月分配见表4-2。

表4-2 流域多年平均蒸发量月分配表单位：mm4.3径流陶家沟水库坝上流域汇流面积为15.8km2，多年平均径流深为14.0mm，多年平均径流量为22.1万m3。

该区多年平均径流量变差系数Cv为0.71，偏态系数Cs=2.0Cv，该水库保证率为50%、75%的设计年径流量分别为18.5万m3、10.1万m3。

多年平均及各保证率年径流量月分配见表4-3。

表4-3流域多年平均及各保证率径流量分配表单位：万m34.4悬移质输沙量控制流域内多年平均输沙模数为4000t/ km2，水库以上汇水面积15.8km2，年输沙量为6.32万t，主要集中在6~9月，尤以7~8月为主，占79.8%。

多年平均输沙量月分配见表4-4。

表4-4 流域多年平均输沙量逐月分配表单位：万t5暴雨洪水特性5.1暴雨特性暴雨一般集中在每年的6～9月，尤以7、8月为最多，占暴雨发生次数的70％以上。

能形成大洪水的暴雨有两类，一类是笼罩面积小、历时短、主雨t≤1h，这类暴雨常在下午或傍晚发生，另一类暴雨笼罩面积大，历时长t＞12h，强度较小，产生的峰不高，但量大，历时长，这类雨较少。

5.2洪水特性洪水同暴雨一样发生在汛期6～9月，以7、8月最多， 5、10月偶尔有之。

因该流域为干旱黄土丘陵荒漠区，洪水的产流方式为超渗产流。

因植被较差，调蓄能力小，产流后即泄，汇流快，造峰历时短，洪水多为尖瘦形，陡涨陡落，一般不超过一天，大多几个小时。

6.设计洪水陶家沟无实测和历史调查洪水资料，陶家沟水库采用暴雨资料推求设计洪水。

6.1设计暴雨采用《宁夏暴雨洪水图集》及重新修订的宁夏不同历时暴雨参数等值线图进行计算。

根据宁夏水文水资源勘测局最新修订的多年平均点雨量等值线图查得，陶家沟水库流域1h、6h各保证率设计点雨量均值为19.5mm、35.0mm。

设计最大点雨量参数，1小时Cv=0.66，6小时Cv=0.59， Cs=3.5Cv，见表6-1，表6-1 各保证率设计点雨量依点面折减系数计算得各保证率设计面雨量见表6-2。

表6 -2 各保证率设计面雨量单位：mm6.2设计洪水 6.2.1计算方法由于陶家沟无实测流量资料，因此采用暴雨资料推求设计洪水，依据《宁夏暴雨洪水图集》及重新修订的宁夏不同历时暴雨参数等值线图进行计算。

6.2.2产流计算根据工程设计频率和不同历时点雨量均值及统计参数等值线图，求出设计点雨量，然后根据不同分区、面积、重现期选择点面折减系数，求得不同保证率的面雨量。

根据不同分区和暴雨特性选择，然后由面雨量过程以扣损法计算产流过程。

根据该流域实际情况，本次选用同频内包雨型进行计算。

本沟所在流域洪水为超渗产流型。

产流公式如下：i i i f H R -=i R －为产流期某时段净雨 (mm)； i H －为产流期某时段面雨量 (mm)；i f －为产流期某时段损失水量（mm ）；工程坝址以上流域属于黄土丘陵区，平均损失率f i 公式如下：)1(4570.0020.037.0ccH t t c i e t f ----=6.2.3 汇流计算汇流计算是根据推求的设计净雨过程 R i 推求流域出口断面的洪水流量过程，该计算区内洪水强度大、历时短，故采用纳希瞬时单位线法推求。

按瞬时单位线原理，就是净雨历时趋于零的极小时段内产生的一个单位净雨（1mm 净雨深）在出口处所形成的流量过程线，其公式为：u(t)=K t n e Ktn K /1)()(1--Γ 式中： t ——时段变量；u(t)——为t 时的瞬时单位线的纵坐标； n,k ——为瞬时单位线形状参数； Γ(n)——伽玛函数根据上式可导出时段单位线方程式为：q(Δt ·t)=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆-Γ-Γ∆⨯∆-----⎰⎰dt e K t t n K dt e K t n K t F K t t n t K t n t )/(10/10)()(1)()(16.31 式中： q(Δt ·t)面积为F 的流域上，t 时段内净雨量为1mm 的单位线在t 时段的纵坐标，以m 3/s 计;Δt ——计算时段长（h ）；tF∆⨯6.31——换算系数； dt e Ktn K K t n t/10)()(1--⎰Γ——纳希瞬时单位的累积曲线，又称S(t)曲线；dt eK t t n K K t t n t)/(10)()(1∆---⎰∆-Γ——形同S(t)曲线，唯在时间坐标上错后Δt 时，用S(t-Δt)表示。

[S(t)- S(t-Δt)]简写为ΔS(t)，称为Δt 小时无因次时段t 时的纵高。

一般以μ(Δt ·t)表示。

黄土丘陵区：n=1.22L 0.231，K=M 1i /n ，M 1i =0.148L 0.9i -0.093i ——产流区平均净雨强度（mm/h ）； L ——概化长度（km ）；经过计算，采用地区均衡法进行分析比较得到该流域设计保证率的洪水过程线。

6.2.4计算成果陶家沟水库坝址以上汇流面积15.8km 2，概化河长8.4km ，该流域已开发的有梯田占30%，低山缓坡丘陵占70%，汇流计算面积取11.1km 2，清浑比取0.80。

根据以上参数计算得不同保证率洪峰流量、洪水总量、设计洪水过程线分别见表6-3、6-4。

表6-3 各保证率设计洪峰流量、洪水总量表表6-4 各保证率设计洪水过程线表图1 陶家沟水库位置示意图图2 陶家沟水库坝址以上流域图。