山草坪水庫洪水設計

1、.6 防洪標準復核6.1流域基本情況山草坪水庫位于桂平市中沙鎮(zhèn)容北村，珠江流域沙坡河上游，地理位置東經(jīng)110°14´53"，北緯22°53´21"，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的?。?）型水庫工程。水庫所在流域內丘陵地形，山高坡陡，徑流大，來水快，水量充足。水庫集雨面積5.335km2。水庫上游有兩座小型水庫，分別為：竹脈坑水庫，集雨面積1.38 km2，及關塘水庫，集雨面積為1.26 km2。6.2水文氣象特性流域地處北回歸線以南，屬亞熱帶地區(qū)，氣候溫暖濕潤，雨量充沛。據(jù)附近大容山水庫雨量站資料統(tǒng)計，流域多年多年平均氣

2、溫19，多年平均降雨量1884mm，多年平均風速4.0m/s，多年平均最大風速16m/s。山草坪水庫流域由于集雨面積小，其洪水具有山區(qū)流域的特點：暴漲暴落，洪水歷時短。形成暴雨的天氣系統(tǒng)多為鋒面與低渦，每年四月開始冷空氣南下頻繁，造成降雨，六月達到高峰。6.3基本資料收集整理6.3.1流域特征參數(shù)的復核水庫的流域特征值原設計采用集雨面積F=2.695km2。本次復核采用萬分之一地形圖對水庫壩址以上流域特征值重新進行量算，結果發(fā)現(xiàn)原注冊登記中沒有考慮上游兩座水庫的集雨面積?？紤]上游兩座小型水庫的集雨面積后，山草坪水庫集雨面積就為5.335km2。水庫流域內各庫及區(qū)間流域參數(shù)見表6-3-1.水庫名

3、稱F（km2）L（km）J()竹脈坑1.382.1329.5關 塘 1.262.26725區(qū) 間2.6953.2333.2合 計5.335 6.3.2設計洪水依據(jù)資料收集與整理水庫建成后1959年12月開始投入運行，至今沒有進行水文觀測。無任何水文觀測資料。流域內也無流量觀測資料。只能采用暴雨資料推求水庫的設計洪水。6.3.3水庫庫容曲線山草坪水庫原水位庫容關系曲線成果見表6-3-1、圖6-3-1。經(jīng)本次檢驗，其水位面積庫容關系曲線成果可靠，予以采用，經(jīng)對水庫庫容的變化分析認為，水庫所在流域內屬丘陵區(qū)，庫區(qū)周圍植被良好，岸坡穩(wěn)定，為少沙河流，庫區(qū)泥沙淤積程度很小，淤積量不大。因此本次安全評價水

4、庫庫容采用原水位面積庫容成果。表6-3-1 山草坪水庫水位面積庫容關系6.3.4水庫泄流能力曲線經(jīng)實地調查并測量，山草坪水庫溢洪道堰流形式為明渠，渠底凈寬6.5m，堰頂高程為641.23 m,消能形式為自由出流形式。本次安全評價對現(xiàn)狀溢洪道水位與泄量關系曲線重新復核，現(xiàn)場鑒定溢洪道泄流能力為明渠式，按明渠計算，公式為 式中：Q流量，m3/s；C謝才系數(shù)，；R水力半徑；n糙率（取0.035）；過水面積；i坡降。本次復核水庫水位與泄量關系見表6-3-2。表6-3-2 山草坪水庫水位-泄流量關系表經(jīng)檢查本次計算方法正確、采用參數(shù)合理，故采用本次計算成果。6.4洪水標準山草坪水庫原設計洪水標準為20年

5、一遇洪水設計，200一遇洪水校核。水庫屬?。?）型水庫，根據(jù)水利水電工程等級劃分及防洪標準(SL252-2000)的規(guī)定，土石壩的洪水標準可按3020年一遇洪水設計，300200年一遇洪水校核，鑒于水庫大壩為土壩組成，并考慮到水庫大壩原設計及目前可達到的洪水標準，認為大壩應按20 年一遇(P=5%)洪水設計，200 年一遇(P=0.5%)洪水校核，消能防沖洪水標準為10 年一遇(P=10%)洪水設計。6.5設計洪水6.5.1歷次洪水標準復核情況山草坪水庫于1959年12月竣工。水庫原設計按20年一遇洪水設計、200年一遇洪水校核。在?。ǘ┬退畮齑髩巫缘怯洷恚?004年3月），見表6-5-1

6、。表6-5-1 山草坪水庫歷次設計洪水成果表時間2004年3月（注冊）編制單位玉林發(fā)電總廠設計標準（%）5%0.5%24h暴雨(mm)洪峰流量(m3/s)洪量水總量（m3/s）最高庫水位（m）643.63644.38相應庫容(萬m3)43.51下泄流量(m3/s)108.86.5.2 本次設計洪水復核山草坪水庫沒有水文觀測資料，因此只能采用由暴雨計算設計洪水的方法來計算。同時山草坪水庫內有兩個小型水庫，它們的集雨面積都比較大，因此必須考慮這兩個水庫對設計洪水的調蓄作用。擬采用同頻率分塊計算的方法：即分別計算關塘水庫及竹脈坑水庫及區(qū)間的同頻率設計洪水，用上游兩水庫設計洪水的排洪過程與區(qū)間洪水迭加

7、，得山草坪水庫設計洪水。6.5.2.1 設計暴雨山草坪水庫沒有水文觀測資料，但與水庫距離較近的大容山水庫設有雨量觀測站，該站資料可靠，擬采用大容山水庫雨站資料作為本次設計暴雨的計算依據(jù)。本次復核收集到大容山水庫雨量站1955年至2006年的實測年最大24小時暴雨資料，因大容山水庫站高程在400米左右，而山草坪水庫流域平均高程接近了700米，故考慮雨量采用時增加一個修正系數(shù)，一般來說，降雨量隨高程增加而增加，這里擬取高程修正系數(shù)為1.1，即拿大容山水庫站的雨量乘以1.1作為本水庫的雨量，具體資料見表6-5-2，適線成果見圖6-5-1。查廣西暴雨徑流等值線圖（2001年，廣西水文局），年最大大24

8、小時暴雨均值140mm，Cv為0.5，考慮到山草坪水庫集雨面積較小，又靠近大容山山頂，其實測成果比廣西暴雨徑流等值線圖（2001年，廣西水文局）略大些是合理的。設計洪水的計算方法采用原廣西水文總站編制的廣西暴雨徑流查算圖表中的有關參數(shù)及方法來計算。各種頻率設計雨量見表6-5-3。1、計算時段雨量 山草坪水庫因集雨面積較小，不作點面折減，直接拿點雨量作為設計雨量進行計算。同時，由于水庫面積較小，計算時距長為0.5 小時。暴雨日內分配按下如公式計算： 式中：，-各時段設計暴雨; ， -暴雨指數(shù)。5小時前的雨量按下式計算： 第7至24小時雨量用下式計算： 2、計算24小時內逐時段雨量分配過程。查工程

9、地點雨型分區(qū)圖得屬6區(qū)，按該雨型分配排列各時段雨量即可。見表6-5-3表6-5-2 山草坪水庫年最大24小時暴雨成果表;表6-5-3 山草坪水庫設計（校核）雨量成果表3、凈雨計算 用下式計算徑流量：當 a+P<時 當a+P<時 R=P+Wo-Wm式中：R -徑流量（mm）; P -流域平均降水量(mm); Wo -降雨開始時流域蓄水量(mm); W -流域最大平均蓄水量(mm); W-流域某地點最大蓄水量的極大值=(1+b)Wm; B -流域蓄水曲線指數(shù);表6-5-4 山草坪水庫凈雨計算表(0.5%)查廣西暴雨徑流查算圖表得工程產(chǎn)流分區(qū)屬六區(qū)，參數(shù)Wm=140 ,K=0.90 ,b

10、=1.7 ，據(jù)此可計算得產(chǎn)流量。根據(jù)工程所在地的流域特征及下墊面情況，查有關表得產(chǎn)流期平均入流率為7毫米/小時，穩(wěn)定入滲率為3毫米/小時，分別可算得瞬時單位線及推理公式所用的凈雨量。200 年一遇凈雨計算成果見表6-5-4，其余頻率的凈雨計算方法與前相同，計算過程及成果不在這里贅述。6.5.2.2 設計洪水（區(qū)間）1、瞬時單位線法推求設計洪水 查匯流分區(qū)圖得工程所在地匯流分區(qū)為二(1)區(qū)，瞬時單位線參數(shù)計算用如下公式： m = 4.50 J 0.155 F -0.453 n = 1.200 F 0.170 J 0.180 式中：n,m -瞬時單位線參數(shù); F -集雨面積，km2; J -河流比

11、降,。根據(jù)上式計算得n=2.668 ,k=0.402 ,查工程所在地的退水指數(shù)區(qū)為4區(qū)，指退水指數(shù)為，a1=0.16 ，a2=0.08 ,設計洪水（區(qū)間）計算成果見表6-5-5。表6-5-5 瞬時單位線法計算設計洪水成果表（區(qū)間）注：表中流量單位為：m3/s2、推理公式法計算設計洪水 查推理公式匯流參數(shù)得工程屬6區(qū)，推理公式參數(shù)按下式計算m=0.072 0.551 式中：F-集雨面積，km2 L-主河流長度,km J-河流比降,。計算得=7.84 ，m=0.430 。洪峰流量按下列公式計算： 式中：-洪峰流量，m3/s h,ht-單一洪峰的凈雨和相應于t時段的最大雨量(mm) t - 流域匯流

12、時間(小時)。 其余符號意義參見前面。根據(jù)上述公式采用試算法計算洪峰流量，洪水過程線用采三角形過程線法，地下水的回加也采用三角形過程分配。計算成果見表6-5-6及圖6-5-3。表6-5-6 推理公式法計算設計洪水表（區(qū)間）6.5.2.3 竹脈坑水庫、關塘水庫設計洪水計算及調洪演算竹脈坑水庫、關塘水庫設計洪水計算與區(qū)間計算方法相同，其設計洪水計算成果及調洪演算成果見表6-5-7、表6-5-8、表6-5-9及表6-5-10.表6-5-7 竹脈坑水庫入庫出庫洪水計算成果表（瞬時單位線法）表6-5-8 竹脈坑水庫入庫出庫洪水計算成果表（推理公式法）表6-5-9 關塘水庫入庫出庫洪水計算成果表（瞬時單位

13、線法）表6-5-10 關塘水庫入庫出庫洪水計算成果表（推理公式法）把竹脈坑、關塘水庫排洪過程及區(qū)間設計洪水按同頻率、同時段迭加，即可得到山草塘水庫各頻率設計洪水成果，見表6-5-11及圖6-5-1、圖6-5-2.表6-5-11 山草坪水庫設計洪水成果表6.5.2.3 設計洪水合理性分析比較瞬時單位線法及推理公式法計算的設計洪水，發(fā)現(xiàn)這兩種方法的計算成果比較接近，說明成果是合理的?？紤]到推理公式法推求的設計洪水成果對工程安全比較有利，本次復核采用推理公式法計算的設計洪水。6.6 調洪計算6.6.1 核定起調水位根據(jù)本次實測資料，山草坪水庫溢洪道堰頂高程641.23 m。由于溢洪道無閘門控制，因此

14、水庫正常蓄水位為641.23 m，正常蓄水位對應的庫容為萬29.69 m3。水庫資料中，上級主管部門核定的汛期限制水位等于水庫正常蓄水位。因此水庫汛期限制水位為641.23 m，水庫起調水位從641.23 m起調。6.6.2 調洪運用方式山草坪水庫溢洪道的堰流型式為明渠式，堰頂凈寬6.5m，堰頂高程641.23 m，無閘門控制，無法控制水庫下泄流量，也無法負起下游防洪的任務。山草坪水庫沒有進行洪水預報，所以不考慮水庫預泄。當汛期洪水來臨時，水庫出庫流量由水庫各水位對應的溢洪道泄洪能力決定。6.6.3 調洪計算及成果分析根據(jù)水庫大壩安全評價導則(SL258-2000)中有關洪水調節(jié)計算的規(guī)定，調

15、洪計算一般采用靜庫容法；山草坪水庫采用靜庫容法調洪計算，以0.5 小時為調洪計算時段，根據(jù)上述計算出的各頻率洪水過程線，應用水庫的ZV(表6-3-1)、Zq(表6-3-2)關系曲線，以溢洪道堰頂高程641.23 m為起調水位、采用試算法進行水庫洪水調節(jié)計算，求得各種頻率洪水最高洪水位和相應最大下泄流量。水庫設計洪水調洪演算見表6-6-1。其余設計頻率調洪成果見表6-6-2。本次調洪成果與?。ǘ┬退畮齑髩巫缘怯洷恚?004年3月）相比，要大一些。究其原因，一是本次設計洪水成果考慮了竹脈坑及關塘兩水庫對本水庫排洪的影響，使本水庫設計洪水較大，其次是本次復核的溢洪道堰頂寬比?。ǘ┬退畮齑髩巫?/p>

16、登記表（2004年3月）成果小3.5米，泄流能力小的緣故。因此認為本次復核成果合理可靠。表6-6-1 山草坪水庫部分頻率設計洪水調洪演算表（時段長：0.5 小時）表6-6-2 山草坪水庫各頻率設計洪水調洪演算成果表6.7 水庫抗洪能力復核6.7.1 擋水安全性(1) 壩頂高程復核山草坪水庫為?。?）型水庫，屬V等工程，主壩建筑物級別為5級，山草坪水庫現(xiàn)有最大壩高為27.87m,根據(jù)小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則(SL189-96)，山草坪水庫大壩壩頂設計工況安全加高為0.5m，校核工況安全加高為0.3m。壩頂在水庫靜水位以上的超高按下面公式確定。Y=R+A式中：y壩頂超高(m)；R風浪沿

17、著壩坡的最大爬高(m)；A安全加高(m)。 波浪爬高R按下公式計算波浪的平均波高采用鶴地水庫公式計算：式中：h2%累積頻率為%的波高(m)； Tm平均波周期(s)；W計算風速，m/s，正常運用條件下，采用多年平均年最大風速的1.5倍；D風區(qū)長度(m)；Hm水域平均水深(m)；g重力加速度，取9.81m/s2。波浪爬高按下式計算： 當m=1.55.0時，當m1.25時，Rm=KKWRohm式中：Rm平均波浪爬高(m)；m單坡的坡度系數(shù)，若坡角為，即等于ctg；K斜坡的糙率滲透性系數(shù)；KW經(jīng)驗系數(shù)；Ro無風情況下，光滑不透水護面的爬高值。當 1.25<m<1.5 時可由m=1.25和m

18、=1.5的計算值按內插法確定。水庫正常蓄水位641.23 m，20 年一遇設計洪水位為643.78 m，200 年一遇校核洪水位644.55 m。根據(jù)有關氣象資料，壩區(qū)多年平均年最大風速W=16m/s，主壩等效風區(qū)長度250m。對設計洪水和校核洪水條件下主壩壩頂高程、防浪墻頂高程分別進行復核，復核結果見表6-71。表6-7-1 主壩壩頂高程復核成果表計算結果表明：主壩現(xiàn)狀壩頂高程滿足規(guī)范要求。 6.7.2 泄洪安全性 溢洪道控制段底板襯砌質量差，溢洪道下游原河道已被耕種作物，影響正常行洪。6.8 泄洪影響復核山草坪水庫溢洪道下游水流直接流入原河道，根據(jù)本次安全評價收集的資料，山草坪水庫地理位置

19、重要，水庫一旦失事，將影響下游容北村、六石村、沙坡村群眾及中沙鎮(zhèn)所在地，影響人口0.6萬人。6.9 結論6.9.1 設計洪水本次洪水復核兩種方法推算的洪峰流量、洪量成果相近，認為本次是安全的。經(jīng)與鄰近流域部分水庫工程的設計洪水成果進行比較，本次安全鑒定各頻率洪峰流量與洪峰模數(shù)的變化基本符合流域變化規(guī)律。6.9.2 防洪標準山草坪水庫原設計按20年一遇洪水設計、30年一遇洪水校核；1998年水庫除險加固復核仍按20年一遇洪水設計、300年一遇洪水校核。山草坪水庫屬小（2）型水庫，根據(jù)水利水電工程等級劃分及防洪標準(SL252-2000)的規(guī)定，土石壩的洪水標準可按3020年一遇洪水設計，3002

20、00年一遇洪水校核，鑒于水庫大壩為土壩組成，并考慮到水庫大壩原設計及目前可達到的洪水標準，認為大壩仍按20 年一遇(P=5%)洪水設計，200 年一遇(P=0.5%)洪水校核，消能防沖洪水標準為10 年一遇(P=10%)洪水設計。6.9.3 洪水調節(jié)計算山草坪水庫溢洪道堰頂高程641.23 m，無閘門控制，水庫正常蓄水位641.23 m，汛期限制水位641.23 m。水庫起調水位從641.23 m起調。兩種計算方法的洪峰流量和調洪演算后最高庫水位成果相差不大，推理公式法的成果略高，從工程偏安全的角度考慮，最后采用暴雨推理公式法的計算成果。調洪計算成果：水庫設計洪水位和校核洪水位分別為643.7

21、8 m和644.55 m，最大下泄流量分別為75.1 m3/s和113.8 m3/s，水庫總庫容為43.9 萬m3。6.9.4水庫抗洪能力（1）擋水安全性計算復核表明主壩現(xiàn)狀壩頂高程滿足規(guī)范要求。（2）泄洪安全性 溢洪道底板襯砌質量差，泄洪存在安全隱患。6.9.5防洪復核評價結論綜上所述，根據(jù)水庫大壩安全評價導則(SL258-2000)的有關規(guī)定，山草坪水庫大壩防洪安全性評價為B。1.4.3 防洪標準復核1.4.3.1 基本資料復核本次復核采用萬分之一地形圖對山草坪水庫的集雨面積、河流長度、河床比降等流域參數(shù)進行了復核。經(jīng)復核庫容曲線合理可靠，仍予采用。泄流形式原為明渠，經(jīng)本次復核，實際形式為明渠，經(jīng)測量溢洪道底寬與注冊登記表的不同，其出流能力曲線與原注冊的有差別。1.4.3.1防洪標準山草坪水庫屬小（2）型水庫，根據(jù)水利水電工程等級劃分及防洪標準(SL252-2000)的規(guī)定，土石壩的洪水標準可按3020年一遇洪水設計，300200年一遇洪水校核，鑒于水庫大壩為土壩組成，并考慮到水庫大壩原設計及目前可達到的洪水標準，認為大