白石牙水文章报告.docx
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白石牙水文章报告
2水文
2.1流域概况
防城河发源于防城区扶隆乡十万大山岽顶南麓,流经那勤、大菉、华石、附城、进入港口区冲孔,于防城港半岛注入北部湾。
流域面积750km2,多年平均径流量为17.5亿m3,干流全长90km,坡降1.86‰,总落差850m。
主要支流有老屋江、西江河、电六江、大菉江、华石江、龙头石江、大王江等。
河源至大菉间,河道狭浅,水流湍急,两岸高山耸立,地势险峻,大菉至入海口处属丘陵地区,水流平缓,两岸各地较开阔,是防城区主要耕作区。
白石牙水库位于防城河一级支流西江上,距离防城港市防城区那勤乡西江村约2km,东经108°01′59″,北纬21°51′43″,坝址以上流域面积32.12km2,河流长度约5.73km,高程在110m~890m,坝址以上河段坡降74.1‰。
西江发源于十万大山主脉,上游河段称黄霜江,自西北往东南方向流,至白石牙村,有两支流分别汇入后合称西江,之后河流折向南流约150m即为白石牙水库坝址所在,向下游流经西江村、那西村、田心村等村屯汇入防城河,后独流入海。
河流为典型的山区和半山区河槽,河床多为大块卵石,平缓河段形成砂滩,两岸支流汇入较少。
由于流域地处十万大山南麓,充沛的水汽来源受地形抬升作用而形成广西著名的暴雨中心带。
库区植被良好,以八角、肉桂、油茶、杉、松等经济林和杂木林为主,河流源头是国家级十万大山水源林保护区。
流域内只有部分平地、缓坡被开垦为水田和耕地,水土流失很少。
防城港市防城区和港口区主要的水源来自防城河,随着该区的经济发展、沿海工业的兴起,迫切需在上游建设有一定调节性能的水源工程来满足用水量增加的需要。
目前,只有防城河上游的支流电六江上建有小峰水库,总库容10320万m3,有效库容7820万m3,集雨面积54.5km2。
其他水利工程有防城河中游的长歧引水坝、下游的木头滩拦河坝。
西江目前还没建有任何水利工程。
2.2气象
白石牙水库流域位于北回归线以南,属南亚热带季风气候区,冬短夏长,气候温暖,温差小,太阳辐射强、光照充足,季风盛行,加上受十万大山天然屏障的影响,夏秋之间暴雨较为频繁。
区域内距水库所在流域最近的气象站是东兴站,该站位于107°58′,北纬21°32′,1952年设站观测至今,观测项目有气温、降雨、蒸发、湿度、日照以及风速、风向等,气象资料均按规范要求进行观测,本次采用东兴气象站资料作为分析计算依据。
根据东兴气象站气象资料统计,多年平均降雨量2745.4mm,多年平均气温为22.4℃,多年平均最高气温26.1℃,历年极端最高气温38.4℃(1990年8月21日),多年平均最低气温6.4℃,极端最低气温2.3℃(1963年1月15日)。
多年平均蒸发量为1361mm,多年平均日照时数为1548.3h。
多年平均水汽压1548.3hpa,多年平均相对湿度为83%,最小相对湿度为7%(1963年1月5日)。
多年平均风速为1.8m/s,最大风速可达30m/s(1982年9月16日),最多风向东北风。
东兴气象站的各气象特征如表2-2-1。
表2-2-1东兴气象站气象特征值
项目
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全年
气温
平均气温
14.9
15.6
18.7
22.6
26.2
27.5
28
27.6
26.9
24.2
20.4
16.7
22.4
平均最高气温
18.7
18.8
21.8
25.8
29.8
30.6
31.2
31
31.1
28.5
25
21.3
26.1
极端最高气温
27
29.8
33.6
32.6
35.8
36.7
36.8
38.4
36.8
35
32.5
30.1
38.4
平均最低气温
6.8
5.7
5.3
5.5
6
5.8
6
6.4
7.2
7.5
8.1
7.7
6.4
极端最低气温
2.3
4.4
5
11.3
15.7
19.5
21.5
21.2
17.5
10.3
5.5
3.3
2.3
降雨(mm)
多年平均
46
53.2
67.3
156.6
317.9
457.7
516.1
505.1
315
215.4
62.1
33.2
2745.4
最大日降水量
72
76.7
127.8
251
426.3
248.5
272.3
337.7
282.8
267.7
132.3
90.6
426.3
发生时间
1969
1990
1989
1978
1972
1979
1986
1969
1974
1968
1963
1961
1972
1-30
2-22
3-20
4-27
5-16
6-18
7-22
8-12
9-8
10-10
11-4
12-16
5-16
多年平均蒸发量(mm)
68.4
51.3
64.5
88.5
139.1
140.6
153.4
150.8
158.4
141
114.6
91.2
1361.7
多年平均日照时数(h)
77.7
37.1
44.6
74.1
150.9
154.2
185.3
174.4
194.3
176.1
153.6
126.1
1548.3
空气湿度
平均水汽压(hpa)
13.8
15.6
19.3
24.3
29.3
31.8
32.8
32
28.8
23.8
18.3
14.7
23.7
平均相对湿度(%)
79
85
87
88
86
87
87
87
82
79
76
76
83
最小相对湿度(%)
7
21
16
32
25
23
40
36
22
20
12
9
7
风速
平均风速(m/s)
1.6
1.6
1.5
1.6
1.9
2
2.1
1.9
2
2
1.9
1.8
1.8
最大风速(m/s)
9.0
14.7
16.3
14
17.3
24
29
24
30
22.7
13
8.8
30
最大风速对应风向
NNW
ESE
SSW
SW
NW
ESE
SE
ESE
N
NNE
NNW
2G
N
2.3水文基本资料
2.3.1水文测站分布、观测情况
防城河独流入海,在干流上设有扶隆、长歧两个水文站和防城水位观测站,流域内布设有扶隆、那勤、长歧、小峰、马儿夹顶、松柏头顶、其前、三垌田、大菉圩、华石等雨量站,流域水系及测站分布情况见附图BSY-1N-S-01,主要观测站基本资料情况见表2-3-1。
表2-3-1防城河流域观测站基本情况表
序号
站名
站别
观测场
地点
东经
北纬
设立时间
降雨资料
水位资料
流量资料
备 注
1
那勤圩
雨量
那勤公社那勤圩
108°02′
21°50′
1959
√
2
马儿夹顶
雨量
那勤公社白石芽村
108°02′
21°54′
1958
√
为山区雨量站,仅统计有年降雨量值
3
松柏头顶
雨量
那勤公社白石芽村
108°03′
21°53′
1958
√
为山区雨量站,仅统计有年降雨量值
4
小峰
雨量
那勤公社小峰村
108°00′
21°47′
1958
√
1986年后的资料为小峰水库站
5
扶隆
雨量
扶隆公社扶隆圩
107°57′
21°49′
1968
√
√
1981年后为小河站,集水面积17.3㎞2
6
其前(那余)
雨量
大菉公社其前村
108°06′
21°50′
1958
√
7
三垌田
雨量
大菉公社三垌田村
108°08′
21°56′
1958
√
8
大菉圩
雨量
大菉公社大菉圩
108°08′
21°52′
1959
√
9
长歧
水文
大菉公社长歧村
108°10′
21°49′
1956
√
√
√
集水面积442㎞2
10
华石
雨量
华石公社华石农场
108°15′
21°46′
1960
√
11
防城
雨量
防城镇
108°21′
21°46′
1956
√
12
白石牙
临时站
水位
白石牙坝址
2004
√
√
本次设计专用站,有2004年4、5月观测水位,有实测流量值2个
上表中各测站均按规范要求进行观测,资料精度、可靠性较好,满足设计要求。
根据流域内各观测站的分布情况及资料情况,选取长歧、扶隆、那勤作为设计暴雨的计算依据站,同时利用小峰、华石等站对雨量进行合理性检查;选取长歧站作为设计洪水、径流计算依据站,并利用扶隆站有限的14年资料对成果进行合理性分析和验证。
2.3.2水文资料整编及复核
(1)长歧水文站
长歧水文站为国家站网,于1956年8月设站,位于防城河中游的防城区大菉镇长歧村,控制集水面积为442km2。
观测河段顺直,主流稳定,无分流漫溢等现象。
在流速仪断面上游约四公里处,设有长歧拦河坝,该坝建成于1974年,水坝右岸挖通总干渠一条,于1975年正式引水灌溉,干渠上设长歧渠道站与河道站同步观测作为长歧水文站资料。
长歧水文站各项观测资料较全,雨量、流量、水位均有比较详细的摘录资料,并按规范要求进行资料整编。
有1957年至今的年最大洪峰流量及1天、3天洪量资料,1h、3h、6h短历时降雨资料,资料系列较长,资料连续、完整,代表性和可靠性较高。
(2)扶隆水文站
扶隆站1958年设站,原来为雨量观测站,1980年6月改成小河水文站。
站址位于防城区扶隆乡那其村,控制集雨面积17.3km2。
该站雨量资料系列较长,除1961年缺测外,有1958年至今的资料,可靠性较高。
流量、水位、蒸发等观测资料,观测有1980至1993年的资料,1993年后的资料不再整编,资料系列较短,流量资料只用作计算参考和合理性分析。
(3)那勤雨量站
1959年至1968年为汛期站,有10年4~9月降雨资料,1969年后改为全年观测,雨量资料系列共44年。
(4)白石牙临时站
由于西江流域缺少水文测站,本次设计于2004年3月委托钦州水文水资源分局在白石牙坝址下游约470m的断面设立临时水位站,主要观测河流的水位变化情况,并实测典型洪水的流量。
目前该水位站实测资料有2004年4月份、5月份的实测水位资料,实测流量值2个。
2.4径流
本次径流计算以长歧水文站、小峰水库站为主要参证站,分析计算各设计断面径流。
2.4.1长歧站天然径流
长歧水文站有1957年~2003年共47年的径流资料系列,1957年~1981年可直接采用观测成果作为天然径流,1981年以后,由于在防城河上游支流电六河上建成了具有多年调节性能的小峰水库,改变了长歧水文站的天然来流情况,需通过还原计算来推求天然径流过程,还原计算公式如下:
Q天然=Q实测
+△Q蒸发
式中:
Q天然-长歧站还原后的天然流量;
Q实测-长歧站实测资料;
△V-小峰水库库容变化量;
△t-计算时段为月;
△Q蒸发-小峰水库因原陆面蒸发转为水面蒸发而增加的蒸发损失量。
由实测和还原后的长歧历年逐月平均流量资料,采用皮尔逊-Ⅲ型曲线对年值进行频率计算。
经计算,实测系列和还原后的系列年均值基本一致,但年内分配差异较大,各频率年径流量及径流年内分配情况如表2-4-1、表2-4-2,还原系列年平均流量频率曲线如图2-4-1。
长歧水文站多年平均流量33.68m3/s,多年平均年径流总量为10.68亿m3,汛期(5月~10月)径流量占全年径流量的83.5%。
表2-4-1长歧站年平均流量频率计算成果表流量单位:
m3/s
均值
N
Cv
Cs/Cv
P(%)
矩法
采用
1
2
5
10
20
50
75
90
95
33.68
33.68
47
0.21
2
52.3
49.7
46.1
43
39.4
33.2
28.7
25.0
23.0
表2-4-2长歧站多年平均流量逐月分配表
月份
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全年
还原径流(m3/s)
7.5
7.6
10.5
17.8
29.7
61.8
94.8
77.2
45.9
26.7
15.8
8.7
33.68
实测径流(m3/s)
8.7
9.0
11.7
18.7
30.2
61.0
92.1
75.6
44.8
26.7
16.3
9.4
33.68
图2-4-1
2.4.2白石牙水库坝址径流
分别采用长歧水文站搬用、小峰水库站搬用、扶隆站搬用和降雨径流关系分析等四种方法推算坝址年径流。
(1)长歧站成果搬至坝址
白石牙水库所在流域与长歧水文站以上流域同属一暴雨中心区,气候条件相近、植被与流域下垫面相似,故考虑降雨分布及面积差异,将长歧站的径流成果移用至白石牙水库坝址。
利用流域内各雨量站多年平均降雨资料分析降雨修正系数(各雨量站年降雨量资料如表2-4-3),用白石牙库区范围内的马儿夹顶和松柏头顶两站均值3182mm与流域内的七个雨量站均值3107mm的比作为降雨修正系数,为1.024,计算得坝址多年平均流量2.51m3/s。
表2-4-3 防城河流域各雨量站多年平均降雨量表
雨量站名称
资料系列(年)
多年平均降雨(mm)
马儿夹顶
1958~1986
3271.9
松柏头顶
1958~1986
3092.1
长歧
1957~2000
3237.5
那勤
1969~2000
3026.1
小峰水库
1959~2003
3256.2
扶隆
1958~2000(缺1961年)
2892.0
大菉
1963~1986
2974.8
平均
3107.2
(2)用小峰水库实测径流搬至坝址
小峰水库自1982年建库以来,通过发电涵管和溢洪道观测水库放水情况,整编有1985~1998年共13年的出库流量资料(1986年缺测)。
根据水库水位观测资料,1998年末比1985年初减少蓄水量约410万m3,由此,根据实测资料和蓄变量分析得小峰水库坝址多年平均流量为5.19m3/s,用水文比拟法经集雨面积和降雨修正搬至白石牙坝址,集雨面积修正系数为0.59,降雨修正系数采用白石牙库区内的马儿夹顶和松柏头顶两站多年平均降雨均值与小峰水库站多年平均降雨资料进行分析得0.977,得搬至白石牙坝址的多年平均流量为2.99m3/s,与同期(1985~1998年,1986年除外)长歧水文站按流域面积、降雨修正后搬至白石牙坝址的多年平均流量为2.44m3/s大约22.5%,其原因是由于小峰水库流量资料为通过涵管和溢洪道放水来分析得到,资料精度较差,而且资料观测系列较短,致使两成果存在一定的偏差。
故用小峰水库实测径流搬至白石牙坝址的多年平均流量仅作为参考。
(3)用扶隆站实测径流搬至坝址
扶隆水文站有1980年~1993年共14年实测流量资料,多年平均流量为1.24m3/s。
扶隆站控制集雨面积为17.3km2,搬至白石牙坝址的面积修正系数为1.86,降雨修正系数采用马儿夹顶和松柏头顶与扶隆站多年平均降雨之比得到(各雨量站多年平均降雨见表2-4-3),为1.10,则扶隆站实测径流搬至白石牙坝址多年平均流量为2.54m3/s。
同期1980~1993年长歧站经面积、降雨修正后搬至白石牙坝址多年平均流量为2.42m3/s,与扶隆站移用值相差不大。
(4)用降雨资料与流域径流系数分析年径流
经历年实测流量及降雨资料分析,防城河流域内长歧水文站的多年平均径流系数为0.736,扶隆站多年平均径流系数为0.758,查《广西壮族自治区地表水资源》平均年径流系数等值线,白石牙坝址区域径流系数在0.70~0.80之间。
考虑白石牙坝址以上流域下垫面与扶隆、长歧水文站控制流域的相似性和差异性,多年平均径流系数应在0.74~0.76之间。
经分析,白石牙库区的多年平均降雨为3271.9mm,由此计算坝址的多年平均流量为2.47~2.53m3/s。
而根据广西水资源综合规划水资源调查评价多年平均年径流深等值线,白石牙区域内的多年平均径流深在2000mm~2500mm之间,由此计算得坝址处多年平均流量为2.04~2.55m3/s。
以上四种方法推算的白石牙坝址年径流成果中,除用小峰水库实测径流搬至白石牙坝址的多年平均流量由于观测资料精度较低而产生较大偏差外,其余的三种方法基本一致。
考虑长歧站资料系列较长,流量资料精度较高,故本次推荐用长歧水文站搬至白石牙坝址的径流成果,径流成果如表2-4-4,多年平均流量为2.51m3/s,径流年内分配情况如表2-4-5。
2.4.3其他水源工程径流
木头滩拦河坝、长歧引水工程、木头滩~长歧工程区间、小峰水库以及规划兴建的大垌、大菉水源水库径流下垫面条件基本一致,考虑面积、降雨差异修正来移植长歧站径流成果,降雨修正系数根据表2-4-3有关雨量站多年平均降雨得到,各设计断面年径流量如表2-4-4。
表2-4-4白石牙坝址及设计各断面径流成果表流量单位:
m3/s
断面名称
集雨面积(km2)
降雨修正系数
均值
Cv
Cs/Cv
P(%)
1
2
5
10
20
50
75
90
95
长歧水文站
442
33.68
0.21
2
52.3
49.7
46.1
43
39.4
33.2
28.7
25
23
白石牙坝址
32.12
1.024
2.51
3.89
3.70
3.43
3.20
2.93
2.47
2.14
1.86
1.71
木头滩拦河坝
702
1.0
53.5
83.1
78.9
73.2
68.3
62.6
52.7
45.6
39.7
36.5
长歧引水工程
429.5
1.0
32.7
50.8
48.3
44.8
41.8
38.3
32.3
27.9
24.3
22.3
木头滩~长歧坝址区间
272.5
1.0
20.8
32.2
30.6
28.4
26.5
24.3
20.5
17.7
15.4
14.2
小峰水库
54.5
1.048
4.35
6.76
6.42
5.96
5.56
5.09
4.29
3.71
3.23
2.97
大垌水库
33
0.931
2.34
3.64
3.45
3.20
2.99
2.74
2.31
1.99
1.74
1.60
大菉水库
70
0.957
5.10
7.93
7.53
6.99
6.52
5.97
5.03
4.35
3.79
3.49
表2-4-5白石牙坝址多年平均流量逐月分配表流量单位:
m3/s
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
径流(m3/s)
0.56
0.57
0.78
1.33
2.21
4.60
7.05
5.74
3.42
1.99
1.18
0.65
2.51
2.4.4枯水径流
白石牙水库所在的西江为山区性河流,流域内树木葱郁,植被良好,据调查该河流未曾出现过断流,由于西江流域内无实测资料,采用上游扶隆站及下游的长歧水文站分析水库坝址以及长歧引水坝址、木头滩坝址的枯水径流情况。
考虑上游小峰水库对径流影响,分别统计长歧水文站1957~1981年、1982~2003年历年最枯月平均流量系列,进行频率计算,按坝址年径流的方法,用水文比拟法经集雨面积、降雨修正后移植1957年~1981年系列计算得到的最枯月平均流量各频率成果至各设计断面,成果如表2-4-6。
从长歧站47年实测的资料中,1957~1981年间最小流量发生在1976年2月16日,为0.596m3/s;1981年建成小峰水库后,长歧水文站实测到的最小流量发生在1995年1月10日,为0.19m3/s,而根据小峰水库站的涵闸流量和水库水位观测资料,1995年1月10日前后,小峰水库关涵闸蓄水,削减了长歧水文站断面的天然来流,实测流量较天然来流偏小;防城河上游的扶隆站1980~1993年中,实测到最小流量为0.067m3/s,发生日期为1992年3月4日。
表2-4-6最枯月平均流量分析成果表流量单位:
m3/s
断面名称
均值
P=90%
P=95%
P=97%
实测最小值(瞬时值)
备注
长歧水文站
5.48
2.39
1.87
1.58
0.596
1957~1981实测系列,理论值,Cv=0.5,Cs/Cv=2.0
6.95
4.45
3.91
3.59
0.19
1982~2003实测系列,理论值,Cv=0.3,Cs/Cv=2.0
白石牙坝址
0.41
0.18
0.14
0.12
集水面积32.12km2,降雨修正系数1.024
木头滩拦河坝
8.70
3.80
2.97
2.51
集水面积429.5km2
长歧引水坝
5.33
2.32
1.82
1.54
集水面积702km2
小峰水库
0.71
0.31
0.24
0.20
集水面积54.5km2,降雨修正系数1.048
大垌水库
0.38
0.17
0.13
0.11
集水面积33km2,降雨修正系数0.931
大菉水库
0.83
0.36
0.28
0.24
集水面积70km2,降雨修正系数0.957
2.5洪水
2.5.1洪水成因及特征
西江流域洪水由暴雨造成,汛期十万大山以南流域被海洋暖湿气流所控制,源源不断的气流携带着充沛的水汽沿着十万大山迎风坡爬升,减速、停滞、冷却,形成降雨。
由于本地区地处南海北部湾前沿,台风频繁登陆,形成了频繁的台风雨,暴雨量大,为广西最大的暴雨中心之一,该暴雨中心区以防城河上游的长歧、其前、小峰为重心,形成与河谷走向近乎平行的弧形带分布。
资料统计:
小峰水库流域内小峰站1974年6月出现24小时暴雨量为572.9mm;小峰水库附近地区的其前站1960年7月出现24小时暴雨量为649.1mm;白石牙坝址附近的松柏头顶站1966年7月出现24小时暴雨量为574.5mm。
白石牙所在西江为山区性河流,集水面积小,坡降大,洪水陡涨陡落,一场洪水的涨落过程一般在一天左右,一天以上的洪水过程一般为多峰型洪水,最大24小时降
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