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1、头坝水电站增容改造工程水文地质1.1自然概况(1)地理位置永昌县头坝三号电站地处永昌县城南15km东寨镇头坝村境内，位于东大河流域下游，上距皇城水库30km,下距东大河二坝渠首200io东大河流域是石羊河水系的第二大支流，南以祁连山冷龙岭为界并与大通河相依，东以西营河为邻，西与西大河相连，北部是石羊河干流。东大河干流段指两大支流直河、斜河汇合口以下至东大河渠首，河长30km,总落差414m,为充分利用东大河的水资源和水力资源，永昌人民在东大河干流皇城滩盆地出口处建成皇城水库，主要作用是经水库蓄丰补枯，以调剂下游工农业用水需求，所以经水库调蓄后的下泄流量比较稳定，对下游河道的水电站的运行创造了良
2、好的条件。皇城水库大坝以上流域面积1030k11)2,年径流量1.91亿m3,年降雨量约400mm左右,本工程以上流域面积1614kmk头坝三号电站地理位置及行政区划见附图一。(2)地质地貌头坝三号电站厂址位于东大河二坝渠首上游20Om河床左侧二级阶地上，此处已出山口，整体地形开阔，地势平坦。上游依山岩石裸露，表层早皮覆盖，下游为沉积砂砾石层坡入河床。以出露岩层直观分析，为加里东晚期花岗岩，中粗粒结构，岩体微密坚硬，表层分化严重，节理裂隙较为发育。(3)地质构造及地震本区位于祁吕贺山字型构造弧的西翼，测区内未见较大的构造断裂。据1:400万中国地震动峰值加速度区划图(2001),工程区地震动峰
3、值加速度为020g(相当于地震基本烈度VIIl度)，地震动反应谱周期为0.40s,对应原地震基本裂度8度。(4)气候本电站位于河西走廊东部的祁连山北脚下，海拔2000m以上寒冷地区，东大河流域由西向南向东北部从高寒半干旱气候逐渐过渡到温带干旱气候。据永昌气象站19581980年23年观测资料统计得：平均气温4.8,绝对最高气温31.5,绝对最低气温-26.7,平均最高气温11.3,平均最低气温T.7,多年平均降水量185.1mm,多年平均蒸发量2000.6mm（20cm蒸发器），平均相对湿度52%,多年平均年日照时数2884.2h,平均风速32ms,最大风速26ms,最大冻土深度159cmo电
4、站处于出山口后的宽浅河床一侧，受冷热干湿气流交替环绕，常年多风，尤以春秋末季为甚。东大河流域头坝地区气象特征见表2-1o甘肃省永昌气象站头坝地区地面基本气象要素统计表表2-1x月份项目二三四五六七八九十十十合计多年平均气温-10.-7.4-0.66.511.16.17.16.11.5.2-1.6-8.14.8(0C)O30586多年平均最高-1.50.76.914.19.23.24.23.18.11.5.10.411.3气温CC）14O3858多年平均最低-16.-13.-6.6-0.74.88.410.10.5.8-0.5-7.9-14.-1.7气温（）26710多年各月极端最高气温（C）1
5、4.919.420.527.829.631.031.431.528.824.418.216.531.5多年各月极端最低气温（C）-26.7-26.2-19.3-19.2-7.0-0.81.81.2-3.6-16.8-23.1-26.0-26.7多年平均相对湿度（%）45454445465264636259524752多年平均降水量（mm）0.71.64.27.217.923.739.238.236.011.03.90.6185.1多年平均各月蒸57.70.14423529728323422917313778.58.2000发量（mm）33.8.7.4.7.0.0.7.567.6多年各月最大积雪
6、深度（cm）4691030000411611多年平均各月2302152312412582732512502202452332302884日照时数（hr）.2.4.1.1.5.5.4.5.8.6.1.8.2多年平均风速（ms）3.03.13.63.83.83.53.01.81.93.03.13.03.2多年各月最大风速（ms）17242122182618141415212226多年各月最多大风日数（日）561176474454536多年各月最多42551201121310沙尘暴日数（日）多年各月平均霜日数（日）6.87.14.33.40.7OOO1.810.611.69.556.81.2年径流特
7、性头坝三号电站的径流分析计算以上游沙沟寺水文站测流数据为依据，由于头坝三号电站进水口与头坝二号电站厂房尾水相连，头坝二号电站进水口又与头坝一号电站厂房尾水相连，所以三号电站径流与一号电站相同。东大河属河西地区石羊河水系，发源于祁连山冷龙岭北坡，由斜河、直河汇流于皇城盆地，后深切高山峡谷至出山口（本电站在出山口），在出山口外已建有东大河二坝渠首（系向下游金川峡水库输水及农田灌溉之枢纽工程），河流在此分流后流入永昌武威盆地。东大河皇城滩以上流域植被良好，降水丰富，是河川径流的主要来源区。本工程以上流域面积1614km；河流长约30km,河道纵坡约1.25%。头坝一号电站渠首上游9.8km处设有沙沟
8、寺水文站，原站址在现站址上游1.5km处，F=1545km2,1954年5月设站，观测到1970年止，1971年1月起，因受渠道影响，基本断面下迁到现址，F=1614kL参照规范，工程地点和设计站的积水面积相差不超过3%时，工程地点的径流设计值可直接采用设计站的径流分析成果。沙沟寺站的新老断面FF=4.4%,已超过规范规定的范围，本应按面积比修正，但考虑到超过范围不大，东大河主要产流区在皇城水库以上的上游区，建立东大河沙沟寺站与邻近的西大河插剑门站年径流相关图，可以看出1970年前后的点据并无明显的系统偏离，故沙沟寺站新老断面的观测资料可以合并统计，不再进行修正。各断面汇水面积与间距示意见附图
9、2-1o东大河各断面汇水面积与间距示意图附图2-1I2#电站进rx0永昌武威盆头坝三号电站的流量设计，将以现状皇城水库调度运行情况为依据。本次计算中沙沟寺水文站集水面积以1614kr112计。调节年度采用76月，据1954年7月1985年6月(n=31)资料统计，沙沟寺站年径流统计参数如下：多年平均流量Qo=9.88m7s,Cv=O.18,CsCv=l.Oo径流系列详见表2-2,2-3,2-4,2-5,2-6。径流年内分配表皇城水库4.03.894.636.098.8511.820.720.113.87.915.624.569.4所占3.543.454.115.407.8511.318.317
10、.811.27.014.994.05100沙沟寺水文站4.03.894.636.219.4714.324.323.615.58.315.694.5910.4所占%3.223.133.724.997.6111.519.51911.46.674.573.691003.503.593.925.529.4513.0820.1021.1215.837.915.253.519.40头坝三号电站设计年径流年内分配成果表表2-3项目月份年一二三四五六七A九十十一十二P=I5%丰水年4.131.795.457.376.5614.423.634.219.89.516.095.4111.7P=50%平水年3.883
11、.344.425.886.8016.021.31.9820.08.064.024.319.77P=85%枯水年1.173.624.134.716.0510.119.411.518.07.125.613.838.04头坝三号电站设计年径流成果表表2-4统计参数设计年平均流量（r113s）Qo(m3s)CVCCvP=15%P=25%P=50%P=75%P=85%9.880.181.011.711.09.778.648.04皇城水库1986年-2010年各月平均流量统计表表2-5单位：秒立米、万立米I月平均流量军平均流量年径流量12345678910111219863.93.855.086.4713
12、.18.21.518,11.9.56,43,310.30873.719874.34.474.15.518.824.15.619.10.85,7lr89,529013.119883.93.974.576.5813.18.26.719.13.9,46,5L910.33899.219894.14.184.178.5213.19,37.323.24.II.7,9lr813.40447.419904.756.186.413.16.23.720.11.8.26,64J10.31851.31991373.854.184.1611.14.11.514.8.35.44,83,57.523431.219923.1
13、1.893.074.459.614.13.316.11.5.84,2L77.722969.719933.23.43.529.498.913.29.728.14.6.15.14J10.33711.919944.1445.378.09.115.421.14.7.25,83,78.526553.319953,73.213.595.238.39.215.115.29.7.7523,59.228508.51996343.453.234.549.69.019.625.11.4.14,4lf98.426467.919973.53.963.587.271().10.21.32410.5.14.21.89.02
14、8256.219983.83.983.536.069.114.19.320.11.7.23,73,39.026553.319993.13.393.694.166.311.21.619.13.6.33.51.88.324566.520001.83.243.743.587.214.1S.619.16.7.44,21.9S.727075.520013.03.273.673.163.57.419.315.15.7.64.61.77.423388.820023.13.323.053.366.015,18.120.16.6.04,33.48.727878.120031.73.083.174.616.15.
15、21.129.27.11.6.03.611.36329.320041.94.235.455.644.96.919.027.18.7.64.54.09.330884.520051.41.393.8110.18.88.719.523.158.25.13.59.231239.520061.61.775.445.846.67.925.227.186.04.53.59.731591.820073.01.653.787.611.11.19.421.23.10.3.34.410.31151.820084.13.374.235.955.36.714.818.14.9.05.73.97.926216.62009
16、3.53.733.723.124.29.814.417.17.10.5.9438.225844.32010441.570.7317.18.16.318.11.11.8.25.19.730397.0年均4.03.894.636.098.811.20.720.13.7.95.4.59.429164.1东加E日电站蕖首1990年2010年各月平均流量绷表表2-6单位：秒立米、万立米、份年X月平均流量年平均流量年径流量12345678910111219904.775.016.126.4410.5815.0423.8420.9411.945.915.674.1510.083.1619913.863.67
17、4.224.169.7714.4211.4714.778.315.74.73.67.461.3519923.081.671.944.458.6213.4413.4916.7213.015.894.21.777.611.4119933.243.43.559.497.851329.8728.514.376.195.054.110.723.419944.14.14.035.696.948.9215.4821.7614.467.634.853.588.431.6619951.823.223.635.218.238.1915.115.3430.357.695.213.69.061.8619963.643
18、.453.324.589.974.0619.9725.3111.83.733.43.98.081.5719973.51.693.586.5110.799.7321.322410.725.114.41.888.931.8219981.831.973.516.065.2211.9919.5920.7611.887.323.713.328.431.6719993.13.411.723.163.2911.1421.9819.6813.486.373.241.857.991.5290-99平均3.493.463.765.588.1311.0919.4120.7814.236.154.443.488.68
19、1.7420001.823.223.743.597.2614.6718.6719.8616.497.474.211.998.731.7620013.033.273.673.163.57.6819.1415.0215.517.674.661.797.531.3820023.183.33.043.365.0115.9618.4220.9616.876.014.233.18.81.8120031.753.083.174.615.2814.3221.329.628.0111.216.023.6311.063.8120041.954.235.455.644.96.5719.6727.8418.687.6
20、74.584.049.453.1220051.481.393.8110.178.878.7119.523.4315.328.215.123.589.283.1820061.681.775.445.846.627.9826.2428.93186.094.563.529.723.1620073.011.653.787.611.2911.0819.64213223.9510.553.394.4910.323.1120084.113.374.235.955.346.7415.8618.1814.139.045.753.997.961.6320093.513.733.723.124.279.8314.4
21、317.6317.5310.035.954.368.211.612010441.571.7317.2418.7216.3318.6611.0711.178.25.19.733.08O(Mo平均3.143.273.784.988.1411.1119.1121.9517.788.745.153.789.251.97年均3.313.363.775.268.1411.119.2521.3916.097.514.813.648.981.8613洪水1.3.1资料情况沙沟寺水文站有19541985年共计32年实测洪水资料，皇城滩水库有19862010年共计24年实测入库资料。历史洪水调查：根据甘肃省洪水调
22、查资料，东大河泱翔河段沙沟寺站址，调查历史洪水为1945年Qm=582m7so收集到的皇城滩水库19862010年24年实测入库洪水资料，根据过去有关工程计算点绘的河西地区各频率洪峰流量与流域面积关系线，沙沟寺水文站符合QP=AF7关系式，依据此关系式得到19862010年共计24年的沙沟寺站最大洪峰资料。1.3.2洪水计算成果(1)经频率统计分析计算，沙沟寺站适线后采用统计参数为：Qm=12Om3/sCv=O.98CsCv=3.5东大河沙沟寺水文站不同频率洪峰流量成果见表2-7o东大河沙沟寺站设计频率洪峰流量成果表表2-7统计参数P(%)QmCvCs/CV0.10.330.5123.3351
23、01200.983.51020804734614498416353251单位：Q-m3/s头坝三号电站设计频率洪峰流量见表2-8o头坝三号电站设计频率洪峰流量表统计参数P(%)QmCvCs/Cv0.10.330.5123.335101340.983.51140898820686556465394280表2-8单位:Q-m3/s(2)头坝三号电站设计洪水确定施工洪水计算主要依据东大河沙沟寺水文站资料，以面积指数关系(n=0.7)推算至计算断面，分期根据施工设计需要分为105月、35月、106月、36月、全年，各分期设计流量与相应水位见表2-9o头坝三号电站各分期设计流量与相应水位表表2-9单位:
24、Q-ID3/S分期项目P(%)1020年Q(m3/s)280179H(m)2131.322131.9210-5月Q(m3/s)86.464.1H(m)2131.452131.2635月Q(m3/s)86.464.0H(m)2131.452131.26106月Q(m3/s)12088.0H(m)2131.652131.4636月Q(m7s)12289.3H(m)2131.662131.47施工截流期的设计流量根据施工设计规范取平均流量值为统计值。施工截流期各设计频率流量与相应水位见表2-10o头坝三号电站施工截流期各设计频率流量与相应水位表表2-10单位：Q-m7s月份项目P(%)1020三月Q
25、(m3/s)5.214.83H(m)2130.222130.18十月Q(m3/s)6.836.28H(m)2130.282130.26十一月Q(m3/s)11.09.9H(m)2130.452130.401.3.3洪水特性据沙沟寺水文站资料，东大河多年平均流量10.16m7s,径流量3.21亿m3,年内分配比较均匀,变差系数Cv值0.13,据水文年鉴查证，东大河最大洪峰量为223113s,最小流量3.7m3s,一般洪水主要由暴雨形成，强度大，历史短，峰型尖瘦，陡涨陡落。由于皇城水库的建成，改变了其下游天然来水过程，下泄水量视下游灌溉和其他需水情况人为控制，减少了洪水灾害，节约了水量，并为东大河水力梯级开发创造了良好的条件。头坝三号电站流域洪水由暴雨形成。其洪水特点是：暴雨集中、强度大、汇流时间较长,河床较为宽阔，一次洪水过程多为单峰型，洪水历时一般为12天左右。洪水多发生在410月，大洪水多发生在59月。
