山草坪水库洪水设计.docx

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山草坪水库洪水设计

6防洪标准复核

6.1流域基本情况

山草坪水库位于桂平市中沙镇容北村，珠江流域沙坡河上游，地理位置东经110°14´53"，北纬22°53´21"，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小

（2）型水库工程。

水库所在流域内丘陵地形，山高坡陡，径流大，来水快，水量充足。

水库集雨面积5.335km2。

水库上游有两座小型水库，分别为：

竹脉坑水库，集雨面积1.38km2，及关塘水库，集雨面积为1.26km2。

6.2水文气象特性

流域地处北回归线以南，属亚热带地区，气候温暖湿润，雨量充沛。

据附近大容山水库雨量站资料统计，流域多年多年平均气温19℃，多年平均降雨量1884mm，多年平均风速4.0m/s，多年平均最大风速16m/s。

山草坪水库流域由于集雨面积小，其洪水具有山区流域的特点：

暴涨暴落，洪水历时短。

形成暴雨的天气系统多为锋面与低涡，每年四月开始冷空气南下频繁，造成降雨，六月达到高峰。

6.3基本资料收集整理

6.3.1流域特征参数的复核

水库的流域特征值原设计采用集雨面积F=2.695km2。

本次复核采用万分之一地形图对水库坝址以上流域特征值重新进行量算，结果发现原注册登记中没有考虑上游两座水库的集雨面积。

考虑上游两座小型水库的集雨面积后，山草坪水库集雨面积就为5.335km2。

水库流域内各库及区间流域参数见表6-3-1.

水库名称

F（km2）

L（km）

J（‰）

竹脉坑

1.38

2.13

29.5

关塘

1.26

2.267

25

区间

2.695

3.23

33.2

合计

6.3.2设计洪水依据资料收集与整理

水库建成后1959年12月开始投入运行，至今没有进行水文观测。

无任何水文观测资料。

流域内也无流量观测资料。

只能采用暴雨资料推求水库的设计洪水。

6.3.3水库库容曲线

山草坪水库原水位～库容关系曲线成果见表6-3-1、图6-3-1。

经本次检验，其水位～面积～库容关系曲线成果可靠，予以采用，经对水库库容的变化分析认为，水库所在流域内属丘陵区，库区周围植被良好，岸坡稳定，为少沙河流，库区泥沙淤积程度很小，淤积量不大。

因此本次安全评价水库库容采用原水位～面积～库容成果。

表6-3-1山草坪水库水位～面积～库容关系

6.3.4水库泄流能力曲线

经实地调查并测量，山草坪水库溢洪道堰流形式为明渠，渠底净宽6.5m，堰顶高程为641.23m,消能形式为自由出流形式。

本次安全评价对现状溢洪道水位与泄量关系曲线重新复核，现场鉴定溢洪道泄流能力为明渠式，按明渠计算，公式为

式中：

Q－流量，m3/s；

C－谢才系数，

；

R－水力半径；

n－糙率（取0.035）；

－过水面积；

i－坡降。

本次复核水库水位与泄量关系见表6-3-2。

表6-3-2山草坪水库水位-泄流量关系表

经检查本次计算方法正确、采用参数合理，故采用本次计算成果。

6.4洪水标准

山草坪水库原设计洪水标准为20年一遇洪水设计，200一遇洪水校核。

水库属小

（2）型水库，根据《水利水电工程等级划分及防洪标准（SL252-2000）》的规定，土石坝的洪水标准可按30~20年一遇洪水设计，300~200年一遇洪水校核，鉴于水库大坝为土坝组成，并考虑到水库大坝原设计及目前可达到的洪水标准，认为大坝应按20年一遇（P=5%）洪水设计，200年一遇（P=0.5%）洪水校核，消能防冲洪水标准为10年一遇（P=10%）洪水设计。

6.5设计洪水

6.5.1历次洪水标准复核情况

山草坪水库于1959年12月竣工。

水库原设计按20年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核。

在《小

（二）型水库大坝注册登记表》（2004年3月），见表6-5-1。

表6-5-1　山草坪水库历次设计洪水成果表

时间

2004年3月

（注册）

编制单位

玉林发电总厂

设计标准（%）

5%

0.5%

24h暴雨（mm）

洪峰流量（m3/s）

洪量水总量（m3/s）

最高库水位（m）

643.63

644.38

相应库容（万m3）

43.51

下泄流量（m3/s）

108.8

6.5.2本次设计洪水复核

山草坪水库没有水文观测资料，因此只能采用由暴雨计算设计洪水的方法来计算。

同时山草坪水库内有两个小型水库，它们的集雨面积都比较大，因此必须考虑这两个水库对设计洪水的调蓄作用。

拟采用同频率分块计算的方法：

即分别计算关塘水库及竹脉坑水库及区间的同频率设计洪水，用上游两水库设计洪水的排洪过程与区间洪水迭加，得山草坪水库设计洪水。

6.5.2.1设计暴雨

山草坪水库没有水文观测资料，但与水库距离较近的大容山水库设有雨量观测站，该站资料可靠，拟采用大容山水库雨站资料作为本次设计暴雨的计算依据。

本次复核收集到大容山水库雨量站1955年至2006年的实测年最大24小时暴雨资料，因大容山水库站高程在400米左右，而山草坪水库流域平均高程接近了700米，故考虑雨量采用时增加一个修正系数，一般来说，降雨量随高程增加而增加，这里拟取高程修正系数为1.1，即拿大容山水库站的雨量乘以1.1作为本水库的雨量，具体资料见表6-5-2，适线成果见图6-5-1。

查《广西暴雨径流等值线图》（2001年，广西水文局），年最大大24小时暴雨均值140mm，Cv为0.5，考虑到山草坪水库集雨面积较小，又靠近大容山山顶，其实测成果比《广西暴雨径流等值线图》（2001年，广西水文局）略大些是合理的。

设计洪水的计算方法采用原广西水文总站编制的《广西暴雨径流查算图表》中的有关参数及方法来计算。

各种频率设计雨量见表6-5-3。

1、计算时段雨量

山草坪水库因集雨面积较小，不作点面折减，直接拿点雨量作为设计雨量进行计算。

同时，由于水库面积较小，计算时距长为0.5小时。

暴雨日内分配按下如公式计算：

式中：

，

，

----各时段设计暴雨;

，

----------暴雨指数。

5小时前的雨量按下式计算：

第7至24小时雨量用下式计算：

2、计算24小时内逐时段雨量分配过程。

查工程地点雨型分区图得属6区，按该雨型分配排列各时段雨量即可。

见表6-5-3

表6-5-2山草坪水库年最大24小时暴雨成果表

表6-5-3山草坪水库设计（校核）雨量成果表

3、净雨计算用下式计算径流量：

当a+P<

时

当a+P<

时

R=P+Wo-Wm

式中：

R-----径流量（mm）;

P-----流域平均降水量（mm）;

Wo---降雨开始时流域蓄水量（mm）;

W----流域最大平均蓄水量（mm）;

W′---流域某地点最大蓄水量的极大值=（1+b）Wm;

B------流域蓄水曲线指数;

表6-5-4山草坪水库净雨计算表（0.5%）

查《广西暴雨径流查算图表》得工程产流分区属六区，参数Wm=140,K=0.90,b=1.7，据此可计算得产流量。

根据工程所在地的流域特征及下垫面情况，查有关表得产流期平均入流率为7毫米/小时，稳定入渗率为3毫米/小时，分别可算得瞬时单位线及推理公式所用的净雨量。

200年一遇净雨计算成果见表6-5-4，其余频率的净雨计算方法与前相同，计算过程及成果不在这里赘述。

6.5.2.2设计洪水（区间）

1、瞬时单位线法推求设计洪水

查汇流分区图得工程所在地汇流分区为二

（1）区，瞬时单位线参数计算用如下公式：

m=4.50J0.155F-0.453

n=1.200F0.170J0.180

式中：

n,m-----瞬时单位线参数;

F-------集雨面积，km2;

J-------河流比降,‰。

根据上式计算得n=2.668,k=0.402,查工程所在地的退水指数区为4区，指退水指数为，a1=0.16，a2=0.08,设计洪水（区间）计算成果见表6-5-5。

表6-5-5瞬时单位线法计算设计洪水成果表（区间）

注：

表中流量单位为：

m3/s

2、推理公式法计算设计洪水

查推理公式汇流参数得工程属6区，推理公式参数按下式计算

m=0.072θ0.551

式中：

F------集雨面积，km2

L-----主河流长度,km

J------河流比降,‰。

计算得θ=7.84，m=0.430。

洪峰流量按下列公式计算：

式中：

-------洪峰流量，m3/s

h,,ht------单一洪峰的净雨和相应于t时段

的最大雨量（mm）

t------流域汇流时间（小时）。

其余符号意义参见前面。

根据上述公式采用试算法计算洪峰流量，洪水过程线用采三角形过程线法，地下水的回加也采用三角形过程分配。

计算成果见表6-5-6及图6-5-3。

表6-5-6推理公式法计算设计洪水表（区间）

6.5.2.3竹脉坑水库、关塘水库设计洪水计算及调洪演算

竹脉坑水库、关塘水库设计洪水计算与区间计算方法相同，其设计洪水计算成果及调洪演算成果见表6-5-7、表6-5-8、表6-5-9及表6-5-10.

表6-5-7竹脉坑水库入库出库洪水计算成果表（瞬时单位线法）

表6-5-8竹脉坑水库入库出库洪水计算成果表（推理公式法）

表6-5-9关塘水库入库出库洪水计算成果表（瞬时单位线法）

表6-5-10关塘水库入库出库洪水计算成果表（推理公式法）

把竹脉坑、关塘水库排洪过程及区间设计洪水按同频率、同时段迭加，即可得到山草塘水库各频率设计洪水成果，见表6-5-11及图6-5-1、图6-5-2.

表6-5-11山草坪水库设计洪水成果表

6.5.2.3设计洪水合理性分析

比较瞬时单位线法及推理公式法计算的设计洪水，发现这两种方法的计算成果比较接近，说明成果是合理的。

考虑到推理公式法推求的设计洪水成果对工程安全比较有利，本次复核采用推理公式法计算的设计洪水。

6.6调洪计算

6.6.1核定起调水位

根据本次实测资料，山草坪水库溢洪道堰顶高程641.23m。

由于溢洪道无闸门控制，因此水库正常蓄水位为641.23m，正常蓄水位对应的库容为万29.69m3。

水库资料中，上级主管部门核定的汛期限制水位等于水库正常蓄水位。

因此水库汛期限制水位为641.23m，水库起调水位从641.23m起调。

6.6.2调洪运用方式

山草坪水库溢洪道的堰流型式为明渠式，堰顶净宽6.5m，堰顶高程641.23m，无闸门控制，无法控制水库下泄流量，也无法负起下游防洪的任务。

山草坪水库没有进行洪水预报，所以不考虑水库预泄。

当汛期洪水来临时，水库出库流量由水库各水位对应的溢洪道泄洪能力决定。

6.6.3调洪计算及成果分析

根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）中有关洪水调节计算的规定，调洪计算一般采用静库容法；山草坪水库采用静库容法调洪计算，以0.5小时为调洪计算时段，根据上述计算出的各频率洪水过程线，应用水库的Z~V（表6-3-1）、Z~q（表6-3-2）关系曲线，以溢洪道堰顶高程641.23m为起调水位、采用试算法进行水库洪水调节计算，求得各种频率洪水最高洪水位和相应最大下泄流量。

水库设计洪水调洪演算见表6-6-1。

其余设计频率调洪成果见表6-6-2。

本次调洪成果与《小

（二）型水库大坝注册登记表》（2004年3月）相比，要大一些。

究其原因，一是本次设计洪水成果考虑了竹脉坑及关塘两水库对本水库排洪的影响，使本水库设计洪水较大，其次是本次复核的溢洪道堰顶宽比《小

（二）型水库大坝注册登记表》（2004年3月）成果小3.5米，泄流能力小的缘故。

因此认为本次复核成果合理可靠。

表6-6-1山草坪水库部分频率设计洪水调洪演算表（时段长：

0.5小时）

表6-6-2山草坪水库各频率设计洪水调洪演算成果表

6.7水库抗洪能力复核

6.7.1挡水安全性

（1）坝顶高程复核

山草坪水库为小

（2）型水库，属V等工程，主坝建筑物级别为5级，山草坪水库现有最大坝高为27.87m,根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96），山草坪水库大坝坝顶设计工况安全加高为0.5m，校核工况安全加高为0.3m。

坝顶在水库静水位以上的超高按下面公式确定。

Y=R+A

式中：

y－坝顶超高（m）；

R－风浪沿着坝坡的最大爬高（m）；

A－安全加高（m）。

①波浪爬高R按下公式计算

波浪的平均波高采用鹤地水库公式计算：

式中：

h2%－累积频率为%的波高（m）；

Tm－平均波周期（s）；

W－计算风速，m/s，正常运用条件下，采用多年平均年最大风速的1.5倍；

D－风区长度（m）；

Hm－水域平均水深（m）；

g－重力加速度，取9.81m/s2。

波浪爬高按下式计算：

当m=1.5~5.0时，

当m≤1.25时，Rm=K△KWRohm

式中：

Rm－平均波浪爬高（m）；

m－单坡的坡度系数，若坡角为α，即等于ctgα；

K△－斜坡的糙率渗透性系数；

KW－经验系数；

Ro－无风情况下，光滑不透水护面的爬高值。

当1.25

水库正常蓄水位641.23m，20年一遇设计洪水位为643.78m，200年一遇校核洪水位644.55m。

根据有关气象资料，坝区多年平均年最大风速W=16m/s，主坝等效风区长度250m。

对设计洪水和校核洪水条件下主坝坝顶高程、防浪墙顶高程分别进行复核，复核结果见表6-7－1。

表6-7-1主坝坝顶高程复核成果表

计算结果表明：

主坝现状坝顶高程满足规范要求。

6.7.2泄洪安全性

溢洪道控制段底板衬砌质量差，溢洪道下游原河道已被耕种作物，影响正常行洪。

6.8泄洪影响复核

山草坪水库溢洪道下游水流直接流入原河道，根据本次安全评价收集的资料，山草坪水库地理位置重要，水库一旦失事，将影响下游容北村、六石村、沙坡村群众及中沙镇所在地，影响人口0.6万人。

6.9结论

6.9.1设计洪水

本次洪水复核两种方法推算的洪峰流量、洪量成果相近，认为本次是安全的。

经与邻近流域部分水库工程的设计洪水成果进行比较，本次安全鉴定各频率洪峰流量与洪峰模数的变化基本符合流域变化规律。

6.9.2防洪标准

山草坪水库原设计按20年一遇洪水设计、30年一遇洪水校核；1998年水库除险加固复核仍按20年一遇洪水设计、300年一遇洪水校核。

山草坪水库属小

（2）型水库，根据《水利水电工程等级划分及防洪标准（SL252-2000）》的规定，土石坝的洪水标准可按30~20年一遇洪水设计，300~200年一遇洪水校核，鉴于水库大坝为土坝组成，并考虑到水库大坝原设计及目前可达到的洪水标准，认为大坝仍按20年一遇（P=5%）洪水设计，200年一遇（P=0.5%）洪水校核，消能防冲洪水标准为10年一遇（P=10%）洪水设计。

6.9.3洪水调节计算

山草坪水库溢洪道堰顶高程641.23m，无闸门控制，水库正常蓄水位641.23m，汛期限制水位641.23m。

水库起调水位从641.23m起调。

两种计算方法的洪峰流量和调洪演算后最高库水位成果相差不大，推理公式法的成果略高，从工程偏安全的角度考虑，最后采用暴雨推理公式法的计算成果。

调洪计算成果：

水库设计洪水位和校核洪水位分别为643.78m和644.55m，最大下泄流量分别为75.1m3/s和113.8m3/s，水库总库容为43.9万m3。

6.9.4　水库抗洪能力

（1）挡水安全性

计算复核表明主坝现状坝顶高程满足规范要求。

（2）泄洪安全性

溢洪道底板衬砌质量差，泄洪存在安全隐患。

6.9.5防洪复核评价结论

综上所述，根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）的有关规定，山草坪水库大坝防洪安全性评价为B。

1.4.3防洪标准复核

1.4.3.1基本资料复核

本次复核采用万分之一地形图对山草坪水库的集雨面积、河流长度、河床比降等流域参数进行了复核。

经复核库容曲线合理可靠，仍予采用。

泄流形式原为明渠，经本次复核，实际形式为明渠，经测量溢洪道底宽与注册登记表的不同，其出流能力曲线与原注册的有差别。

1.4.3.1防洪标准

山草坪水库属小

（2）型水库，根据《水利水电工程等级划分及防洪标准（SL252-2000）》的规定，土石坝的洪水标准可按30~20年一遇洪水设计，300~200年一遇洪水校核，鉴于水库大坝为土坝组成，并考虑到水库大坝原设计及目前可达到的洪水标准，认为大坝仍按20年一遇（P=5%）洪水设计，200年一遇（P=0.5%）洪水校核，消能防冲洪水标准为10年一遇（P=10%）洪水设计。

1.4.3.2设计暴雨

由于山草坪水库没有实测资料，本次复核采用大容山水库实测雨量资料及广西水文局2001年的《广西暴雨径流等值线图》的成果作为设计暴雨成果。

24小时设计、校核雨量分别为：

335.2mm和533.3mm。

1.4.3.3设计洪水

采用原广西水文总站1984年刊布的《广西暴雨径流查算图表》的参数及计算方法，分别用瞬时单位线法及推理公式法计算设计洪水。

最后采用推理公式法的计算成果，设计洪峰流量为85.4m3/s,相应的洪水总量为5.713.0万m3。

校核洪峰流量为130.0m3/s,相应的洪水总量为26.453.8万m3。

1.4.3.4洪水调节计算

起调水位采用正常水位计算，采用试算法进行调洪演算，结果为：

设计洪水位643.78m，相应库容为万39.6m3。

校核洪水位644.55m，相应库容为43.9万m3。

1.4.3.5水库抗洪能复核

山草坪水库为小

（2）型水库，属V等工程，主坝建筑物级别为5级,根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96），山草坪水库大坝坝顶设计工况安全加高为0.5m，校核工况安全加高为0.3m。

经计算得设计坝高：

644.867m，校核坝高：

645.173m,现状坝高m。

1.4.3.6防洪复核评价结论

1、计算复核表明：

主坝现状坝顶高程满足规范要求。

2、水库泄洪道底板衬砌质量较差，有破损，泄洪存在一定的安全隐患。

综上所述，根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）的有关规定，山草坪水库大坝防洪安全性评价为B。