2 水文、气象

FCB00202

FCB

初步设计阶段

河床式水电站设计报告范本

——2 水文、气象——

[中小型]

□ 范本主要编写条件界定:

南方平原地区、岩基、混凝土重力坝、左岸河床式电站厂房、贯流式灯泡水轮发电机组、河床表孔式溢流坝(泄洪闸)、右岸船闸、左岸开关站

水利水电勘测设计标准化信息网

1999年6月

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目 录

2 水文、气象 ...................................................................................................................................3 2.1 简要说明 ................................................................................................................................3 2.2 流域概况 ................................................................................................................................3 2.3 气象 ........................................................................................................................................4 2.4 水文基本资料 ........................................................................................................................4 2.5 径流 ........................................................................................................................................4 2.6 洪水 ........................................................................................................................................5 2.7 地下水 ....................................................................................................................................7 2.8 泥沙 ........................................................................................................................................8 2.9 厂、坝区水位-流量关系曲线 ...............................................................................................8 2.10 施工期水文预报站网规划...................................................................................................9 2.11 其他 .................................................................................................................................. 101 2.12 水文附图、附表 .............................................................................................................. 111

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2 水文、气象

2.1 简要说明

河系 省 水系的 江(水) 级支流，发源于 , 沿途纳入 河等 条主要支流后, 在 处注入 江(水)。全流域面积 km,河长 km, 天然总落差 m。本流域 在……以上为高山峡谷区, 两岸山峦起伏, 河槽滩多水浅, 水流湍急 ;……～……

地段为丘陵区, 河谷略有展宽, 水势逐渐趋缓;……以下则河谷开阔, 沿河两岸系广阔冲积平原 。

2

本流域地处 气候区, 气候温和,降水充沛。春夏之交频繁暴雨， 系本流域洪水之主要成因。据 气象站 年实测资料统计, 多年平均气温 ℃, 历年极端最高气温 ℃; 多年平均降水量 mm, 最大日降水达 mm; 多年平均蒸发量 mm;多年平均无霜期 d。

本流域共设有水文站 处, 水位站 处, 雨量站 处。另外还有气象台(站) 处。本次设计采用 水文站 年实测资料为依据, 所推求的坝址多年平均流量为 m／s, 多年平均水量为 亿m。 坝址年径流频率成果列于表2.1-1。

表2.1-1 坝址年径流频率与流量表

P，％ 3Qp，m／s 1 10 50 75 90 95 99 3

3

坝址各频率洪峰流量成果列于表2.1-2。

表2.1-2 坝址各频率洪峰流量表

P，％ 3Qmp，m／s 0.1 0.5 31 2 5 10 50 坝址多年平均悬移质含沙量 kg／m, 输沙量 万t。

2.2 流域概况

提示：简述流域自然地理概况, 流域和河流特性, 工程上游水利和水土保持措施概况。 本电站位于 河 游, 距河口 km。 河是 江(水) 级支流,发源于 县 山 麓, 流经 在 岸纳入 水, 并先后在 处从 岸纳入 河……，在 处从 岸纳入 河等 条主要一级支流, 在 处注入 江。全流域面积 km, 河长 km, 河道比降 ‰ 。

坝址以上流域位于东经 ～ 、北纬 ～ , 控制集水面积 km ,占全流域面积的 ％。

流域地势 高 低, 平均海拔高程 m, 最高峰达 m。流域右岸面积 于左岸, 不对称系数为 ; 流域长度 km, 平均宽 km。流域内植被条件较 , 植被率

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达 ％, 以 林为主, 水土流失 严重。

提示：(1)当流域内有湖泊、沼泽、永久积雪区或冰川时，须说明其面积、湖泊沼泽率或冰雪覆盖率。 (2)如上游有已建水利水电工程, 可根据实际情况说明水库规模、库容系数及调节性能等; 引水工程引入或引出流量及引水时间等; 分洪滞洪工程的分、滞洪量等。 2.3 气象

本流域内及邻近地区有气象台(站) 处,观测项目有 ; 另外, 还有国家雨量站 处, 委托雨量站 处。

提示：根据实际情况分别列出全部观测项目, 并对成果质量做出评价。 气象、雨量台站的地理位置及资料统计年代等列于表2.3-1。

表2.3-1 气象、雨量台站位置及资料统计表

站名 地理位置 东经 北纬 观测场高程,m 设置地点 资料统计年代 主要观测项目 多年平均降水量,mm 本电站可行性研究报告中曾选用 气象站为代表站, 取 年～ 年实测资料进行统计, 报告编制以后该站新增加 年实测资料。经本次统计复核, 其主要气象要素如下: 。

提示：分别列出: 多年平均气温、极端最高气温及出现时间、极端最低气温及出现时间、多年平均相对湿度、多年平均降水量及降水日数、多年平均积雪日数及最大积雪深、最大冻土深、多年平均蒸发量、多年平均无霜期、多年平均日照时数、最大风速及风向等。 2.4 水文基本资料

本流域内设立有 、 等 处水文站。其地理位置及观测项目等列于表2.4-1。

表2.4-1 水文站地理位置及观测项目表

站名 站别 地理位置 东经 北纬 设置地点 起讫年月 集水面2积km 观测项目 水位 流量 输沙率 水量 水化学 2

水文站系本次设计的依据站。它位于坝址 游 km, 控制面积 km。

提示：简述测站基面高程系统、测验河段概况、测流方式、浮标系数等测验情况。 本电站可行性研究报告编制以后新增加 年实测水文资料, 其中 年洪水较大。

提示：简述新出现的大洪水测验及资料整编情况,根据新增加的资料并结合对可行性研究报告的审查意见和要求,说明对前阶段基本资料检查与修正的情况。 2.5 径流

在可行性研究阶段,本电站的径流计算依据 水文站 年～ 年共 年系列,

其中……年～……年为插补成果, 其余为实测成果 。 本次计算增加 年～ 年实测系列。

经对 年插补成果进行复核, 证明 插补计算方法正确, 系数取值恰当, 采用成果合理 。

提示：如复核中发现有不当之处,则须详细论述并提出推荐成果。 将新径流系列与本流域(或邻近流域) 站实测系列进行径流系列代表性分析后,认

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为 。

提示：(1)径流系列代表性分析可根据实际情况,参照《水利水电工程 初步设计阶段 径流分析计算大纲范本(FCD11011)》(以下简称为《FCD11011》)进行,并提出评价。 (2)如流域上游有灌溉水库,有跨流域引水工程和分洪决口水量,有较大工业和生活用水等, 须进行径流还原计算,并对还原后径流系列进行代表性分析。还原计算方法参照《FCD11011》有关方法进行。

采用 站 年～ 年实测径流成果和 年～ 年还原计算径流成果组成 年天然径流系列, 满足SDJ 214-83规范的要求。用矩法初算统计参数, 以P-Ⅲ型线型目估适线, 获得多年平均流量为 m／s, 多年平均水量 亿m。本次计算成果与可行性研究阶段成果比较列于表2.5-1。

表2.5-1 站各阶段年径流频率成果比较表 流量单位: m/s 设计阶段 初步设计 可行性研究 均值 Cv Cs／Cv 1 10 50 P,％ 75 90 95 99 3

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从上表所列成果表明, 两个阶段成果 相近 【/ 有差别】, 但经分析符合规律【 / 实际】,

本次成果满足 初设要求。

经对上述 年天然径流系列进行统计计算, 径流年内分配 均。丰水期为 月～ 月, 丰水期径流占全年水量的 ％; 最大月径流发生在 月, 占全年水量的 ％; 最小月径流发生在 月, 占全年水量的 ％。 径流统计成果见表2.5-2。

表2.5-2 水文站 年～ 年径流统计成果表 单位: m/s 项目 平均流量 占 年％ 1 2 3 4 5 月份 6 7 8 9 10 11 12 年 备注 3

坝址控制集水面积与 水文站集水面积相差只 ％, 不超过3 ％, 故 直接 采用水文站径流为坝址径流。

提示：如两者相差在3 ％以上, 则参照《FCD11011》中有关坝址径流系列计算之规定计算,则应改写结论。 坝址历年各月(或旬、或逐日)平均流量成果列于表2.5-3。

表2.5-3 坝址历年各月平均流量表 单位: m/s

年份 1 2 3 4 5 月份 6 7 8 9 10 11 12 年平均 3

多年平均 提示：(1)如设计需要提供旬或逐日平均流量时, 还须补充表格。 (2)短缺径流资料地区的设计径流计算, 参照《FCD11011》中有关方法进行，并进行相应介绍与评价。 2.6 洪水

2.6.1 暴雨洪水一般特性

本流域地处 气候区。暴雨多由 形成。实测降水资料统计表明, 流域年平均降水

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分布规律是 ,年最大暴雨多发生在 月～ 月。

流域洪水均由 暴雨 产生。 水文站 年水文资料统计结果: 年最大洪水发生在 月～ 月, 与年最大暴雨发生时间一致, 其中 月份次数最多, 出现机率达 ％; 月、 月 偶尔出现年最大洪水, 但机率很小 。详见表2.6-1。

表2.6-1 站历年各月洪水出现次数统计表 站名 统计年数 4月 次数 占％ 5月 次数 占％ 6月 次数 占％ 7月 次数 占％ 8月 次数 占％ 主要大洪水均系 单峰 , 主峰段历时 d～ d, 峰型单瘦, 陡涨陡落; 复峰亦有时发

生, 其主峰段持续时间较长 , 历时 d～ d, 峰型略 胖 。

提示：如果是西北地区融雪型河流,则须说明其洪峰连续,量大,但峰不高，洪水过程历时长，涨落缓慢，有明显的日变化规律等基本特性。因是融雪型洪水, 与气温有着密切关系, 年最大洪水发生在高温季节等。 2.6.2 历史洪水复核

在可行性研究阶段,电站的历史洪水是根据我院及 、 等单位于 年 月～ 年 月进行洪水调查并测量, 采用 比降法估算洪峰流量 之成果。本阶段,我院又进行了复查工作, 并着重调查了 远期 洪水, 采用 年实测之水位-流量关系曲线推求主槽流量, 以 比降法估算滩地 流量。两个阶段所推流量成果很 接近 。从工作深度及推流方法而言, 本次所做成果相对 可靠些 , 故以本次洪水调查成果作为初步设计之依据。见表2.6-2。

表2.6-2 历史洪水复核成果表

年 份 洪水位 (黄海),m 3洪峰流量, m／s 可 靠 程 度 年 年 年 年 可行性研究阶段及本次均调查有 年、 年及 年等洪水。

提示：简述调查情况。 举例:从野外调查的历史洪水年份及文献摘录资料可知 年确实发生过一次特大洪水, 由于年代久远, 两次调查均未能得到当时的洪水位, 但可认为 年属 年以来第 位洪水, N1= a。又从被调查者的口述中亦能肯定, 年属 年以来第 位, N2= a;同时, 从 年往前推 a亦查无大于 年洪水的记述, 故认为取 年洪水的重现期为 a是合适的。 年及以后各年洪水, 则在N2系列中依次排为第二、第三等等。 2.6.3 设计洪水

本次仍采用 水文站为设计依据站。在可行性研究阶段洪水系列基础上增加 a～ a共 a实测资料, 在增加资料中的 年洪水, 为该站建站以来之最,实测洪峰流量达 m／s。采用前述历史洪水及 a实测系列组成不连续系列,并根据历史洪水、实测系列及频率计算公式的不同,进行 6 种组合计算( 计算公式参见《水利水电工程设计洪水计算规范(SL 44-93)》), 综合分析后,初步设计阶段确定选用第 1 组合计算成果。经与可行性研究阶段成果比较,本次对历史洪水进行了复核,延长了洪水系列, 尤其是 增加了近

年特大洪水,认为成果相对合理 。本次推荐成果与可行性研究阶段成果比较如表2.6-3。 表2.6-3 站各阶段设计洪水成果比较表 流量单位: m/s 设计阶段 均值 Cv Cs／Cv P,％ 3

3

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初步设计 可行性研究 0.1 0.5 1 2 5 10 50

坝址设计洪水采用 水文站上述成果,按 面积比拟 法计算, 面积指数n取0.67。 其

QP坝址QP水文站（计算式为:

成果列于表2.6-4。

F坝址0.67）F水文站 表2.6-4 坝址设计洪水成果表 流量单位: m/s

P,％ Qp 0.1 3

0.2 1 2 5 10 50

提示：如坝址上、下游均有水文站, 则采用上、下游站同频率控制，分别求出指数n值, 并推求各频率设计洪峰流量。 本电站为径流式闸坝型电站, 滞洪库容很小, 洪峰流量对防洪安全起控制作用。设计洪水过程线采用大洪水年 年 月 日 站实测洪水过程作为典型, 以峰控制,按同倍比放大 求得坝址设计洪水过程线。典型和设计洪水过程线分别列于表2.6-5。

表2.6-5 坝址设计洪水过程线成果表 流量单位:m/s

月/日/时 Q典型 0.2 2 P，％ 5 10 50 3

提示：如设计流域无水文站, 须根据暴雨资料推求设计洪水时, 则根据《水利水电工程设计洪水计算规范(SL 44-93)》有关规定进行,并给于相应的说明。 2.6.4 分期设计洪水

根据本流域洪水多发生在 月～ 月, 且 月～ 月亦发生年最大洪水之特点, 结合施工设计要求选定 四 个分期进行设计洪水计算, 即： 9月～次年3月、9月～次年2月、10月～次年3月及10月～次年2月 。 采用不跨期,从上述四个分期时段内选取年最大值,组

成分期洪水系列, 按连序洪水系列进行频率计算。适线时着重考虑中、上部经验点据, 并与全年最大洪水频率曲线进行比较, 使各分期洪水的统计参数和同频率设计值的年内变化符合一般规律 。

经计算, 本电站各分期设计洪水成果与年设计洪水成果相互关系 合理 , 与可行性研究阶段成果 相近 。兹将两个阶段成果比较列于表2.6-6。

表2.6-6 分期设计洪水成果比较表 流量单位: m/s

分期 9月～次年3月 9月～次年2月 10月～次年3月 10月～次年2月 设计阶段 初步设计 可行性研究 初步设计 可行性研究 初步设计 可行性研究 初步设计 可行性研究 均值 统计参数 Cv Cs／Cv 5 10 P,％ 20 33.3 50 3

2.7 地下水

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提示：在我国北方及西北地区, 地下水资源对电站运行有影响时, 须在可行性研究阶段已做工作的基础上, 进一步复核本地区地下水资源总量及可开采资源量,并作相应介绍。 2.8 泥沙

本流域泥沙主要来自 暴雨对区内裸露表土的侵蚀及雨洪对地表、河床的冲刷。因此来沙量绝大部分集中在汛期 。

可行性研究报告编制以来, 站增加泥沙测验资料 年。经对 年～ 年悬移质泥沙资料进行统计,多年平均含沙量 kg／m, 最大年平均含沙量 kg／m( 年), 最小年平均含沙量 kg／m( 年), 最大断面平均含沙量 kg／m( 年 月 日), 最小断面平均含沙量 kg／m( 年 月 日); 本站多年平均输沙率 kg／m, 汛期 月～ 月输沙量占全年的 ％。

多年平均侵蚀模数 t／km。悬移质泥沙颗粒级配统计结果, 历年最大粒径 mm ( 年) ,中数粒径 mm, 平均粒径 mm。

站多年平均悬移质泥沙成果见表2.8-1和表2.8-2。

表2.8-1 站多年平均悬移质泥沙成果表(一) 项目 含沙量,kg／m 输沙量,万t 年内分配,％ 333

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3

3

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1 2 3 4 5 6 月份 7 8 9 10 11 12 年平均 表2.8-2 站多年平均悬移质泥沙成果表(二) 项目 多年平均 0.005 0.010 平均小于某粒径的沙重百分数 粒径级,mm 0.025 0.050 0.10 0.25 中数粒径mm 最大粒径mm 平均粒径mm 0.50 1.0 坝址泥沙成果与坝址径流一样, 直接 采用 站实测成果。

提示：若坝址径流不是直接采用该站成果时, 须考虑区间的产沙或沉积因素, 分析估算设计站的输沙量。 由于流域及相邻流域均 无 推悬质测验资料,本次初设 仍与可行性研究阶段一样 , 采用 经验公式 估算, 及 参照 相似河流悬移质输沙量和推移质输沙量的比例关系 两种 方法, 估算电站坝址推移质输沙量。经比较两种方法成果 相近 , 取 两者平均值 作为初步设计采用成果。

提示：当设计站以上有蓄水、引水工程时, 应分析其对输沙量和颗粒级配组成的影响; 有条件时, 悬移质输沙量分析成果可通过上、下游输沙量的对比分析进行合理性检查, 并对采用成果作出评价。 2.9 厂、坝区水位-流量关系曲线

2.9.1 关系曲线推求

本电站属河床式电站, 厂、坝水位-流量关系曲线在同一设计断面处推求。

可行性研究阶段, 已在设计断面处设立临时 水位站进行水位观测, 观测期 年,实测水位变幅 m, 相应于 游 水文站实测流量变幅 m／s。由于实测水位变幅 不

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3

够大 , 水位-流量关系曲线上延幅度 较大 , 完成可行性设计后该水位站仍在进行观测。

为满足初步设计阶段设计精度要求, 年汛期在设计断面处用 流速仪常测法 施测流量 次, 测验流量从 m／s～ m／s; 高水时用 水面浮标 法测流 次,浮标系数采用 , 测验流量从 m／s～ m／s。将本断面实测流量与 站同期流量比较, 成果 相近 。故此认为,在推求本断面水位-流量关系曲线时, 直接移用 站实测流量是

合适 的。

3

3

3

3

本阶段拟定水位-流量关系曲线时, 首先建立临时水位站与 水文站同时水位相关 ,在相关图上点群密集成一带状, 定线则侧重考虑实测各次洪峰峰顶及峰谷, 中、低水部分拟合 良好 。因 无 实测资料, 采用 实测大断面进行高水 外延, 主槽以RA法及QR法计算, 两者结果 相近 , 最终采用QR法成果; 边槽则用 曼宁公式 进行估算, 从而获得设计断面的水位-流量关系曲线。 2.9.2 成果分析及建议

(1)设计断面水位-流量关系曲线与 站综合水位-流量关系曲线 均为单值曲线 ,经比较, 认为两者趋势 合理, 并无矛盾 。

(2)与可行性研究阶段水位-流量关系曲线相比, 虽有些差别 , 但本次增加了 年水位观测并施测流量 次,高水实测变幅 增大 , 外延幅度 减小 , 因而精度有所 提

高 。

3

(3)流量小于 m／s的低水部份, 因 无 实测点据, 完全是依据坝下游河道一定长度

的纵剖面线估算断流水位定线。故有待继续加强低水测流, 使之更趋完善 。

(4) 建议继续进行高水水位观测, 对高水外延部分进一步验证 。

坝下及 站水位-流量关系成果表 黄海高程系 见表2.9-1及表2.9-2。

表2.9-1 坝下水位-流量关系 表2.9-2 水文站水位-流量关系 Z m Q m/s 3

Z m Q m/s 3 2.10 施工期水文预报站网规划

2.10.1 站网现状

本电站坝址以上流域现有水文站 处, 水位站 处, 雨量站 处(其中气象站 处)(详见流域水系图)。 这些站点布设在常见暴雨中心区及其他主要产洪区, 能 基本 控制本流域水(雨)情势, 布设 基本 合理, 其中 站系国家水情报汛站。此外,坝址下游 m处设有本工程专用水位站。 2.10.2 预报方案设想

根据坝址以上流域雨洪特性及现有站网布设情况, 初步拟定工程施工期水文预报方案

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两 个。

(1)河道相应水位(流量)预报。以上游 站水位(流量)为主变量，区间支流 站及 站水位(流量)为参变量建立相关关系, 根据 站水位(流量)和参变量资料预报坝址水位(流量)。因 站与坝址洪水相应关系 较好 , 洪峰传播历时达 h, 可获得 较长 预见期, 预报精度亦 好 。

提示：在有两条以上支流汇入的河段, 则采用合成流量法,并作相应介绍。 (2)河道流量演算法。对 站至坝址区间建立P-R模型,由区间降水预报区间流量,再与 站演进至坝址处流量过程组合, 获得坝址总流量过程。

(3)降雨迳流预报。现场预报时, 以上方案可配合使用, 相互补充, 以提高预报精度。

提示：预报方案亦可根据各地实际情况另行选择,则作相应改写。 2.10.3 站网规划

在满足施工作业预报要求的前提下, 根据前述预报方案设想, 经初步分析 只须充分利用

现有 站网 即可 满足要求, 在坝址处须兼设正式水位站兼雨量站。本次规划水(雨)情测报

站网如表2.10-1所列。

表2.10-1 水(雨)情测报站网规划表

站名 站别 河名 地理位置 东经 北纬 设计年份 备注 以上各测站中除 站及 站已采用无线通讯外, 其他各站均采用有线通讯。为保证信息传递畅通无阻, 水(雨)情预报准确及时, 初拟全部采用无线电台通讯, 共设无线电台 处。在电站本部设置主台, 各测站按 级( 段 次制)向主台报送降水、水位和流量, 水位流量还须加报起涨和洪峰。如遇紧急情况, 可临时指定某测站逐时发报。 2.10.4 经费估算

提示：可根据实际情况分列项目,给出经费估算结果。 2.10.5 水情自动测报系统

提示：对于较大的或很重要的中型电站工程, 如有条件或认为有必要做水情自动测报系统设计时, 可按《水文自动测报系统规范(SL 61-94)》、《水利水电工程水情自动测报系统设计规定(DL/T 5051-1996)》并参考《水利水电工程 初步设计阶段 水情自动测报系统设计大纲范本(FCD11040)》进行。 2.11 其他

2.11.1 水温

坝址 游 站具有 年～ 年共 年水温观测资料。经统计, 历年最高水温出现在 年 月 日, 其值为 ℃；历年最低水温出现在 年 月 日, 其值为 ℃；多年平均水温 ℃。将多年统计成果列于表2.11-1。

表2.11-1 站历年水温统计表 单位：℃ 项目 多年平均 月平均最高 水温 年份 1 2 3 4 5 月 份 6 7 8 9 10 11 12 年平均 10

月平均最低 水温 年份

2.11.2 水质

对坝址 游 站 年～ 年水质分析成果进行统计, 本河段属 性水, pH值 ; 多年平均溶解Q2 mg／L, 游离CO2 mg／L,侵蚀性CO2 mg／L, 耗氧量 mg／L; 多年平均离子总量 mg／L, 离子径流量 万t; 多年平均总硬度 mg／L, 总碱度 mg／L; 水的类型为 。 2.11.3 水面蒸发

本流域 缺乏 水面蒸发观测资料, 仅有 口径为 cm及 cm的蒸发皿陆面观测资料可供使用。在相邻流域的 水库, 具有 年～ 年共 年陆面与水面对比观测蒸发成果, 其蒸发皿口径 cm, 相应计算出的陆面-水面蒸发折算系数列于表2.11-2。考虑到该水库与本工程所处地理位置相近及其他条件的相似性, 在计算本水库水面蒸发时 直

接移 用其折算系数。

表2.11-2 多年平均折算系数及库区水面、陆面蒸发成果表

项目 折算系数 陆面蒸发,mm 水面蒸发,mm 1 2 3 4 5 月 份 6 7 8 9 10 11 12 年 2.12 水文附图、附表

2.12.1 附图

(1)流域水系图(须标明水文、气象或雨量站及已建、在建水利水电工程位置)。 (2)设计站洪峰频率曲线图。 (3)典型与坝址设计洪水过程线图。

(4)主要控制站及坝下水位-流量关系曲线图。 2.12.2 附表

(1)坝址年、月径流系列表。

(2)坝址代表年逐日平均流量表。

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