南海水库2 水文.docx
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南海水库2水文
2水文
2.1流域概况
南海水库位于仁寿县天峨乡境内，属岷江水系越溪河。
水库坝址以上集雨面积0.1015km2,流域呈扇形。
地势为东南高、西北低，多为斜坡深丘地貌。
坝址河谷呈“V”形。
出露地层以砂岩为主。
流域内耕地少，树草多。
该水库多年平均降雨量为1049.8mm，多年平均径流深389.6mm.
南海水库属于四川盆地亚热带季风气候区，四季气候鲜明，具有春早气温多变化，夏无酷热雨集中，秋多绵雨湿度大，冬无严寒霜雪少的特点。
年均气温为17.5°C，极端最高气温39.9°C，极端最低气温－2.9°C；年均蒸发量为1285.8mm、最高达1451.4mm、最低为1118.1mm；年均地温为20.1°C、极端最高为67.7°C、极端最低为－6.0°C；年均相对湿度为76%、极端最低为13%；历年多北风（N），次为北北东风（NNE），一般风速在0.7～2.1m/s之间，最大风速为11.0m/s（NNE），多年平均年最大风速16.3m/s，极大风速可达18.2m/s（SSE）。
2010年7月平均风速为1.3m/s，最大为8.9m/s（NNE）。
2.2设计洪水计算
2.2.1工程等级及设计标准
南海水库总库容8.702万m3，根据水利部SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，南海水库属V等枢纽工程，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级。
按照国家《防洪标准》（GB50201-94）规范要求，南海水库是一座以灌溉为主的小
（二）型水库，本次洪水复核采用10年一遇消能防冲洪水、20年一遇（P＝5%）洪水设计、200年一遇（P＝0.5%）洪水校核。
2.2.2基本资料的收集、复核
1、河流特征
根据万分之一测量图求得：
坝址以上主河道长0.35km，平均坡降22.35‰，坝址以上集雨面积0.1015km2。
2、库容复核
根据仁寿县水务局提供的“三定三查”资料，对南海水库的水位～库容曲线进行了复核，南海水库的水位～库容关系表见表2-1，水位～库容关系曲线见图2-1。
表2-1南海水库水位～库容关系表
水位（m）
485.2
485.4
486.4
487.4
488.4
489.4
490.4
491.4
492.4
库容（万m3）
0
0.008
0.012
0.043
0.0505
0.0665
0.20525
0.803
1.70175
水位（m）
493.4
494.4
495.4
496.4
497.4
498.4
499.4
500.4
501.4
库容（万m3）
2.731
3.99125
5.45575
7.0635
8.93325
11.11725
13.54975
16.26925
19.337
图2-1南海水库水位～库容曲线图
3、暴雨、径流资料
本库流域无实测洪水资料，也无实测长系列暴雨资料，故根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册（1984年6月）》（以下简称《手册》）采用推理公式法由暴雨推求设计洪峰流量。
2.2.3设计洪峰流量计算
1、设计暴雨
采用《手册》查“等值线图”的方法计算设计暴雨，南海水库水库集雨面积0.1015km2，集雨面积相对较小，流域内暴雨时空变化相对较小，故以设计点暴雨代替设计面暴雨量。
南海水库设计暴雨成果见表2-2。
表2-2南海水库暴雨计算成果表
历时（h）
H（mm）
CV
CS/CV
HP（mm）
Kp
P＝10%
P＝5%
P＝0.5%
P＝10%
P＝5%
P＝0.5%
1/6
19.2
0.3
3.5
26.88
30.14
39.552
1.4
1.57
2.06
1
50
0.37
3.5
75
85.5
119
1.5
1.71
2.38
6
80
0.5
3.5
132.8
159.2
244.8
1.66
1.99
3.06
24
101
0.56
3.5
174.73
214.12
342.39
1.73
2.12
3.39
2、设计洪峰流量计算
用推理公式法推求设计洪水。
由于水库集雨面积较小，因此直接用设计点暴雨作为设计面暴雨使用。
由水科院公式推求设计洪水，推理公式为：
Qmp＝0.278ΨSF/τn＝f（F，L，J，S，n，μ，m）
Ψ＝1－μτn/S
式中：
Qmp——设计洪峰流量（m3/s）；
Ψ——洪峰径流系数；
τ——流域汇流时间；
F——流域面积（km2）；
L——坝址主河道至分水岭的河流长度（km）;
J——沿河道的平均坡降（‰）；
S——暴雨雨力；
n——暴雨公式指数；
μ——产流参数（产流历时内的平均损失率）；
m——汇流参数（反映洪水汇集特征的参数）；
推求设计洪峰流量，必须确定上式右端的如下三组参数：
流域特征参数F、L、J；暴雨参数S、n；产流参数μ和汇流参数m。
流域特征参数用原量算数据。
产流参数μ根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（1984年版）（以下简称《手册》）查算，查得，Cs/Cv＝3.5；根据流域参数算得θ＝2.213；汇流参数根据m＝0.40θ0.204计算。
各参数计算成果见表2-3。
表2-3南海水库设计流域特征值参数表
断面
F（km2）
L（km）
J（‰）
θ
m
大坝水库坝址
0.1015
0.3518
0.2817
2.213
0.4704
根据短历时暴雨公式，计算出不同频率的洪峰流量，成果见表2-4。
表2-4南海水库各频率洪峰流量计算成果表
计算方法
设计洪峰流量（m3/s）
P＝10%
P＝5%
P＝0.5%
《手册》暴雨等值线
2.36
2.74
3.95
3、设计洪水过程线
1）设计洪水过程线采用《手册》方法推求设计洪水总量：
设计洪水总量Wp按以下公式推求：
Wp＝0.1αHTpF（万m3）
式中：
Wp——设计洪水总量（万m3）；
α——暴雨径流系数；
HTp——历时为T的设计暴雨；
T按单峰洪水T＝12.8F1/4计算；上式中α查《手册》确定，设计洪水总量计算成果见表2-5。
表2-5南海水库设计洪水总量计算成果表
P（%）
Wp（万m3）
10
0.881
5
1.135
0.5
1.884
2）推求设计洪水过程线
按《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中我省西南地区单峰洪水过程线概化模型，利用求得的设计洪峰流量及洪水总量按峰量控制放大推求设计洪水过程线。
该流域属岷江水系，由《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》查得基流量Q0＝0.245F0.795＝0.04m3/s。
设计洪水过程线见表2-6，图2-2。
表2-6南海水库设计洪水过程线表
P＝0.5%洪水过程线
P＝5%洪水过程线
P＝10%洪水过程线
T（h）
Q（m3/s）
T（h）
Q（m3/s）
T（h）
Q（m3/s）
0.00
0.04
0.00
0.04
0.00
0.04
0.13
0.24
0.12
0.18
0.10
0.16
0.17
0.43
0.15
0.31
0.13
0.28
0.24
0.83
0.21
0.59
0.19
0.51
0.31
1.62
0.26
1.14
0.24
0.98
0.37
2.41
0.32
1.68
0.29
1.45
0.44
3.20
0.38
2.23
0.34
1.93
0.48
3.79
0.41
2.64
0.37
2.28
0.53
3.99
0.46
2.78
0.42
2.40
0.65
3.79
0.56
2.64
0.51
2.28
0.80
3.20
0.69
2.23
0.62
1.93
1.03
2.41
0.90
1.68
0.81
1.45
1.42
1.62
1.23
1.14
1.11
0.98
2.39
0.83
2.07
0.59
1.87
0.51
3.45
0.43
2.99
0.31
2.70
0.28
4.24
0.24
3.68
0.18
3.32
0.16
5.17
0.04
4.49
0.04
4.05
0.04
图2-2南海水库设计洪水过程线
2.3调洪计算
（1）溢洪道泄水流量计算
南海水库溢洪道为正槽溢洪道，堰型为宽顶堰，堰顶高程496.8m，堰顶宽度4m。
参照《水力学》（郭维东编）下泄流量计算公式：
Q＝m0B（2g）1/2H3/2，其中H为堰上水头，流量系数m0取值0.334，经计算，南海水库泄流曲线见表2-7，图2-3。
表2-7南海水库泄洪流量计算表
水位（m）
下泄流量（m3/s）
水位（m）
下泄流量（m3/s）
496.80
0.000
496.98
0.452
496.81
0.006
496.99
0.490
496.82
0.017
497.00
0.530
496.83
0.031
497.01
0.570
496.84
0.047
497.02
0.611
496.85
0.066
497.03
0.653
496.86
0.087
497.04
0.696
496.87
0.110
497.05
0.740
496.88
0.134
497.06
0.785
496.89
0.160
497.07
0.831
496.90
0.187
497.08
0.877
496.91
0.216
497.09
0.925
496.92
0.246
497.10
0.973
496.93
0.277
497.11
1.022
496.94
0.310
497.12
1.072
496.95
0.344
497.13
1.122
496.96
0.379
497.14
1.17
496.97
0.415
497.15
1.23
图2-3南海水库泄流曲线图
（2）水库调洪演算
根据表2-7的关系作H～Q曲线图，再根据泄水流量，调洪库容之间的关系绘制q～v曲线图。
由于溢洪道上无闸门控制，起调水位与堰顶高程齐平，所以本次调洪计算采用简化三角形法。
以此方法可求得南海水库设计洪水位及校核洪水位时的调洪库容和泄洪量。
南海水库正常蓄水位496.8m,对应库容7.777万m3，南海水库调洪演算简化三角形法过程见表2-8，调洪成果见表2-9，水库调洪过程见图2-4，2-5。
表2-8南海水库调洪演算简化三角形法过程表
消能防冲洪水位
试算次数
假设高水位
堰顶高程
计算水深
出库流量
高水位对应库容
滞洪库容
下泄流量
Wp
Qp
1
497.082
496.800
0.282
0.887
8.305
0.531
0.938
0.88
2.36
2
497.083
496.800
0.283
0.891
8.307
0.533
0.933
3
497.084
496.800
0.284
0.896
8.308
0.535
0.927
4
497.085
496.800
0.285
0.901
8.310
0.537
0.922
5
497.086
496.800
0.286
0.905
8.312
0.539
0.917
6
497.087
496.800
0.287
0.910
8.314
0.541
0.912
7
497.088
496.800
0.288
0.915
8.316
0.543
0.907
8
497.089
496.800
0.289
0.920
8.318
0.544
0.902
9
497.09
496.800
0.290
0.925
8.320
0.546
0.896
设计洪水位
试算次数
假设高水位
堰顶高程
计算水深
出库流量
高水位对应库容
滞洪库容
下泄流量
Wp
Qp
1
497.140
496.800
0.340
1.174
8.417
0.643
1.187
1.135
2.74
2
497.141
496.800
0.341
1.179
8.419
0.645
1.183
3
497.142
496.800
0.342
1.184
8.421
0.647
1.178
4
497.143
496.800
0.343
1.189
8.423
0.649
1.173
5
497.144
496.800
0.344
1.194
8.425
0.651
1.168
6
497.145
496.800
0.345
1.200
8.427
0.653
1.164
7
497.146
496.800
0.346
1.205
8.429
0.655
1.159
8
497.147
496.800
0.347
1.210
8.431
0.657
1.154
9
497.148
496.800
0.348
1.215
8.432
0.659
1.150
校核洪水位
试算次数
假设高水位
堰顶高程
计算水深
出库流量
高水位对应库容
滞洪库容
下泄流量
Wp
Qp
1
497.280
496.800
0.480
1.969
8.692
0.919
2.024
1.88
3.95
2
497.281
496.800
0.481
1.975
8.694
0.921
2.020
3
497.282
496.800
0.482
1.981
8.696
0.923
2.016
4
497.283
496.800
0.483
1.987
8.698
0.925
2.012
5
497.284
496.800
0.484
1.993
8.700
0.927
2.007
6
497.285
496.800
0.485
2.000
8.702
0.929
2.003
7
497.286
496.800
0.486
2.006
8.704
0.931
1.999
8
497.287
496.800
0.487
2.012
8.706
0.933
1.995
9
497.288
496.800
0.488
2.018
8.708
0.935
1.991
表2-9南海水库调洪计算成果表
P（%）
最大下泄流量q（m3/s）
最大库容
v（万m3）
滞洪库容
（万m3）
Z洪（m）
Z实际坝顶
（m）
10
0.912
8.314
0.541
497.087
499.2
5
1.178
8.421
0.647
497.142
0.5
2.003
8.702
0.929
497.285
表2-9表明，水库的消能防冲洪水位（P＝10%）为497.087m，相应库容8.314万m3，最大下泄流量0.912m3/s；设计洪水位（P＝5%）为497.142m，相应库容8.421万m3，最大下泄流量1.178m3/s；校核洪水位（P＝0.5%）为497.285m，相应库容8.702万m3，最大下泄流量2.003m3/s。
水库大坝现状坝顶高程为499.02m，高于设计洪水位497.142m。
2.4坝顶高程复核
1）计算工况及标准
根据《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）5.3.3节之规定，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取最大值：
设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；
正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高；
校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高；
正常蓄水位加非常运用情况的坝顶超高。
2）基本参数
南海水库大坝为均质土坝，坝顶高程499.2m，最大坝高14m，坝顶宽1.7m，坝轴线长70m。
基本参数：
（1）K△——迎水坡糙率系数，取K＝0.85；
（2）m——迎水坡比，取m＝2.75；
（3）W——多年平均年最大风速16.3m/s；
（4）D——大坝迎水面在最高水位时的吹程，在地形图上量算为300m；
（5）Hm——水域的平均水深。
3）坝顶超高
根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001规定，大坝坝顶在静水位以上的超高按下式计算：
y=R+e+A
式1
式中：
Y——坝顶超高，m；
R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；
e——最大风壅水面高度，m；
A——安全加高。
正常运用条件下取A＝0.5m，
非常运用条件下取A＝0.3m。
4）最大波浪在坝坡上的爬高
（1）最大波浪在坝坡上的爬高根据《规范》，正向来波在单坡上的平均波浪爬高采用累计频率为5％的爬高值R5％，当m＝1.5～5.0时，其中平均波浪爬高按下式计算：
式2
式中：
Rm——风浪平均波浪爬高，m；
KW——经验系数，根据w/（gh）0.5查表A.1.12－2得；
KΔ——单坡的糙率渗透性系数，根据水库的护面查表A.1.12－1得；
m——斜坡坡率；
hm——平均波高，m；
Lm——平均波长，m。
（2）式2中hm、Lm按根据规范，可按鹤地水库公式计算：
式3
式4
式中：
W——风速，m/s。
正常运用条件下，采用多年平均年最大风速的1.5倍，非常运用条件下采用多年平均最大风速。
D——风区长度，m。
根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001，由（式3）计算出波高h2%，查《规范》附表A.1.8得到波高与平均波高得比值hp/hm＝2.23由此计算出hm。
南海水库为5级坝采用累计频率为5％的爬高值，查表A.1.13得Rp/Rm＝1.84。
经计算正常条件下：
Rp＝0.949m
在非常条件下：
Rp＝0.527m.
5）最大风壅水面高度
风雍高度按e＝计算：
式中：
e——计算点处的风壅水面高度，m；
K——综合摩阻系数，取K＝3.6×10-6；
W——水面上10m处的风速；
D——风区长度，取D＝300m；
g——重力加速度，取g＝9.8m/s2；
Hm——水域的平均水深；
β——风向与水域中线的夹角，取β＝0°。
坝顶高程计算具体参数见表2-10。
表2-10坝顶高程计算参数表
P
（%）
V
（m/s）
D
（m）
Hm
（m）
m
K△
Kv
Rp/Rm
5
24.4
300
11.942
2.75
0.85
1.107
1.84
0.5
16.3
12.085
1.018
计算结果见表2-11。
表2-11大坝坝顶高程计算成果表
P
（%）
Z洪
（m）
R
（m）
e
（m）
A
（m）
Y
（m）
所需
（m）
实际Z坝顶
（m）
5
497.142
0.949
0.003
0.5
1.452
498.594
499.02
0.5
497.285
0.527
0.001
0.3
0.828
498.113
由表2-11可知，水库现状所需最大坝顶高程为498.594m，实际坝顶高程为499.2m，即现有大坝及溢洪道抗洪能力满足《防洪标准》GB50201-94防洪要求。
2.5防洪标准复核结论
水库枢纽工程主要建筑物大坝的抗洪能力，能满足20年一遇洪水设计，能满足200年一遇校核的洪水标准。
根据《水库大坝安全评价导则》SL258-2000的规定，该水库抗洪性能可定为C级。
2.6分期洪水
设计流域内无实测流量资料。
本次设计收集到双马水库（位于仁寿县东南方向）的设计资料，根据流域暴雨的年内分配规律，结合施工要求，拟将年内洪水分为四期：
汛前过渡期（4～5月）、汛后过渡期（10月）、主汛期（6～9月）、枯水期（11月～翌年3月）。
这四期仍根据双马水库洪水系列资料，按固定时段年最大值独立选样，得出各分期流量系列，经频率计算并用P-Ⅲ型理论频率适线后，求得南海水库分期设计洪水成果。
表2-12南海水库分期设计洪水成果表
坝址
分期
月份
P=20%
南海水库
枯水期
11月～次年3月
0.003
过渡期
汛前
4～5月
0.053
汛后
10月
0.024
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