2、水文67545.docx
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2、水文
2.1 流域概况
凤凰箐电站为龙川江干流电站，位于龙川江下游的楚雄州元谋县境内，距元谋到城约33km。
取水口断面控制径流面积3265.5km2，取水口断面距厂房约400m，厂房至取水口区间无支流加入。
电站位置见图2.1。
龙川江属长江水系，金沙江右岸一级支流。
发源于南华县境内天申堂附近的天子庙坡，河源地海拔约2600m。
发源后河道由西北向东南经沙桥、南华、吕合、东瓜及楚雄市区等地，其间纳入南下的支流双殿河、紫甸河。
在楚雄一带又纳入右支朵基小河、青龙河后河道转向东北，流经牟定县境内的大海波水库、禄丰县的妥安、黑井后又转为南北向，其间有右岸支流广通大河、罗深河及左岸支流牟定河、冷水河汇入。
其后龙川江穿越元谋县境，沿山势迤丽向北而行。
在县城下游地带纳入本流域最大的两条支流，即左支普登河及晴蛉河。
支流汇入后于元谋县的江边附近汇入金沙江。
龙川江流域涉及南华、姚安、牟定、楚雄、禄丰、武定、大姚、永仁、元谋九个县市。
流域径流面积9255km2，河长245km，流域形状系数0.154。
流域内水系发育，支流众多。
其中径流面积大于100km2的就有12条。
较大支流有晴蛉河（全长145km、径流面积3548km2）、普登河（全长95.0km，集水面积1138km2）及牟定河（全长44.4km，集水面积405km2）。
工程区位于楚雄州境内海拔最低的“元谋县断陷盆地”，地层岩性主要为片岩、千枚岩、石英岩。
分布于元谋盆地西面、西南面上覆主要为中生界红色泥岩、砂岩等。
龙川江流域为我省人口稠密地区、流域内人类活动影响频繁，上世纪50年代后电站上游就陆续修建了毛板桥、老厂河、大海波、九龙甸等七件中型及众多小
（一）、小
（二）型水库。
中型水库库容总计1.65亿m2，对下游的年径流，尤其是枯段径流的总量及过程影响较大。
在凤凰箐电站~小黄瓜园区间又增加了河尾水库等三件中型工程。
中型水库大多修建于上世纪50年代末期，库容最大的九龙甸水库修建于1958年，总库容6300万m3；其次是大海波水库；v总=3300万m3，建于1958年；毛板桥水库：
v总=2083万m3；1956建成，其余水库的库容均不足2000万m3。
大海波水库位于电站上游的干流河道，径流面积2200km2，对下游凤凰箐电站径流的影响最直接。
因此，弄清大海波水库的运行情况对凤凰箐电站的径流、洪水分析万为重要。
根据实地调查及访问情况分析，大海波水库断面的多年平均来水量约3.70亿m3，水库总库容3300万m3，库容系数0.89。
2002年对该库进行除险加固后库容不变，有效库容1500万m3。
水库12月中旬开始蓄水，至第二年4月中旬后放水，一般持续至5月中旬，放水量4.0m3/s。
5月中旬后雨汛期来临，水库按来多少泄多少的方试运行，水库溢洪道位于左坝肩，宽60m（5孔、单宽12m）、高3m，设计泄流量2290m3/s。
因此断定大海波水库对汛期径流的总量及过程没有影响，对洪峰的调蓄作用极为有限。
由于上游的中、小型水库较多，对枯季水量的拦蓄量较大，因此水库断面的枯季水量占年径流量的比值较小。
由于上述原因，大海波水库对下游断面年径流量的影响程度相对较小。
大海波水库涵洞放水后进入天然河道，又由下游的东山大沟引水渠取走。
东山大沟建于1958年，在凤凰箐电站上游的巴格里取水，主要灌溉元谋境内、龙川江东岸的耕地。
巩期与灌溉多于的水用来发电。
龙川江流域属南亚热带、干燥季风气候区，具有气候温和、干湿季分明的特性，据流域内的元谋气象站资料统计：
该地区一般情况5月份即进入雨季，10月份后降水量明显减少。
5~10月多年平均降水量占全年的92%，12月~次年4月降水量仅占全年的5%。
元谋县多年平均降水量644mm，多年平均气温21.8℃，极端最高气温42.0℃，极端最低-0.8℃。
龙川江流域径流面积较大，降水的时空分布不均匀，表2.1是龙川江小黄瓜园以上流域各市县气象站的多年平均降水量。
由表2.1可见，上游的降水量明显大于下游。
由于各气象站均位于高程相对较低坝子内，因此用表2.1的平均降水量代表流域平均降水量是略有偏小的。
表2.1 龙川江小黄瓜园以上流域各气象站多年平均降水量
气象站
楚雄
牟定
南华
姚安
元谋
平均
降水量（mm）
860.1
869.9
848.3
779.2
644.2
809.3
该地区径流的丰、枯变化与降水基本一致，但汛期较雨季约滞后一个月6~11月为汛期。
对于大海波水库上游的小河口水文站，该时期径流量占全年的86.8%，枯期水量则占全年的13.2%；对于水库及东山大沟取水口下游的小黄瓜园站，汛期水量占全年的91.0%。
枯期仅占9.0%。
最枯流量一般出现于2-5月，小黄瓜园站实测期最枯流量已有多年出现为零的记录，说明人类活动对径流年内分配的影响是显著的。
2.2 基本资料
2.2.1 实测资料
龙川江干流主要有小黄瓜园站、小河口站，正兴坝及斗把石头水文站。
流域内气象站有楚雄、牟定、南华、元谋等气象站。
小黄瓜园、小河口站、正兴坝及斗把石站均为国家基本水文站，其中小黄瓜园、小河口站资料系列较长，于上世纪50年代设立，观测至今。
集水面积分别为5560及1788km2。
观测项目为水位、流量、降水、蒸发。
各气象站均为气象部门设立，资料年限见表2.2，地理位置见图2.1。
上述各站资料均由其上级主管部门统一整编、复审、刊印。
此外，在龙川江支流及上游还有多克、凤屯等水文站，由于工程所在河段资料条件较好，故不再对上述水文站资料进行收集整理。
小黄瓜园、小河口站为本阶段水文分析的主要参证站，上述两站资料都经多家单位复核使用，基本资料可靠，满足本使用要求。
2.2.2 调查资料
龙川江中下游段的历史洪水先后有原铁二院、省公路局及楚雄州水分局等多家单位作过调查。
在中游小河口水文站一带调查到1908、1923及1938年洪水，洪峰流量分别为1070、640、572m3/s。
在下游段各单位均调查到1929、1939年洪水，且1939年洪水大于1929年。
各单位推算的洪峰流量有一定出入。
本阶段采用铁二院1965年11月调查的又经云南省水利水电勘测设计研究院按多种推流方法复核整理的成果：
即小黄瓜园水文站断面1939年洪峰流量1910m3/s、1929年洪峰流量1690m3/s。
以上历史洪水成果可靠程度评价均为可靠及较可靠。
表2.2 龙川江流域基本资料一览表
站名
站别
径流面积
（km2）
资料年限（年）
观测项目
小黄瓜园
水文
5560
1953.6-2003.12
水位
流量
降水
蒸发
泥沙
正兴坝
水文
4094
1959.6-1965.12
1972.1-1974.12
√
√
√
√
√
斗把石
水文
3077
1958.7-1960.8
√
√
√
√
小河口
水文
1788
1954.1-2003.12
√
√
√
√
楚雄
气象
1952.9-2003.12
√
√
√
√
南华
气象
1961.1-2004.12
√
√
牟定
气象
1958.11-2004.12
√
√
大姚
气象
1958.11-2004.12
√
√
元谋
气象
1955.11-2004.12
√
√
2.2.3 资料一致性分析
龙川江小黄瓜园水文站以上流域建有十余座中型及众多小
（一）、小
（二）型水库，仅中型水库就控制了约2.2亿m3的水量（电站取水口上游有七座中型，控制水量1.65亿m3）。
小黄瓜园水文站是本阶段水文分析的主要参证站。
人类活动已影响了该断面径流的天然状况。
考虑到上游的中型水库大多修建于上世纪50年代末期，灌渠东山大沟修建于1958年。
因此可初步断定小黄瓜园站1959年以前的流量资料近似反映天然状况，1959年后的则反映现状径流，而1960年至今新增蓄水工程较少，因此小黄瓜园站1960-2003年上游蓄水工程对径流影响程度基本上是一致的。
通过实测流量资料分析，1959年以前该站部分年份的枯段水量与年径流的比值是较大的。
2.3 年径流分析
2.3.1 降水、径流特性
龙川江径流由降水形成。
该地区5月份即进入雨季，10月份后降水量明显减少，5-10月多年平均降水量占全年的92%。
该地区径流的丰、枯变化与降水基本一致，但汛期较雨季约滞后一个月，6-11月为汛期。
该时期径流量占全年的91%，12~次年5月径流量仅占全年的9%，最枯流量一般出现于2~4月。
由于受上游水利工程的影响，小黄瓜园站个别年份枯期出现断流。
2.3.2 系列代表性分析
由于径流系列已受人类活动影响，考虑到径流由降水形成，径流的丰、枯变化取决于降水。
因此考虑用流域内的降水系列进行代表性分析，楚雄气象站位于流域的中、上部，降水系列最长，遂考虑用其做代表站。
根据楚雄气象站1953~2004年降水系列绘制差积曲线及累进均值曲线，见图2.2~图2.3。
从图累进均值曲线看，逆时序至1960、1959年系列即基本稳定；从差积曲线看，1953~2004年系列仅是包含丰、平、枯水年的半个周期。
从本流域其它站的降水、流量资料分析，该流域的降水及径流量有逐年增大的趋势，多数站点在1995~2002年为连续丰水年，至2003、2004年才有所回落。
本次分析流域内主要资料站点不同时期的均值，见表2.3。
考虑到龙川江流域的大多数水利工程修建于1959年以前，为保持计算系列的一致性，年径流的计算系列采用现状的径流系列，即1960~2003年。
从楚雄站的降水系列分析，1960~2003年的多年平均降水量为870.9mm，较长系列1953~2004年均值860.1mm仅偏大1.26%；短系列Cv=0.209与长系列Cv=0.204也非常接近。
说明1960~2003年44年系列还是具有一定代表性的。
从小黄瓜园站流量资料看，1960~2003年多年平均流量27.1m3/s，与长系列（1953~2003年）均值27.3m3/s也很接近，短系列计算Cv=0.54比长系列Cv=0.52略大。
短系列为受人类活动影响后的系列，按理其丰、枯差异量应增大，Cv值提升较多，但由于长、短系列的系列长度差别不大，因此，Cv值也差别不大。
表2.3龙川江流域主要站点流量（降水）不同时期均值表
站名\时期
1959~1965
1966~1975
1976~1985
1986~1995
1996~2003
多年平均
楚雄
779.3
879.0
779.8
887.0
1014.6
860.1
元谋
575.5
673.7
634.5
613.0
737.2
664.2
小黄瓜园
23.8
33.3
17.2
23.5
39.2
27.1
小河口
8.25
12.6
6.11
10.4
14.7
10.2
注：
表中楚雄、元谋为降水，单位：
mm；小黄瓜园、小河口为流量，单位：
m3/s。
2.3.3 年径流系列的播补展延
正兴坝水文站位于小河口电站下游，径流面积4094km2，实测流量系列仅有1959-1965及1972~1974年。
按系列代表性分析结果，该站流量系列尚不具有代表性，需展延。
正兴坝站与小黄瓜园站为上、下游关系，两站流域面积相差不大，点绘同期月流量相关图，见图2.4。
相差点为据呈窄幅带状分析，相关关系较好。
相关系数0.99，目估定线相关方程为Q正=0.708Q小-0.21。
按该相关方程插补正兴坝水文站1966~1971及1973~2003年流量系列。
2.3.4 设计年径流计算
凤凰箐电站无实测流量资料，电站设计年径流主要依据上、下游站的实测及插补流量资料分析推求。
2.3.4.1 参证站设计年径流计算
根据小黄瓜园、正兴坝、小河口站实测及插补流量系列（1960~2003年），按由大到小的顺序排列，第m项的经验频率Pm用数学期望公式计算：
Pm=m/（n+1）×100%
以短法公式计算均值、Cv，根据各年平均流量经验频率点据分布情况，采用P-Ⅲ线型，按适线法确定统计参数。
适线计算结果见表2.4，图2.5~图2.7。
表2.4龙川江各站年径流统计参数一览表
站名
面积（km2）
Q（m3/s）
Cv
Cs
径流模数（万 m3/km2）
小黄瓜园
5560
27.1
0.60
2Cv
15.4
正兴坝
4094
19.4
0.60
2Cv
14.9
小河口
1788
10.4
0.58
2Cv
18.3
2.3.4.2 凤凰箐电站取水口设计年径流计算
凤凰箐电站取水口位于龙川江中、下游段，其上、下游均有水文站，设计断面的径流面积最接近正兴坝，但正兴坝站实测系列最短，插补年份较多，计算精度相对较差，因此，凤凰箐电站的多年平均年径流按如下三种方法推求：
（1）、按面积比移用小黄瓜园值；
（2）、按面积比移用正兴坝值；（3）、建立地区综合公式（见图2.8），得相关方程：
Q=0.213F0.825，并以此推求。
Cv、Cs采用小黄瓜园值。
成果见表2.5。
表2.5 凤凰箐电站设计年径流计算成果表
计算方法
均值
Cv
Cs
10%
25%
50%
75%
90%
面积比移用小黄瓜园
19.3
0.60
2Cv
34.8
25.3
17.0
10.8
6.72
面积比移用正兴坝
18.8
0.60
2Cv
地区综合公式
19.8
0.60
2Cv
从表2.5的计算成果看，地区综合公工成果最大，面积比移用正兴坝成果最小，三种方法的成果均很接近，最大、最小值相差仅为5%。
考虑到电站取水口的径流面积已占小黄瓜园流域面积的67.3%，降水及下垫面条件又无明显差异，正兴坝站的实测系列长度及观测、整编精度均不及小黄瓜园站，因此推荐采用按面积比移用小黄瓜园站成果，即均值：
19.3m3/s、Cv=0.60、Cs=2Cv。
2.3.5 合理性分析
由表2.4可见，由于龙川江流域为我省降水量低值区，加之又受人类活动的影响，因此Cv值较大，径流模数较小。
本地区年径流量随集水面积的增大而增大，径流模数基本随集水面积的增大面减小。
根据流域内气象站的降水资料及流量资料初步分析，小黄瓜园站的径流系数0.19，小河口站则为0.21，下游的径流系数小于上游。
与下游降水量小于上游相应。
各项参数符合本地区的径流参数分布规律。
凤凰箐电站设计年径流按不同方法计算的成果接近且符合该流域的特性，因此年长流成果基本合理。
2.3.6 径流的年内分配
考虑到正兴坝站实测系列较短，且均为上世纪70年代以前的资料，又考虑到正兴坝与小黄瓜园月流量相关图上的枯、汛期点据基本呈一直线分布（即枯、汛期点群分布无明显转折），根据龙川江的径流特性，取水口设计径流年内分配典型在小黄瓜园站实测系列中选取。
通过对小黄瓜园站50年实测流量系列分析：
该地区的枯段一般出现于12~5月，最枯段为2~4月。
自1960年以后，12~5月径流量占年径流的比值最大为17.1%（1989年）、最小3.0%（1974年），平均7.9%而在受人类活动影响以前的1954年，12~5月径流量占年径流的比值曾高达29.5%。
本着典型年的选择既要有代表性，又要对工程不利的原则，又考虑到随着经济的发展，龙川江沿岸枯季取水会增加的情况，典型年尽量在后期资料中选取。
选择1995、1991、1993年（水文年）流量过程为本工程径流年内分配的丰、平、枯水年典型。
这三年枯段径流占年径流的比值分别是：
6.8%、7.7%、6.0%。
根据典型年的径流过程及凤凰箐电站取水口的设计年径流，按同倍比法分配。
根据实地查勘及调查，在小黄瓜园站枯期测统为零时，电站取水口断面却并未断流，说明在电站取水口至小黄瓜园区间存在引水。
根据调查，取水口至小黄瓜园区间有十余条引水沟渠及二十余座抽水房，引水渠中较大的并尚在运行的为山后的中沟、南家坟沟、阿郎沟等，引水流量一般在0.1~0.2m3/s。
引水渠及抽水房的取水时间一般在1~6月或全年引水。
根据初步统计及估算，电站~小黄瓜园区间在枯期至少有0.8m3/s的水量被引走。
因此，在凤凰箐电站径流分配时，枯期水量增加了0.5~0.8m3/s。
2.4 设计洪水
2.4.1 暴雨洪水特性
龙川江流域属北亚热带了风气候区，小黄瓜园以上流域多年平均降水量约810mm，降水量分布自上而下递减。
夏、秋两季受西南暖湿气流及北部湾暖湿气流影响。
降水量较多，暴雨多发生于6~9月。
流域内同时发生特大暴雨的机率较少，易生单点特大暴雨。
上游的天升堂、烂泥箐、天子庙坡一带是暴雨的多发地带。
1990年7月20日毛板桥水库上游18.5小时的降雨量高达246.3mm。
年最大洪水在6~11月均有发生，尤以6~8月居多，发生月6~8月的机率为71%。
根据小黄瓜园站实测资料统计：
实测期最大洪峰流量1420m3/s（1966年8月25日）、最小151m3/s（1992年8月14日）。
一次洪不过程一般为5~7天，以单峰为主。
2.4.2 设计洪水计算
2.4.2.1 历史洪水及重现期的确定
龙川江中下游段的历史洪水无后有原铁二院、省公路局及楚雄州水文分局等多家单位作过调查。
在中游小河口水文站一带调查到1908、1923及1938年洪水，洪峰流量分别为1070、640、572m3/s。
在下游段各单位均调查到1929、1939年洪水，且1939年洪水大于1929年。
各单位推算的洪峰流量有一定出入。
本阶段采用铁二院1965年11月调查的又经云南省水利水电勘测设计研究院按多种推流方法复核整理的成果；即小黄瓜园水文站断面1939年洪峰流量1910m3/s、1929年洪峰流量1690m3/s。
以上历史洪水成果可靠程度评价均为可靠及较可靠。
据洪水调查访问记录考证，小黄瓜园1939年洪水是调查期最大洪水，1929年洪水次之。
上游河段发生的1908、1922年大洪水在小黄瓜园站的历次洪水调查中均未记载。
在实测期50余年的记录中，上下游同次发生同频率大洪水的机率较少，如小黄瓜园站实测期排位第一的1966年大洪水，在小河口站仅排位第七，小河口站排位第一的1986年洪水，在小黄瓜园排位第六，都不一致。
从龙川江的调查记录内容分析，调查可延至1910年以前。
因此1939年洪水重现期可定为N=100年。
1929年洪水排位第二。
经验频率P=1.96%。
2.4.2.2 设计洪水计算
根据小黄瓜园站的实测及调查洪峰流量系列，按不连续系列确定经验频率，以矩法公式计算均值、Cv。
根据洪峰流量经验频率点据分布情况，采用P-Ⅲ线型、按适线法确定统计参数。
由频率曲线图可见：
各频率的点据与曲线拟合较好。
适线结果为：
Qm0=564m3/s、Vc=0.70、Cs=4Cv。
见图2.9。
小河口水文站设计洪水采用省水院近期完成的青山嘴水库初步设计水文成果，即：
Qm=253m3/s、Cv=0.84、Cs=4Cv。
凤凰箐电站位于小黄瓜园站上游，径流面积占小黄瓜园站的67.3%。
按小河口及小黄瓜园站的洪峰流量分析龙川江干流段的洪峰面积比指数，n=0.70，基本接近经验指数0.667。
出于安全考虑，凤凰箐电站多年平均洪峰流量按面积比2/3次方移用小黄瓜园站的分析成果，Cv、Cs直接采用小黄瓜园值。
由于电站厂房与取水口距离较近（不足400m），故两个设计断面采用一组洪水成果即可。
表2.9小河口电站设计洪水成果表
单位：
m3/s
径流面积
（km2）
Qm0
Cv
Cs
0.5%
1%
2%
3.33%
5%
3265.5
450
0.70
4Cv
1980
1700
1430
1230
1090
2.4.3 设计洪水合理性分析
由于正兴坝站实测系列较短，按目前的规范要求尚不具备频率分析计算的条件，故本阶段没有计算正兴坝站的设计洪水。
表2.10中不河口站、凤屯站的设计洪水为省水院近期分析的成果，系列已用至2003年，故本次合理性分析直接采用其成果。
由表2.10可见，龙川流域的洪峰模数均较小，符合该流域洪峰模数一般较小的特性。
表中各站的洪峰模数符合径流面积越大、洪峰模数越小的一般规律。
小河口电站洪峰模数0.114m3/s/km2，介于小河口站与小黄瓜园站之间，亦不违背上述规律。
各站Cv、Cs值基本随面积增大而减小。
因此，设计洪水成果基本合理。
表2.10 龙川江及邻近流域洪峰参数统计表
站名
径流面积
（km2）
资料年限
（年）
Qm
（m3/s）
Cv
Cs/Cv
洪峰模数
（m3/s/km2）
小黄瓜园
5560
1954-2003
564
0.70
4
0.101
小河口
1788
1954-2003
253
0.84
4
0.141
凤屯
200
1977-2003
62.0
0.82
4
0.310
2.5 枯期洪水
2.5.1 洪水分期
从本地气候成因分析，龙川江流域12月~次年4月为旱季，降水量明显较小，仅占全年的5%左右，且雨强小，历时短。
该时期的降水不会产生大、中洪水。
从电站下游的小黄瓜园站实测统量资料来看，12月~次年5月是一个流量相对平稳的时期，即使有洪水出现，其量级也较小。
根据小黄瓜园站的实测流量资料，点绘各月最大流量在时程上的散布图，见图2.13。
由图可看到，龙川江的大、中洪水一般出现于6~10月，因此6~10月为主汛期。
12月~次年4月基本无洪水出现，5月份及11月份出现了中、小量级的洪水。
根据该地区的降水、径流特性，参照其它设计单位对该地区枯期的划定，结合工程设计对施工期的要求，本阶段洪水枯期确定为12月~次年4月，并同时提供12月~次年5月时段的设计洪水成果。
2.5.2 枯期洪水计算
小河口电站无实测流量资料，正兴坝站实测流量系列较短，因此凤凰箐电站枯期设计洪水根据小黄瓜园站实测流量资料分析推求。
根据目前的资料情况，统计小黄瓜园站1953~2003年各年12月~次年4月及11月~次车5月最大洪峰流量，将统计的洪峰系列按由大到小的次序排列，按P=m/（n+1）计算经验频率，以P-Ⅲ线型适线进行频率分析计算，用适线法确定统计参数，计算得小黄瓜园站枯期（12~4月）洪峰统计参数为Q0=21.1m3/s、Cv=1.10、Cs=3.0Cv。
12~5月统计参数为Q0=62.0m3/s、Cv=1.30、Cs=3.0Cv。
见图2.14。
凤凰箐电站枯期设计洪峰流量参照年洪水推求方法，按面积比的0.667次方移用小黄瓜园值。
表2.11 凤凰箐电站取水口枯期设计洪峰成果表
时段
Q0
Cv
Cs
5%
10%
20%
12~4月
16.8
1.10
3.0Cv
53.6
37.6
23.5
12~5月
49.4
1.30
3.0Cv
173
115
65.1
由于龙川江凤凰箐电站上游蓄引水工程较多，因此枯期洪水模数较我省其它地区要小。
2.6 泥沙
小黄瓜园站自958年后即有泥沙观测资料，多年平均悬移质含沙量达6.62kg/m3，小黄瓜园站上游有较多中、小型水库。
对上游的泥沙起到了一定的拦载作用。
然而龙川江流域为我省人口稠密地区，流域内人类活动影响频繁。
流域植被受到破坏，至使流域内的侵蚀模数较大。
通过实测系列反映。
龙川江干流的含沙量有逐渐增大的趋势。
12月至次年4月含沙量较小，5月后汛初来临，含沙量有了明显的增幅。
6、
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