山草坪水庫洪水設(shè)計(jì)

1、.6 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)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)殖等綜合利用的小（2）型水庫工程。水庫所在流域內(nèi)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(guān)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(jì)，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(fēng)速4.0m/s，多年平均最大風(fēng)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(diǎn)：暴漲暴落，洪水歷時(shí)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(dá)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(fù)核水庫的流域特征值原設(shè)計(jì)采用集雨面積F=2.695km2。本次復(fù)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(jìn)行量算，結(jié)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。考慮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(nèi)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(guān) 塘 1.262.26725區(qū) 間2.6953.2333.2合 計(jì)5.335 6.3.2設(shè)計(jì)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(yùn)行，至今沒有進(jìn)行水文觀測。無任何水文觀測資料。流域內(nèi)也無流量觀測資料。只能采用暴雨資料推求水庫的設(shè)計(jì)洪水。6.3.3水庫庫容曲線山草坪水庫原水位庫容關(guān)系曲線成果見表6-3-1、圖6-3-1。經(jīng)本次檢驗(yàn)，其水位面積庫容關(guān)系曲線成果可靠，予以采用，經(jīng)對水庫庫容的變化分析認(rèn)為，水庫所在流域內(nèi)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(jià)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(guān)系6.3.4水庫泄流能力曲線經(jīng)實(shí)地調(diào)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(jià)對現(xiàn)狀溢洪道水位與泄量關(guān)系曲線重新復(fù)核，現(xiàn)場鑒定溢洪道泄流能力為明渠式，按明渠計(jì)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(fù)核水庫水位與泄量關(guān)系見表6-3-2。表6-3-2 山草坪水庫水位-泄流量關(guān)系表經(jīng)檢查本次計(jì)算方法正確、采用參數(shù)合理，故采用本次計(jì)算成果。6.4洪水標(biāo)準(zhǔn)山草坪水庫原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年

5、一遇洪水設(shè)計(jì)，200一遇洪水校核。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(biāo)準(zhǔn)(SL252-2000)的規(guī)定，土石壩的洪水標(biāo)準(zhǔn)可按3020年一遇洪水設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)及目前可達(dá)到的洪水標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為大壩應(yīng)按20 年一遇(P=5%)洪水設(shè)計(jì)，200 年一遇(P=0.5%)洪水校核，消能防沖洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇(P=10%)洪水設(shè)計(jì)。6.5設(shè)計(jì)洪水6.5.1歷次洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核情況山草坪水庫于1959年12月竣工。水庫原設(shè)計(jì)按20年一遇洪水設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)洪水成果表時(shí)間2004年3月（注冊）編制單位玉林發(fā)電總廠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（%）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(yīng)庫容(萬m3)43.51下泄流量(m3/s)108.86.5.2 本次設(shè)計(jì)洪水復(fù)核山草坪水庫沒有水文觀測資料，因此只能采用由暴雨計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的方法來計(jì)算。同時(shí)山草坪水庫內(nèi)有兩個(gè)小型水庫，它們的集雨面積都比較大，因此必須考慮這兩個(gè)水庫對設(shè)計(jì)洪水的調(diào)蓄作用。擬采用同頻率分塊計(jì)算的方法：即分別計(jì)算關(guān)塘水庫及竹脈坑水庫及區(qū)間的同頻率設(shè)計(jì)洪水，用上游兩水庫設(shè)計(jì)洪水的排洪過程與區(qū)間洪水迭加

7、，得山草坪水庫設(shè)計(jì)洪水。6.5.2.1 設(shè)計(jì)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(shè)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(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算依據(jù)。本次復(fù)核收集到大容山水庫雨量站1955年至2006年的實(shí)測年最大24小時(shí)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(shí)增加一個(gè)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(shí)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(shí)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(shè)計(jì)洪水的計(jì)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(guān)參數(shù)及方法來計(jì)算。各種頻率設(shè)計(jì)雨量見表6-5-3。1、計(jì)算時(shí)段雨量 山草坪水庫因集雨面積較小，不作點(diǎn)面折減，直接拿點(diǎn)雨量作為設(shè)計(jì)雨量進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)，由于水庫面積較小，計(jì)算時(shí)距長為0.5 小時(shí)。暴雨日內(nèi)分配按下如公式計(jì)算： 式中：，-各時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨; ， -暴雨指數(shù)。5小時(shí)前的雨量按下式計(jì)算： 第7至24小時(shí)雨量用下式計(jì)算： 2、計(jì)算24小時(shí)內(nèi)逐時(shí)段雨量分配過程。查工程

9、地點(diǎn)雨型分區(qū)圖得屬6區(qū)，按該雨型分配排列各時(shí)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(shí)暴雨成果表;表6-5-3 山草坪水庫設(shè)計(jì)（校核）雨量成果表3、凈雨計(jì)算 用下式計(jì)算徑流量：當(dāng) a+P<時(shí) 當(dāng)a+P<時(shí) 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(shí)流域蓄水量(mm); W -流域最大平均蓄水量(mm); W-流域某地點(diǎn)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(jì)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(jì)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(guān)表得產(chǎn)流期平均入流率為7毫米/小時(shí)，穩(wěn)定入滲率為3毫米/小時(shí)，分別可算得瞬時(shí)單位線及推理公式所用的凈雨量。200 年一遇凈雨計(jì)算成果見表6-5-4，其余頻率的凈雨計(jì)算方法與前相同，計(jì)算過程及成果不在這里贅述。6.5.2.2 設(shè)計(jì)洪水（區(qū)間）1、瞬時(shí)單位線法推求設(shè)計(jì)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(shí)單位線參數(shù)計(jì)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(shí)單位線參數(shù); F -集雨面積，km2; J -河流比

11、降,。根據(jù)上式計(jì)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(shè)計(jì)洪水（區(qū)間）計(jì)算成果見表6-5-5。表6-5-5 瞬時(shí)單位線法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水成果表（區(qū)間）注：表中流量單位為：m3/s2、推理公式法計(jì)算設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算得=7.84 ，m=0.430 。洪峰流量按下列公式計(jì)算： 式中：-洪峰流量，m3/s h,ht-單一洪峰的凈雨和相應(yīng)于t時(shí)段的最大雨量(mm) t - 流域匯流

12、時(shí)間(小時(shí))。 其余符號意義參見前面。根據(jù)上述公式采用試算法計(jì)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(jì)算成果見表6-5-6及圖6-5-3。表6-5-6 推理公式法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水表（區(qū)間）6.5.2.3 竹脈坑水庫、關(guān)塘水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算及調(diào)洪演算竹脈坑水庫、關(guān)塘水庫設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與區(qū)間計(jì)算方法相同，其設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果及調(diào)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(jì)算成果表（瞬時(shí)單位線法）表6-5-8 竹脈坑水庫入庫出庫洪水計(jì)算成果表（推理公式法）表6-5-9 關(guān)塘水庫入庫出庫洪水計(jì)算成果表（瞬時(shí)單位

13、線法）表6-5-10 關(guān)塘水庫入庫出庫洪水計(jì)算成果表（推理公式法）把竹脈坑、關(guān)塘水庫排洪過程及區(qū)間設(shè)計(jì)洪水按同頻率、同時(shí)段迭加，即可得到山草塘水庫各頻率設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)洪水成果表6.5.2.3 設(shè)計(jì)洪水合理性分析比較瞬時(shí)單位線法及推理公式法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水，發(fā)現(xiàn)這兩種方法的計(jì)算成果比較接近，說明成果是合理的。考慮到推理公式法推求的設(shè)計(jì)洪水成果對工程安全比較有利，本次復(fù)核采用推理公式法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水。6.6 調(diào)洪計(jì)算6.6.1 核定起調(diào)水位根據(jù)本次實(shí)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(yīng)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(diào)水位從641.23 m起調(diào)。6.6.2 調(diào)洪運(yùn)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(fù)起下游防洪的任務(wù)。山草坪水庫沒有進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，所以不考慮水庫預(yù)泄。當(dāng)汛期洪水來臨時(shí)，水庫出庫流量由水庫各水位對應(yīng)的溢洪道泄洪能力決定。6.6.3 調(diào)洪計(jì)算及成果分析根據(jù)水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則(SL258-2000)中有關(guān)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算的規(guī)定，調(diào)

15、洪計(jì)算一般采用靜庫容法；山草坪水庫采用靜庫容法調(diào)洪計(jì)算，以0.5 小時(shí)為調(diào)洪計(jì)算時(shí)段，根據(jù)上述計(jì)算出的各頻率洪水過程線，應(yīng)用水庫的ZV(表6-3-1)、Zq(表6-3-2)關(guān)系曲線，以溢洪道堰頂高程641.23 m為起調(diào)水位、采用試算法進(jìn)行水庫洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，求得各種頻率洪水最高洪水位和相應(yīng)最大下泄流量。水庫設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算見表6-6-1。其余設(shè)計(jì)頻率調(diào)洪成果見表6-6-2。本次調(diào)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(shè)計(jì)洪水成果考慮了竹脈坑及關(guān)塘兩水庫對本水庫排洪的影響，使本水庫設(shè)計(jì)洪水較大，其次是本次復(fù)核的溢洪道堰頂寬比小（二）型水庫大壩注冊

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(rèn)為本次復(fù)核成果合理可靠。表6-6-1 山草坪水庫部分頻率設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算表（時(shí)段長：0.5 小時(shí)）表6-6-2 山草坪水庫各頻率設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算成果表6.7 水庫抗洪能力復(fù)核6.7.1 擋水安全性(1) 壩頂高程復(fù)核山草坪水庫為小（2）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(shè)計(jì)導(dǎo)則(SL189-96)，山草坪水庫大壩壩頂設(shè)計(jì)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(fēng)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(jì)算波浪的平均波高采用鶴地水庫公式計(jì)算：式中：h2%累積頻率為%的波高(m)； Tm平均波周期(s)；W計(jì)算風(fēng)速，m/s，正常運(yùn)用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍；D風(fēng)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(jì)算： 當(dāng)m=1.55.0時(shí)，當(dāng)m1.25時(shí)，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(yàn)系數(shù)；Ro無風(fēng)情況下，光滑不透水護(hù)面的爬高值。當(dāng) 1.25<m<1.5 時(shí)可由m=1.25和m

18、=1.5的計(jì)算值按內(nèi)插法確定。水庫正常蓄水位641.23 m，20 年一遇設(shè)計(jì)洪水位為643.78 m，200 年一遇校核洪水位644.55 m。根據(jù)有關(guān)氣象資料，壩區(qū)多年平均年最大風(fēng)速W=16m/s，主壩等效風(fēng)區(qū)長度250m。對設(shè)計(jì)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(jìn)行復(fù)核，復(fù)核結(jié)果見表6-71。表6-7-1 主壩壩頂高程復(fù)核成果表計(jì)算結(jié)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(zhì)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(fù)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(jià)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(jié)論6.9.1 設(shè)計(jì)洪水本次洪水復(fù)核兩種方法推算的洪峰流量、洪量成果相近，認(rèn)為本次是安全的。經(jīng)與鄰近流域部分水庫工程的設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)山草坪水庫原設(shè)計(jì)按20年一遇洪水設(shè)計(jì)、30年一遇洪水校核；1998年水庫除險(xiǎn)加固復(fù)核仍按20年一遇洪水設(shè)計(jì)、300年一遇洪水校核。山草坪水庫屬?。?）型水庫，根據(jù)水利水電工程等級劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)(SL252-2000)的規(guī)定，土石壩的洪水標(biāo)準(zhǔn)可按3020年一遇洪水設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)及目前可達(dá)到的洪水標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為大壩仍按20 年一遇(P=5%)洪水設(shè)計(jì)，200 年一遇(P=0.5%)洪水校核，消能防沖洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇(P=10%)洪水設(shè)計(jì)。6.9.3 洪水調(diào)節(jié)計(jì)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(diào)水位從641.23 m起調(diào)。兩種計(jì)算方法的洪峰流量和調(diào)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(jì)算成果。調(diào)洪計(jì)算成果：水庫設(shè)計(jì)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(jì)算復(fù)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(zhì)量差，泄洪存在安全隱患。6.9.5防洪復(fù)核評價(jià)結(jié)論綜上所述，根據(jù)水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則(SL258-2000)的有關(guān)規(guī)定，山草坪水庫大壩防洪安全性評價(jià)為B。1.4.3 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核1.4.3.1 基本資料復(fù)核本次復(fù)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(jìn)行了復(fù)核。經(jīng)復(fù)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(fù)核，實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)(SL252-2000)的規(guī)定，土石壩的洪水標(biāo)準(zhǔn)可按3020年一遇洪水設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)及目前可達(dá)到的洪水標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為大