最新小莲花水文报告.docx
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最新小莲花水文报告
3.1.1牡丹江流域自然地理概况
牡丹江为松花江下游右岸较大支流,发源于长白山牡丹岭,自南向北流经吉林省敦化市、黑龙江省宁安、牡丹江、海林、林口等市县,在依兰县汇入松花江。
牡丹江全长725km,河道比降为1.39‰,流域面积37600km2,该流域地跨吉林、黑龙江两省。
流域形状近似长条形,长轴呈西南东北方向,平均宽52km。
流域内山地占全流域面积的89%,平地占7.7%。
地形起伏变化较大,地势西南高东北低。
河源处海拔1100m,下游长江屯附近海拔400m左右,流域平均高程528m。
流域东邻穆棱河,南为图们江、第二松花江,西部以张广才岭为界与拉林河、蚂蚁河相邻,北邻松花江。
牡丹江干流,上游段自河源至镜泊湖,中游段镜泊湖至牡丹江市,下游段牡丹江市至河口。
牡丹江为山区性河流,穿行在张广才岭与老爷岭之间的条形谷地中,上游河道狭窄,下游河道宽度一般在400m~500m,断面呈“U”字形。
沿程纳入7条较大支流,牡丹江市以上有沙河、珠尔多河、蛤蟆河、海浪河;牡丹江市至莲花水电站之间有五虎林河、三道河等;莲花水电站以下有乌斯浑河。
两侧支流分布较均匀。
该流域内植被较好,森林覆盖占全流域面积的46%,沼泽率为3.2%。
土壤类型为生草炭化土,沿江两岸的湿地则为腐殖质沼泽土。
牡丹江莲花至河口段共规划6个梯级:
小莲花、龙虎山、神水潭、白虎哨、九龙潭、长江屯。
小莲花梯级为推荐的第一个梯级,位于牡丹江下游林口县,小莲花坝址集水面积30361km2。
牡丹江流域水系图见图3.1。
3.1.2人类活动影响
小莲花坝址以上主要水利工程为镜泊湖和莲花水利枢纽工程。
3.1.2.1镜泊湖电站
镜泊湖位于黑龙江省宁安县,松花江第二大支流牡丹江的中上游,为一天然湖泊。
原有的镜泊湖水电站于1938~1942年日伪统治时期修建。
由于当时历史条件的限制,使得这个工程遗留下许多先天性的严重缺陷。
因此,国家对该电站进行扩建的主要内容为新建一座首部开发的地下水电站,装四台1.5万千瓦机组,扩建后新老厂总装机容量为9.6万千瓦,水量利用系数81%,多年平均年发电量3.2亿度,保证出力2.2万千瓦,可担负系统调峰工作容量7万千瓦以上。
该电站的工程等别为三等,主要建筑物按二级建筑物设计。
电站水库总库容18.2×10m,正常蓄水位351.20m,校核洪水位352.70m,设计洪水位352.35m,电站设计水头46.5m,老厂装机容量36MW,加扩建60MW共96MW,灌溉面积9万亩,砼及堆石堰堤坝,最大坝高6m,坝顶长度2634m。
3.1.2.2莲花电站
莲花电站位于黑龙江省海林市境内,系牡丹江下游梯级电站之一,工程位置距牡丹江市130km。
水利部、能源部东北勘测设计院于1991年8月完成莲花电站修编初步设计工作,该工程1992年10月13日正式动工兴建,1996年8月22日下闸蓄水,1998年整个工程竣工。
莲花电站是以发电为主,兼顾防洪、灌溉等综合效益的大型水利枢纽工程。
工程坝址以上控制流域面积30200km2,多年平均流量228m3/s,年径流总量71.9亿m3,水库校核洪水位225.41m,相应洪水标准为可能最大洪水,流量29800m3/s;设计洪水位220.58m,相应洪水标准为500年一遇(P=0.2%),流量为17500m3/s;该工程为一等,主要建筑物为Ⅰ级。
正常蓄水位218.00m,水库总库容41.8亿m3,正常水位库容30.5亿m3。
坝顶高程为225.8m,电站装机55万kW,保证出力5.58万kW,多年平均发电量7.97亿KW·h。
3.2气象
牡丹江流域属中温带大陆性湿润季风气候。
冬季严寒干燥而漫长,结冰期长达5个月之久;夏季湿热多雨。
根据牡丹江市历年资料统计,多年平均气温3.2℃,11月~3月的平均气温在0℃以下,最冷的1月份平均气温为-19.0℃,极端最低气温为-45.2℃。
7月~8月气温最高,月平均气温高于20℃,极端最高气温达37.5℃。
气温年内变幅一般在60℃左右,多年极端温差超过70℃。
本流域年平均相对湿度在60%~70%,年内最小相对湿度月份是4月份,为40%~65%,最大相对湿度月份在7月~8月份,为70%~85%。
流域内多年平均蒸发量(20cm蒸发皿)在850mm~1300mm之间,牡丹江站多年平均蒸发量为1221mm。
5月份相对湿度小,气温上升快,风速大,是月蒸发量较大时期,11月~3月为结冰期,蒸发量最小。
流域多年平均降水量在500mm~750mm,雨量自上游向下游递减。
降水量年内分配不均,雨量主要集中在夏季,6月~9月份雨量占全年降水量的70%以上,春季4月~5月占年降水量的15%左右,冬季11月~3月份只占全年降水量的8%。
流域内冬季多西风,夏季多西南和东南风。
年内3月~5月风速较大,多年月平均风速3.1m/s~3.6m/s。
最大风速24m/s,多年平均风速2.6m/s。
流域内无霜期短,初霜一般在9月下旬,最早为9月8日,最晚终霜日期为5月26日。
流域内降雪期长,初雪最早为9月24日,终雪最晚5月30日。
冻土期为9月~6月,最大冻土深出现在3月~4月,牡丹江市实测最大冻土深1.91m。
牡丹江站气象要素特征值见表3.2。
表3.2牡丹江站气象要素统计表
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
年
注
平均气温(℃)
-19.0
-14.9
-5
5.8
13.3
18.4
22
20.9
13.7
5.3
-5.8
-15.6
3.2
极端最
高气温
数值(℃)
4.6
11.8
20.5
29.7
34.5
36.3
36.6
37.5
31.9
29.1
19.1
9.4
37.5
出现年份
1967
1960
1913
1982
1951
1978
1938
1950
1977
1978
1971
1958
1950
极端最
低气温
数值(℃)
-43.1
-45.2
-32.8
-18.2
-7.2
-0.2
6.8
2.3
-5.3
-14.5
-32.3
-36.3
-45.2
出现年份
1915
1920
1915
1909
1910
1913
1909
1921
1916
1912
1914
1921
1920
降水量
数值(mm)
3.3
4.0
8.0
18.9
49.6
83.4
132.8
130.9
55.5
32.4
12.1
6.0
536.9
花脸沟站
月分配()%
0.6
0.7
1.5
3.5
9.2
15.5
24.8
24.5
10.3
6
2.3
1.1
100
蒸发量(mm)
15.1
25
67.4
145
216.1
179.9
175
147.3
112
81.3
39.4
17.1
1220.6
20cm蒸发皿
平均风速(m/s)
2.2
2.5
3.1
3.6
3.2
2.4
2.1
2
2.1
2.5
2.7
2.3
2.6
最大风速
数值(m/s)
20
20
24
21
21
18
20
15.3
20.7
20
16.5
18
24
风向
W
WNW
WNW
WSW
WSW
W
WNW
NW
WSW
SW,WSW
W
W
WNW
发生年份
1967
1969
1964
1983
1982
1974
1976
1984
1957
1982
1957
1976
1964
最大冻土深(cm)
143
171
188
191
190
186
5
22
68
106
191
日照
时数(h)
173.8
209.2
251.7
236.4
253.6
260
226.9
208.3
224.7
209.1
174.3
165.9
2593.7
1961年~
1970年
百分率(%)
61
71
68
59
56
56
49
48
60
62
62
61
58
3.3水文基本资料
3.3.1水文测站及资料情况
牡丹江流域水文气象观测较早。
牡丹江站1907年开始观测雨量,之后依兰、敦化分别于1916、1929年开始观测雨量,其后逐渐增设雨量站,到1945年停止观测。
自1950年又陆续恢复和增加新的雨量站,到目前为止,共有雨量站89处。
水位最早于1934年在敦化、宁安开始观测。
至1945年全流域先后设立水位站18处。
流量测验早在1935~1945年间,曾在四季通、牡丹江市、二道沟、泥什哈等处进行过。
1945年6月至1948年期间,除镜泊湖有些水文记录外,全流域水文观测中断。
解放后逐步恢复了以往的水文测站,同时在干支流上增设一些水文站及水位站,迄今为止,全流域有水文站19处,水位站22处。
水文测站分布详见图3.3.1。
基本情况见表3.3-1。
主要水文测站情况一览表
表3.3-1
河名
站名
集水
面积
(km2)
设立日期
主要观测项目起讫年限
年
月
水位
流量
泥沙
牡丹江
石头
13771
1955
6
1955.6~今
1955.6~今
牡丹江
牡丹江
22194
1934
2
1938~1944,1949.9~今
1938-1940,1954.5~今
1955~1989
牡丹江
花脸沟
30696
1954
7
1954~1996
1954~1972
牡丹江
长江屯
36236
1954
6
1954~今
1954~1996
1956~1989
牡丹江支流
西桥
1374
1958
1958~1992
1958-1992
牡丹江支流
荒沟
1379
1958
1958~今
1958~今
牡丹江支流
大盘道
3242
1956
1956~1991
1956~1991
图3.3.1牡丹江干流水文站分布图
3.3.1.1牡丹江水文站
牡丹江水文站位于牡丹江中游的牡丹江市城区。
1934年2月8日成立,1945年抗战胜利后停测,1949年9月由松江省人民政府农业厅水利局在海浪大桥设为水位站;1954年改为水文站,当时流量测验断面在海浪大桥下游300m处;1961年1月1日流量测验断面上迁800m,此处集水面积22194km2,具有1938年~1940年、1950年~2010年的逐日水位流量资料。
测验河段附近河道顺直,基本水尺和水准点没有变动,流量测验按规范要求进行。
历年H~Q、H~A、H~V关系线变化相应,但有冲刷和淤积现象交替发生,即大水冲刷,小水淤积,但H~Q曲线比较稳定,基本成一狭窄的条带,各年水位历时曲线衔接,资料可靠,测验精度较高。
3.3.1.2花脸沟水文站
花脸沟水文站位于牡丹江下游的林口县,集水面积为30696km2。
该站1954年7月建站,同时监测水位与流量资料,1973年改为水位站,1990年撤站。
在其上游3.4km处,曾设有二道沟站,观测水位、流量。
但仅有1942、1944年资料。
通过复查资料合理可用,由于区间面积不大,故资料与花脸沟站按同站使用。
花脸沟站具有1942年、1944年、1949年~1989年和1942、1944、1952~1972年的水位和流量资料。
测验河段附近河道顺直,断面规整,低水比降5‰,为单式断面,河床为细沙和小块卵石组成,右岸逼近高山,坡度较陡,岸边有大块石、石头堆积;右岸为较缓的山坡和坡耕地,断面稳定、河床冲淤变化很小,历年的H~Q关系曲线变化不大。
经审查资料可靠,精度较高。
3.3.1.3长江屯水文站
长江屯水文站位于牡丹江下游的依兰县境内,集水面积为35879km2,该站1954年6月建站,具有1954年6月至1996年的流量与水位资料,1997年至2010年的水位资料。
测验河道顺直,为复式断面河床。
主槽靠近左岸,岸壁为陡岸,河床由细砂和小砾石组成,断面稳定无冲淤变化;右岸为滩地,基本水尺和水准点没有变动,各项测验均按规范要求进行,历年的H~Q、H~A、H~V关系线变化不大。
经审查资料可靠,测验精度较高。
3.3.2测量及洪调资料
我院委托中水东北勘测设计研究有限责任公司于2012年4月在牡丹江干流小莲花坝址~莲花坝址长约6.5km范围内施测了小莲花上下坝址及库区纵横断面。
共布设16个横断面,并测量了小莲花上下坝址二千分之一地形图。
并于2012年4月进行了水文外业调查工作,对坝址及库区沿程进行了洪水调查,调查到1964、1991年的洪水。
在小莲花坝址河段测量了2012年4月24日低水同时水面线。
3.3.3高程系统
本报告高程系统采用56黄海高程。
3.4径流
3.4.1径流特性
牡丹江流域的径流主要来自大气降水和冬季降雪,以降雨径流为主,6月~9月份降雨径流占全年总径流量的70%以上,其次为融冰、融雪径流,主要发生在春季4月~5月、1月~3月和11月、12月枯水期和冬季径流以地下水补给为主,约占年径流量的30%。
据花脸沟水文站(延长后)1955~2010年共56年径流资料统计,多年平均流量225m3/s,多年平均径流量71.1亿m3;年径流稳定,年际变化较小,年径流变差系数仅为0.13,年径流系列内最大年平均流量为424m3/s(1960年),最小年平均流量为85.2m3/s(1978年),相差4.98倍。
径流在年内的分配不均匀,丰水期5~10月水量占年水量的%,枯水期11~4月只占%,而最枯的2月份仅占约%。
年最小流量一般出现在月。
3.4.2花脸沟站径流
花脸沟水文站1954年7月建站,1973年后改为水位站,莲花电站修编初设时,1954年以前(1936~1954年)的径流资料是根据上下游站相关插补的,1955~1972年径流系花脸沟水文站实测;1973~1989年径流系根据花脸沟站水位流量关系,由1973年至1989年水位资料插补计算逐日、月平均流量。
本次根据花脸沟站水位流量关系推求了1990~1995年流量,所推求的流量经上下游平衡分析明显不合理,径流成果偏大。
考虑花脸沟站1973~1989年径流已用于莲花电站及龙虎山电站设计,因此,花脸沟站1936~1989年径流采用莲花电站修编初设时的成果;花脸沟站1990~1995年径流根据花脸沟站与长江屯水文站相关推求;由长江屯站的年径流量插补,年内分配采用长江屯站分配比例。
因上游莲花电站1996年下闸蓄水,故花脸沟站1996~2010年径流根据花脸沟站与牡丹江水文站相关推求;由牡丹江站的年径流量插补,年内分配采用牡丹江站分配比例。
花脸沟水文站径流系列为1936~2010年。
径流相关见图3.4.2-1及3.4.2-2。
3.4.3坝址径流计算
小莲花坝址上游建有莲花多年调节水库,工程的兴建对小莲花坝址径流有一定的影响。
因此小莲花坝址径流由莲花水库调节后的下泄流量与莲花至小莲花坝址区间的天然径流组成,径流系列为1936~2010年。
3.4.3.1莲花、小莲花坝址天然径流
莲花、小莲花坝址与花脸沟水文站位于同一气候区,坝址与水文站之间区间面积较小,降雨与下垫面条件相差不大,故以花脸沟水文站作为径流计算的参证站,面积比求得莲花、小莲花坝址天然径流。
根据坝址1936~2010年(n=75)径流系列,进行频率计算,经验频率公式为
,P-Ⅲ线型,目估适线,各频率设计值见表3.4-1;历年各月月平均流量及径流年内分配见表3.4-2。
坝址年径流频率成果表
表3.4-1单位:
m3/s
统计参数
P(%)
Cv
Cs/Cv
1
2
5
10
20
50
75
90
95
99
220
0.36
2.0
444
411
364
325
282
210
163
127
108
77.8
坝址各月月平均流量及年内分配表
表3.4-2
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年
平
均
(m3/s)
220
各月占年内百分比%
100
坝址多年平均流量220m3/s,多年平均年径流量69.5亿m3,多年平均年径流深226mm,多年平均年径流模数7.17[(dm3/s)/km2],径流的年内分配不均匀,以六月份最丰,占全年径流量的19.2%,汛期4~9月,占全年径流量的78.7%,以12月份最枯,仅占1.9%。
3.4.3.2受莲花水库影响下的小莲花坝址径流
小莲花、莲花坝址天然径流相减,即为区间径流。
由水能专业对莲花水库天然径流进行调节计算,得其下泄流量。
下泄流量加上区间径流,求得受莲花水库影响下的小莲花坝址径流。
3.4.3径流系列的代表性、合理性分析
小莲花坝址1936~2010年径流系列中,丰水年28年,平水年16年,枯水年31年,其中以1960年为最丰,年平均流量为421m3/s;1949年最枯,年平均流量为83.0m3/s。
75年径流系列中出现了1951~1957、1960~1966年的连续丰水年和1995~2001、2003~2009年的连续枯水年;以及1986~1992年的丰、枯交错出现。
当系列达到35年以上,滑动平均值中最大为231m3/s;最小为221m3/s,相对差为4.3%,这说明35年以上系列均值较稳。
(见图3.4.3-2)从图3.4.3-1也可以看出:
上述径流系列中包括了一个较完整的丰、枯周期,且丰、中、枯水年相间出现,具有较好的代表性。
花脸沟站年径流长短系列均值比较见表3.4-3。
花脸沟站年径流长短系列均值比较表
表3.4-3
系列
年
年平均流量(m3/s)
备注
1936~1989
54
228
莲花1991年修编初设
1936~2010
75
222
本次
1955~2010
56
225
本次
本流域水文站成果比较见表3.4-4。
邻近站年径流模数比较表
表3.4-3
站名
水系
集水面积
(km2)
统计年份
起~迄
多年平均流量
(m3/s)
径流模数
[(dm3/s)/km2]
牡丹江
牡丹江
22194
1955-1973
182
8.20
1955-1995
165
7.43
1955-2010
156
7.03
花脸沟
牡丹江
30696
1955-1973
257
8.37
1955-1995
240
7.82
1955-2010
225
7.33
长江屯
牡丹江
36236
1955-1973
276
7.62
1955-1995
255
7.04
从表3.4-3中统计成果可以看出,花脸沟站年径流长短系列均值较稳定;从表3.4-4中统计参数看,花脸沟站实测径流模数明显偏大,经查黑龙江省水文图集,与《黑龙江省年径流深等值线图》成果相一致,符合一般规律。
3.5洪水
3.5.1暴雨洪水特性
牡丹江流域暴雨发生在6月~9月,大暴雨多在7月~8月,尤以8月最多。
大暴雨一般能笼罩全流域,尤其是台风暴雨,不但范围广,而且雨量分布较均匀。
暴雨走向大致分为两种类型:
一为南北向暴雨,雨区长轴与干流平行,雨区范围广,全流域雨量大且分布较均匀,如1957年、1960年台风暴雨;另一类为近似西东向暴雨,雨区长轴与干流相交,高值雨区偏于上游或中下游,多由气旋、低压造成,如1953年、1956年暴雨;在气旋、低压与其它天气系统遭遇影响时,能形成全流域大暴雨,如1964年、1991年暴雨。
镜泊湖以上的额穆,镜~牡区间的马莲河和蛤蟆河上游,海浪河长汀子以上地区、牡~花区间五虎林河朱家沟以上和头道河、二道河、三道河一带,都是常见的暴雨高值区。
牡丹江4月份冰雪融化开江形成凌汛或春汛洪水,但其数值较小。
年最大洪水由暴雨形成,洪水发生时间与暴雨同步,大洪水多发生在7月~8月份(占80%以上),尤以8月份最多(占40%以上)。
已经发生的洪水大致可分为三种类型。
a)全流域型洪水。
由台风暴雨造成,如1957年,1960年洪水。
b)上游型洪水。
由气旋或台风暴雨造成,洪水主要来自上中游,龙虎山坝址洪水相对较小,如1956年、1965年洪水。
c)中下游型洪水。
由气旋或台风与其它天气系统遭遇的暴雨造成,洪水主要来自镜泊湖以下的中下游地区,如1964年和1932年特大洪水。
牡丹江大洪水多为单峰型,个别洪水由于两次天气过程的暴雨相继出现,使洪水呈现复式峰,但两峰间隔时间较长,一般在3天~5天左右,如1957年洪水。
洪水上涨历时较短,花脸沟站从起涨到峰顶2天左右,洪峰持续时间为3h~6h,峰后退水历时较长,在10天左右,一次洪水过程总历时12天左右。
根据花脸沟水文站1955~1995年45年实测洪水资料统计,年最大洪峰流量出现在6~9月,其中特别集中在7、8两月,共出现33次,占总次数的80.6%。
年最大流量最早出现在5月20日(1974年),最晚出现在11月28日(1993年)。
花脸沟水文站年最大流量在各月发生的频次统计见表3.5-1。
花脸沟站年最大流量出现情况统计表
表3.5-1
月份
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
合计
次数
2
3
16
17
1
1
1
41
百分比(%)
4.9
7.3
39.1
41.5
2.4
2.4
2.4
100
3.5.2历史洪水及重现期
牡丹江流域的历史洪水,中水东北勘测设计研究有限责任公司曾进行过数次调查,先后于1958年、1962年、1963年在东京城、宁安、石河、牡丹江、长汀、石头、长江屯等地进行了调查访问,于1964年编写了《牡丹江流域中下游历史洪水调查分析报告》。
1978年和1981年,中水东北勘测设计研究有限责任公司为开展莲花水电站初步设计,进行了莲花坝址河段的历史洪水调查,调查到1932年、1960年、1964年洪水。
通过历次调查,查明了牡丹江流域自1851年以来先后发生过1851、1896、1900、1909、1914、1932、1960、1964、1991等年大洪水。
花脸沟站历史洪水成果见表3.5-2。
花脸沟站历史洪水调查成果表
表3.5-2
年份
1896
1932
1960
1964
1991
Q(m3/s)
9250
10600
7400
7920
7370
可靠性
参考
参考
可靠
可靠
可靠
牡丹江干流调查到最远的洪水为1846年,更远的洪水情况难于查考,在几次调查的洪水中,1851年洪水最大,1896年、1932年洪水次之,故历史洪水重现期从1851年起算。
根据调查资料分析,中游牡丹江站1896年洪水系1851年以来第2位洪水。
在长江屯下游7km调查到1896年洪水,但未能指认洪痕。
花脸沟、长江屯通过相关得到的1896年洪水数据
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