山口水库蓄水安全鉴定报告省设计院728.docx
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山口水库蓄水安全鉴定报告省设计院728
3工程防洪与度汛
3.1工程等级及防洪标准
山口水库是一座以农业灌溉为主，兼顾供水、防洪、生态旅游等综合利用的水利工程，水库总库容503万m3。
依据《防洪标准》（GB50201-2014）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）有关规定：
山口水库属小（Ⅰ）型水库，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级。
工程位于山丘区，主要建筑物为土坝，设计洪水标准为50～30年一遇，校核洪水标准为1000～300年一遇。
山口水库下游有三门峡市区、310国道、连霍高速、郑西高铁等基础设施，位置十分重要。
结合该水库的重要性，大坝防洪标准采用：
50年一遇（P=2%）设计，500年一遇（P=0.2%）校核是合适的。
3.2设计洪水复核
3.2.1流域概况
青龙涧河系黄河南岸一级支流，处在河南省西部丘陵中山区。
发源于陕县店子乡十八盘南部及西张村乡境内的摩云岭葫芦峪，由东南向西北流经陕县的西张村、菜园乡及湖滨区的交口、崖底乡，在陕县老城入黄河。
流域西与苍龙涧河流域相连，东与兴隆河流域接壤，流域面积487km2，干流长45.0km，干流坡降12.76‰，河床宽80~120m，多年平均流量2.58m3/s，最大洪峰流量2740m3/s。
山口水库位于青龙涧河一级支流山口河上游，山口河全长17.2km，流域面积113.9km2，平均坡降1.37%，流域多年平均径流量0.13亿m3。
青龙涧河上游为中低基岩山区,中游为黄土台塬地带，下游属黄河阶地。
该工程区域位于崤山－熊耳山地区的低山丘陵区和黄河及支流沿岸交界处，属于中低山地貌。
山地高处标高一般为680～1000m，河床地面高程602～670m，比降1.5/100～2.5/100，一般切割深度50～80m。
河谷两侧支沟较发育，但延伸长度均较小，沟底比降均较大，支沟底宽多小于30m。
山口河主河槽及其支沟两岸基岩裸露，谷底多有冲洪积物覆盖，阶地不发育。
整个流域植被较差，水土流失严重。
水库坝址位于南山口村东南约2.7km处，河谷呈东南—北西走向，在坝址段河道平直。
河底高程为620m，河床比降1.5/100~3.2/100，河谷呈较宽的“U”型。
在上坝址左岸上游50m、右岸上游100有两条支沟，宽20~40m，东西走向，入口处与主河槽近直交。
3.2.2暴雨洪水特性
流域内暴雨多发生在7月份，夏季太平洋副高压气流活动频繁，与西北冷空气相遇，往往产生暴雨，一旦降水气候形成，影响范围较大，持续时间1~3天，多形成阵性降雨，雨势暴烈，次阵雨一般不超过1小时，暴雨中心多发生在上游东南部山区。
该流域的洪水主要由暴雨形成，据调查，洪水最早出现在4月（春汛），9、10月受连阴雨影响亦有洪水发生，但量级较大的洪水一般均出现在7~9月，历时短，强度大。
洪水历时一般1天左右，主峰历时数小时。
3.2.3洪水计算
由于该流域无实测洪水资料，且工程场址以上流域面积较小（小于200km2），依据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-93）及《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》（1984年10月，以下简称《84图集》）规定，本次设计洪水复核：
洪量采用图集降雨径流关系曲线查，洪峰流量采用推理公式计算，洪水过程线采用概化过程线叠加。
本次设计暴雨采用《84图集》和《05图集》分别查算，并对成果作对比分析后选用。
3.2.3.1设计防洪标准
山口水库是一座以灌溉为主，兼顾供水、防洪、生态旅游等综合利用的小（Ⅰ）型水利工程。
水库下游有三门峡市区、310国道、连霍高速、郑西高铁等基础设施，位置十分重要。
依据《防洪标准》（GB50201-2014）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）有关规定，结合该水库的重要性，大坝防洪标准采用：
50年一遇（P=2%）设计，500年一遇（P=0.2%）校核。
3.2.3.2设计暴雨
设计时段分为10min、1h、6h、24h四种历时，设计暴雨计算包括
设计时段的点、面雨量和暴雨递减指数，依据《84图集》，流域面积小于50km2时可用点雨量代替面雨量。
坝址以上控制流域面积小于50km2，故采用点雨量代替面雨量。
各频率设计面暴雨见表3.2-1
表3.2-1不同频率设计暴雨成果
项目
84图集
05图集
10分钟
1小时
6小时
24小时
10分钟
1小时
6小时
24小时
点雨量（mm）
13.5
32.6
51.5
69.0
13.5
31.0
52.0
70.5
Cv
0.48
0.58
0.575
0.485
0.49
0.585
0.54
0.55
Cs/Cv
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
点面折减系数
1
1
1
1
1
1
1
1
10%面雨量（mm）
22.1
57.2
90.0
113.3
22.2
54.5
88.8
121.2
5%面雨量（mm）
26.3
70.4
110.6
135.0
26.6
67.2
107.8
147.7
2%面雨量（mm）
31.7
87.8
137.8
163.2
32.2
84.1
132.8
182.5
1%面雨量（mm）
35.7
101.0
158.4
184.2
36.3
96.8
151.6
208.8
0.5%面雨量（mm）
39.8
114.3
179.0
205.1
40.5
109.6
170.4
235.0
0.2%面雨量（mm）
45.0
131.8
206.3
232.5
46.0
126.5
195.2
269.6
3.2.3.3产流计算
1）设计暴雨
根据设计暴雨计算分析，本次计算分别采用《05图集》与《84图集》查算的设计暴雨成果进行设计洪水计算。
2）平均入渗率
本工程位于黄河支流山丘区，根据《84图集》中水文分区划分，属于第Ⅴ分区，其平均入渗率为5mm/h~8mm/h。
本次计算选用6mm/h。
3）设计净雨计算成果
用24小时设计雨量查山丘区水文分区I线次降雨径流关系P+Pa～R线，得出24小时各种频率设计净雨量。
I线流域最大初损Imax＝55mm，Pa为前期影响雨量，50年一遇以上暴雨Pa＝Imax，10～20年一遇，Pa＝2/3Imax＝35.0mm。
各种频率24小时设计净雨量见表3.2-2。
表3.2-2设计净雨计算成果表
频率
10%
5%
2%
1%
0.5%
0.2%
84图集
P
113.3
135.0
163.2
184.2
205.1
232.5
Pa
35
35
55
55
55
55
P+Pa
148.3
170.0
218.2
239.2
260.1
287.5
R
64.2
81.0
119.0
138.1
156.6
179.0
05图集
P
121.2
147.7
182.5
208.8
235.0
269.6
Pa
35
35
55
55
55
55
P+Pa
156.2
182.7
237.5
263.8
290.0
324.6
R
70.2
91.1
136.5
159.8
183.1
214.2
3.2.3.4汇流计算
山口水库流域面积小于200km2，根据《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》采用推理公式计算汇水面积洪峰流量。
基本公式为：
洪峰流量采用推理公式按下式计算：
式中：
Qm—设计洪峰流量，m3/s；
ψ—洪峰径流系数；
τ—洪峰汇流时间，h；
μ—平均入渗率，mm/h；
S—设计最大1小时雨量平均强度，即设计频率1小时面雨量，mm；
F—流域面积，km2；
L—坝址以上干流长度，m；
J—干流平均坡降；
n—设计暴雨递减指数；
m—汇流参数。
汇流参数（m）是按《84图集》分区建立的流域参数（
）与汇流参数（m）相关关系进行推求，各流域特征参数按1:
1万及1：
5万地形图量算。
1）洪峰、洪量计算成果
坝址以上流域面积28.15km2，坝址以上干流长度8.93km，从坝址到流域上游沿最远流程的平均纵比降J=2.994%。
“84图集”洪水计算成果见表3.2-3。
“05图集”洪水计算成果见表3.2-4。
表3.2-3“84图集”设计洪水成果表
项目
10%
5%
2%
1%
0.5%
0.2%
S（mm/h）
57.2
70.4
87.8
101
114.3
131.8
n1
0.469
0.45
0.431
0.42
0.411
0.401
n2
0.747
0.748
0.748
0.749
0.749
0.75
n3
0.834
0.856
0.878
0.891
0.902
0.914
m
1.427
1.427
1.427
1.427
1.427
1.427
μ（mm/h）
6
6
6
6
6
6
ψ
0.872
0.900
0.924
0.938
0.947
0.954
τ（h）
1.3
1.25
1.15
1.1
1.05
1
Q（m3/s）
321
422
571
691
817
982
W（万m3）
181
228
335
389
441
503.9
表3.2-4“05图集”设计洪水成果表
项目
10%
5%
2%
1%
0.5%
0.2%
S（mm/h）
54.5
67.2
84.1
96.8
109.6
126.5
n1
0.5
0.482
0.464
0.453
0.445
0.435
n2
0.728
0.736
0.745
0.75
0.754
0.758
n3
0.776
0.773
0.771
0.769
0.768
0.767
m
1.427
1.427
1.427
1.427
1.427
1.427
μ（mm/h）
6
6
6
6
6
6
ψ
0.867
0.898
0.923
0.936
0.945
0.953
τ（h）
1.35
1.25
1.15
1.1
1.05
1
Q（m3/s）
297
400
543
660
781
943
W（万m3）
198
257
384
450
515
603
（3）洪峰、洪量成果对比分析
以上分别依据《84图集》和《05图集》进行水库设计洪峰、洪量计算，计算结果对比见表3.2-5。
表3.2-5根据84、05图集暴雨资料计算设计洪水成果对比表
重现期（年）
设计洪峰流量
设计洪量
84图集
05图集
绝对差值
相对差值
84图集
05图集
差值
比值
Qm（m3/s）
W24h
（万m3）
Qm（m3/s）
％
Qm（m3/s）
W24
（万m3）
Qm
（m3/s）
W24
（万m3）
10
321
297
24
7.48
181
198
-17
-9.39
20
422
400
22
5.21
228
250.6
-22.6
-9.91
50
571
543
28
4.90
335
399.8
-64.8
-19.34
100
691
660
31
4.49
389
450
-61
-15.68
200
817
781
36
4.41
441
515
-74
-16.78
500
982
943
39
3.97
503.9
588.4
-84.5
-16.77
由以上比较分析结果，设计洪峰流量《05图集》比《84图集》略偏小，但设计洪水总量《05图集》比《84图集》偏大，原因是《84图集》查得的暴雨强度较大，主要影响洪峰流量值，而决定洪水总量的24小时雨量均值，《84图集》小于《05图集》查数。
山口河属于山区河流，水库坝址位置又在河道上游，根据流域暴雨及洪水特性，洪水主要由暴雨形成，历时短，强度大，过程线形状比较陡尖，在调洪演算确定建筑物规模时，洪峰流量值起主要作用，而洪水总量对结果影响比较小。
从水库工程安全性考虑，本次采用洪峰流量值较大的《84图集》计算成果，并进行洪水过程线计算和调洪演算。
3.2.3.5成果的合理性分析及确定
本次设计洪水计算，经比选后，暴雨参数采用《84图集》查算，产流、汇流参数根据《84图集》并结合实际而定，洪水采用推推公式计算，方法可行。
设计洪水过程线采用概化三角形叠加法，过程线累加洪量与相同净雨计算值基本一致，认为设计洪水过程线成果合理。
综上，本次设计洪水成果峰高量大，过程线形状符合山区河流洪水形成特征，认为设计洪水计算成果比较合理、可靠。
3.2.3.6设计洪水过程线
表3.2-6设计洪水过程线成果
时段
10%
5%
2%
1%
0.50%
0.20%
1
0
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
3
0
0
0
0
0
0
4
0
0
0
0
0
0
5
0
0
0
0
0
0
6
0
0
0
0
0
0
7
0
0
0
0
0
0
8
0
0
0
0
0
0
9
0
0
0
0
0
0
10
0
0
0
0
0
0
11
0
0
9
0
0
0
12
7
7
17
26
32
40
13
39
14
55
64
67
70
14
70
95
137
155
161
167
15
321
420
574
691
817
985
16
40
55
90
100
100
101
17
22
32
36
44
48
52
18
3
8
18
0
0
0
19
0
0
0
0
0
0
20
0
0
0
0
0
0
21
0
0
0
0
0
0
22
0
0
0
0
0
0
23
0
0
0
0
0
0
24
0
0
0
0
0
0
3.3防洪能力复核
3.3.1水库特性
根据《三门峡市山口水库复建工程初步设计报告》，水库校核洪水位662.28m，设计洪水位660.71m，正常蓄水位657.0m，汛限水位657.0m，死水位640.0m；水库总库容503万m3，兴利库容284万m3，死库容69万m3。
山口水库水位~面积~库容关系见表3.3-1
表3.3-1山口水库水位～面积～库容关系表
水位（m）
水面面积
库容
水位（m）
水面面积
库容
水位（m）
水面面积
库容
（万m2）
（万m3）
（万m2）
（万m3）
（万m2）
（万m3）
627
0.92
0.62
640
9.14
66.38
653
21.28
259.25
628
1.85
2.00
641
9.47
75.69
654
22.59
281.18
629
2.14
4.00
642
10.49
85.67
655
23.16
304.06
630
3.00
6.57
643
10.71
96.28
656
24.75
328.01
631
3.23
9.69
644
12.37
107.82
657
24.97
352.87
632
4.32
13.46
645
12.99
120.50
658
26.97
378.85
633
4.85
18.04
646
14.36
134.17
659
27.29
405.98
634
5.66
23.30
647
14.94
148.83
660
29.11
434.18
635
5.83
29.04
648
16.36
164.47
661
29.54
463.50
636
6.70
35.30
649
17.29
181.30
662
31.37
493.96
637
6.97
42.14
650
18.73
199.31
663
31.99
525.64
638
7.96
49.60
651
19.31
218.33
639
8.23
57.70
652
20.63
238.30
3.3.2水库调洪演算
（一）计算方法
水库调蓄通过联解水库水量平衡方程和相应水库蓄泄方程实现。
对调洪过程中任一
（
）时段，计算式可表示如下：
（3－1）
（3－2）
式中：
、
——时段初入库、出库流量（m3/s）；
、
——时段末入库、出库流量（m3/s）；
、
——时段初、末水库蓄水量（m3）。
表示水库下泄流量是水库蓄水量的函数。
求解时必须联解上述两式，通过试算法编程求解。
对任意的
时段，其
、
、
、
已知，欲求
、
。
其求解步骤是：
假定
（或
）后，代入式（3－2）可求得
（或
），再以此
（或
）代入式（3－1）算得
（或
）后，若计算的与假定的一致，则试算完成，否则重新假定
（或
），直到满足为止。
表示水库下泄流量是水库蓄水量的函数，根据水库调度原则确定。
（二）防洪调度方式
汛期7~9月份水库控制水位为汛限水位657.0m，即水库防洪起调水位为657.0m；当库水位高于汛限水位657.0m时，溢洪道自由泄流。
（三）下泄能力
山口水库泄水建筑物为岸坡式开敞溢洪道，净宽为35m。
泄流能力按《溢洪道设计规范》（SL253-2000）中宽顶堰泄流能力公式计算：
式中：
Q——流量，m3/s；
——堰顶过水断面平均宽度，m；
m——流量系数，宽顶堰取0.385；
ε——侧收缩系数；
H0——堰顶水深，m。
侧收缩系数根据下面公式进行计算：
ε=1-0.2[ζk+（n-1）ζ0]H0/nb
溢洪道泄流能力见表3.3-2。
表3.3-2溢洪道泄流能力表
水位
（m）
泄量
（m3）
水位
（m）
泄量
（m3）
657.5
21.21
661
510.78
658
60.30
661.5
614.45
658.5
111.34
662
725.47
659
172.29
662.5
843.68
659.5
242.00
663
968.94
660
319.71
663.5
1101.17
660.5
404.89
664
1240.28
图3.3-1山口水库水位~泄流关系曲线图
（四）计算结果
起调水位为溢洪道堰顶高程657.0m，调洪演算时段取Δt=0.5h。
根据防洪调度原则及计算方法，对不同频率洪水进行调蓄计算，计算结果见表3.3-3。
表3.3-3山口水库不同频率洪水调洪演算结果
重现期
频率
入库最大流量
下泄最大流量
最高库水位
年
％
m3/s
m3/s
m
500
0.2
982
763.0
662.28
200
0.5
817
628.4
661.56
100
1
691
533.1
661.11
50
2
572
443.0
660.71
20
5
422
294.0
659.84
10
10
321
224.5
659.37
表3.3-4山口水库水库调洪演算计算表（单位：
m3/s，m）Δt=0.5h
时段
50年一遇
500年一遇
入库流量
出库流量
水位过程
入库流量
出库流量
水位过程
1~20
0.0
0.0
657
0.0
0.0
657
21
4.5
0
657.02
0.0
0.0
657
22
9
2.3
657.05
0.0
0.0
657
23
13
4.5
657.11
20
0
657.07
24
17
7.2
657.17
40
10.2
657.24
25
36
12.2
657.29
55
19.8
657.47
26
55
20.7
657.49
70
37.1
657.7
27
96
43.7
657.79
118.5
61.7
658.01
28
137
77.4
658.17
167
102.7
658.42
29
355.5
170
658.98
576
263.7
659.64
30
574
361.2
660.24
985
644.1
661.63
30.7
404.6
443
660.71
719.8
763.0
662.28
31
332
427.1
660.6
543
739.3
662.06
32
90
277.3
659.73
101
413.5
660.54
33
63
152.5
658.84
76.5
197.3
659.18
34
36
95.4
658.34
52
119
658.56
35
27
63.1
658.03
26
77.6
658.17
36
18
45.3
657.81
0
47.3
657.83
37
9
31.8
657.64
0
27.2
657.58
38
0
20.6
657.48
0
17.8
657.42
39
0
15.3
657.36
0
13.3
657.31
40
0
11.4
657.27
0
9.9
657.23
41
0
8.5
657.2
0
7.3
657.17
42
0
6.3
657.15
0
5.5
657.13
43
0
4.7
657.11
0
4.1
657.1
44
0
3.5
657.08
0
3
657.07
45
0
2.6
657.06
0
2.2
657.05
46
0
1.9
657.05
0
1.7
657.04
47
0
1.4
657.03
0
1.2
657.03
48
0
1.1
657.03
0
0.9
657.02
3.3.3水库防洪能力分析
本次防洪能力复核在相关规范的要求下，经过流域、河系特征值的量算，水文资料的收集、整理和分析，设计暴雨的计算，暴雨统计参数的计算和确定，设计洪水计算，调洪演算及防洪能力复核等各
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