故:
水库径流调节需采用多年调节。
5.4兴利计算
5.4.1设计年径流年内分配
由于库区没有年径流观测资料,故设计年径流年内分配由降雨资料推求。
以惠阳站为参考站,并根据其降雨年内分配资料选取1967.5~1968.4、1969.5~1970.4、1985.5~1986.4、1990.5~1991.4四个水文年进行分析比较,而1969.5~1970.4水文年的枯季时期长,雨量枯,年内分配偏于不利,故选作典型分配,年降雨量H年=1156.8mm。
径流总量由地下径流量和地面径流量组成,地下径流量按径流总量的12%计,并按月平均,地面径流量按典型年降雨分配,详见5-4-1。
表5-4-1设计年径流年内分配计算表
月份
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
全年
典型年降雨量(mm)
281.4
184.2
306.9
183.3
54.4
8.6
0.3
2.7
20.0
9.0
5.0
101.0
1156.8
典型年降雨分配比(%)
24.33
15.92
26.53
15.85
4.70
0.74
0.03
0.23
1.73
0.78
0.43
8.73
100.00
地下径流
(%)
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
12.00
地面径流
(%)
21.41
14.01
23.35
13.94
4.14
0.65
0.02
0.21
1.52
0.68
0.38
7.68
88.00
设计年径流年内分配(%)
22.41
15.01
24.35
14.94
5.14
1.65
1.02
1.21
2.52
1.68
1.38
8.68
100.00
5.4.2用水量、用水分配
灌溉用水分配比采用《广东省一年三熟灌溉定额》枯水典型年的用水分配,而供水分配按各月平均计,见表5-4-2。
表5-4-2用水分配计算表
月份
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
全年
P=90%灌溉用水分配比例(%)
26.30
4.50
5.60
7.40
12.60
11.70
0.00
6.90
0.00
2.60
6.90
15.50
100.00
P=90%灌溉用水量分配(万m³)
424.36
72.61
90.36
119.40
203.31
188.79
0
111.33
0
41.95
111.33
250.10
1613.55
P=95%供水量分配(万m³)
82.08
82.08
82.08
82.08
82.08
82.08
82.08
82.08
82.08
82.08
82.08
82.08
984.96
5.4.3水库水损计算
水库的水量损失主要考虑蒸发和渗漏损失。
⑴蒸发损失
蒸发损失采用多年平均蒸发损失。
水库额外水量蒸发深度ΔH:
ΔH=H水面×η-(H-h)=1320×0.91-(1700-1000)=501.2mm
式中:
h水面――多年平均水面蒸发深度(mm);
η――水面蒸发器折算系数,取0.91(E601型蒸发器);
H――多年平均降雨量(mm);
h――多年平均径流深(mm)。
蒸发损失逐月分配比由《广东省水资源》查得,并计算逐月分配,见表5-4-3。
表5-4-3蒸发损失分配计算表
月份
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
全年
蒸发各月分配比(%)
8.95
8.56
10.57
9.94
9.68
10.24
8.64
7.20
6.64
5.53
6.64
7.41
100.00
蒸发损失量
(mm)
44.86
42.90
52.98
49.82
48.52
51.32
43.30
36.09
33.28
27.72
33.28
37.14
501.20
⑵渗漏损失
由于库区无渗漏试验资料,该库地质条件中等,损失采用经验值,取水库平均蓄水量的1.3%(按月计)。
5.4.4计算成果
角洞水库是一座以灌溉、供水为主的多年调节水库,兴利计算采用数理统计法,兴利库容Vn等于年库容V年和多年库容V多之和。
其中,年库容V年采用来水量等于用水量进行完全年调节求得,多年库容V多则由普列什柯夫线解图查算而得。
由于灌溉、供水具有不同的保证率,根据库容选大值法的计算原理,分别以不同保证率的来用水过程计算水库的兴利库容,取两者中的大值,计算结果为95%保证率计算得兴利库容较大,为采用值,详见表5-4-4。
由此表求得年库容V年为968.56(104m³),而W用为2585.91(104m³),W平为3780.0(104m³),则调节系数а计算为0.684,由P=95%,Cv为0.37及а为0.68,查普列什柯夫线解图得:
库容系数β为0.22。
则多年库容:
V多=βW平=0.22×3780.0=831.6(万m³)
求得兴利库容Vn=V年+V多=968.56+831.6=1800.16(万m³)
水库现有正常库容1860.0万m³,死库容45.0万m³,即现有兴利库容1815.0万m³,大于计算兴利库容1800.16万m³,而且相差不大,故水库按现有正常库容不变,相应正常水位25.0m。
另外,本工程输水灌溉面积1.5万亩,所要求最大输水流量2.4m³/s即可。
经计算,利用输水涵管输水发电最大装机90.0kw,年利用小时数为2500h,年发电量22.34万kw·h。
因装机不大,指标不优,故不采用于输水涵管出口修建电站、利用电站尾水灌溉的方案。
6.洪水计算
洪水主要由暴雨产生。
主要雨型分锋面雨和台风雨两种,锋面雨多发生于5~7月份,台风雨多发生于7~10月份。
6.1洪水标准
6.1.1角洞水库
根据《防洪标准GB50201-94》和《水利水电工程等级划分及洪水标准SL252—2000》规定,角洞水库属中型水库,工程等别为Ⅲ等,正常运用洪水标准为50年一遇(P=2%),非常运用洪水标准为1000年一遇(P=0.1%),主要建筑物属3级,消能防冲设计洪水标准为30年一遇(P=3.33%)。
临时性水工建筑物属5级,施工洪水标准定为5年一遇。
6.1.2小金镇和小金河
角洞水库除本身的防洪安全外,还担负下游2.7km小金镇和3.7km小金河干流两岸堤防的防洪任务。
小金镇属一般城镇,人口4万多,国内生产总值11.82亿元(2000年统计)。
小金河堤防保护农田1万多亩,根据《防洪标准GB50201-94》和《堤防工程设计规范GB50286-98》规定,工程等别为5级,防洪标准定为10年一遇(P=10%)。
6.2计算方法
6.2.1角洞水库入库洪水
本工程为中型水库,由于未设站观测,洪水资料缺乏,故根据《广东省暴雨径流查算图表使用手册》规定,须同时采用“广东省综合单位线方法”和“推理公式法(1988年修订)”两种方法计算,并结合工程集雨区域下垫面条件,合理选取参数。
协调两种方法算得的洪峰流量值相差不超过20%后,原则上采用广东省综合单位线方法的计算成果。
6.2.1.1基本资料
参数选择:
本水库集雨区域位于《图表》分区的东江中下游分区,应采用东江中下游设计雨型(代号4),暴雨低区的αt~t~F关系图,内陆区产流参数,广东省综合单位线滞时m1~Q关系线中的大陆高区关系线(即A线),广东省综合单位线Ⅱ号无因次单位线ui~xi,大陆地区推理公式(1988年修订)汇流参数m~Q关系线。
6.2.1.2地理参数
根据1:
50000航测地形图量算复核,各项地理参数:
集雨面积F=37.8km2,干流河长L=13.6km,干流坡降J=0.005,集雨区域特征参数θ=79.53。
6.2.1.3暴雨参数
由于库区降雨资料短缺,又无流量观测资料,故本次洪水计算采用1991年版《广东省水文图集》降雨(Ht、Cv)等值线图资料,具体数据见表6-2-1。
表6-2-1统计参数表
时段t(h)
1
6
24
72
备注
降雨H(mm)
55
100
150
210
变差系数Cv
0.4
0.45
0.5
0.5
点面换算系数α
0.933
0.964
0.981
0.986
Kp
P=10%
1.535
1.599
1.661
1.661
P=3.33%
1.912
2.05
2.18
2.18
P=2%
2.08
2.25
2.42
2.42
P=0.1%
3.04
3.40
3.79
3.79
6.2.1.4点面换算系数
根据各区域集雨面积,查《图表》图2-1,得各历时的暴雨点面换算系数аt,具体数据见表6-2-1。
6.2.1.5皮尔逊Ⅲ型曲线Kp值
由《图表》附表2查得Kp值,见表6-2-1。
6.2.1.6汇流参数
本水库集雨区域内大部分属高丘陵,局部为低山和低丘,土壤以壤土为主,透水性中等,植被中等,以针叶林为主的灌木草坡。
综合单位线滞时m1查得2.62,推理公式汇流参数m查得0.86。
6.2.1.7洪水计算成果
根据流域所取各参数,利用“广东省综合单位线”和“广东省推理公式(1988年修订)”两种方法计算得结果见表6-2-2,详细计算见电算附表。
表6-2-2洪水计算成果表单位:
(m3/s)
频率
10年一遇
下游防护洪水
30年一遇
消能防冲洪水
50年一遇
设计洪水
1000年一遇
校核洪水
洪峰流量
(m³/s)
综合单位线
275.73
357.53
394.54
611.7
推理公式
---------
288.0
328.0
567.0
成果比较(Δ%)
---------
19.45
16.87
7.3
由表6-2-2可知,综合单位线与推理公式算得的洪峰流量值不超过20%,故洪水计算采用综合单位线的计算成果。
6.2.2小金镇渠道和小金河洪峰流量计算
洪峰流量计算,根据《广东省暴雨径流查算图表使用手册》采用推理公式法进行。
6.2.2.1基本资料
参数选择:
本河集雨区域位于《图表》分区的东江中下游分区,采用东江中下游设计雨型,暴雨低区αt~t~F关系图,内陆区产流参数,大陆地区推理公式(1988年修订)汇流参数m~Q关系线。
地理参数:
根据1:
10000航测地形图量算得小金河干流(分水岭至东渠汇合口),总集雨面积80.53km2,扣除上游三个小⑴型水库集雨面积10.33km2后为70.2km2(其余小⑵型水库按无调节能力计),河长20.965km,河床坡降2.66%,集雨区域特征参数θ=70.23。
小金镇渠道(又称东渠)集雨面积4.14km2,河长5.116km,河床坡降0.004,集雨区域特征参数θ=32.23。
6.2.2.2暴雨参数
暴雨参数计算采用1991年版《广东省水文图集》降雨(Ht、Cv)等值线图资料,具体数据见表6-2-1。
6.2.2.3汇流参数
本河集雨区域的大部分属高丘陵,局部为低山和低丘,土壤以壤土为主,透水性中等,植被中等,以针叶林为主的灌木草坡,推理公式汇流参数m小金河查得为0.8,东渠为0.74。
6.2.2.4洪峰流量计算
应用推理公式计算得小金河干流10年一遇洪峰流量459m3/s,加上错开叠加三个小⑴型水库总下泄流量12.1m3/s,合计为471.1m3/s,相应水位14.45m。
其中,三个小⑴型水库的洪峰流量采用“广东省洪峰流量经验公式”进行计算。
计算得东渠10年一遇洪峰流量27.0m3/s,相应渠出口水位为14.45m(详见电算附表)。
6.2.3小金河和东渠安全流量
⑴小金河干流(东渠汇合口处)堤顶高程16.21m,减去1.2m的安全超高,则安全水位为15.0m,以此水位在水位~流量关系曲线上(31#断面)查得安全流量为645m3/s,(该断面水位~流量关系曲线见附图5)。
⑵东渠长约1.6km,中下游段右岸未筑渠堤,高水时部分民房受淹,中游段有广汕公路桥涵穿过渠道,由于涵孔过水面积太小影响过流,所以现状的东渠过水能力较小,根据10年一遇洪峰流量27.0m3/s,和东渠出口处10年一遇水位14.45m推算水面线的成果(详见下表6-2-3),下游右岸部分民房受淹,中上游段广汕公路和金源花园住宅区均受淹。
其中广汕公路路面水深0.12m,金源花园地面水深0.02~0.3m,据此推算得东渠现状的安全流量约为20m3/s,因此,东渠急须规划整治。
该段渠道整治规划已列入《惠州市江河流域综合规划报告书》(2000.6.18),但具体整治措施还未出台。
为充分发挥水库对下游的防洪作用,减小小金河汛期防洪压力,拟采用10年一遇洪水水库不泄流的调洪原则,即可行性阶段拟定的调洪原则不变。
经复核,溢洪道水位~泄流量关系曲线正确。
同时,建议主管部门据此进行小金镇防洪整治规划。
表6-2-3东渠水面线成果表
断面
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
水位(m)
14.45
14.50
14.55
14.55
14.67
14.70
14.77
14.77
14.82
14.89
15.52
15.58
15.67
距离(m)
0
37
67
97
2297
416
446
476
734
1047
1072
1272
1470
地点
出口
两岸为商业街、居民住宅区
公路桥涵
金源花园住宅区
7.调洪演算
7.1基本资料
⑴输水涵管
现状:
方涵,位于主坝右坝端,输水涵过水断面尺寸1.7×1.7m(宽×高),涵底进口高程14.9m,其最大限泄流量5.0m³/s;
规划:
改为圆管,直径1.4m,涵底进口高程为15.05m。
⑵溢洪道
现状:
为开敞跌坎式溢洪道,从水库主库区到溢洪道跌坎长555.0m,跌坎下游修建消力池一个,实测池长10m,池深1.0m。
为提高水库的抗洪能力,降低防限水位,1989年底从溢洪道跌坎处断面往上游,由底部挖深2.5m形成一条梯形断面的抢排沟,底宽3m,边坡1:
0.5,长110m,设置一座闸门,分为两孔,单孔过水断面1.5m×2.5m(宽×高),使得跌坎上游110m范围内的过水断面是梯形复式断面。
规划:
在距原跌坎110m处设立闸门,新闸址距主库区还有445m。
7.2调洪方式
根据小金河干流和东渠安全流量计算成果可知,小金河干流安全流量大于10年一遇洪峰流量,通过10年一遇流量尚有余地;东渠安全流量小于10年一遇洪峰流量,当东渠发生10年一遇洪水时,就是角洞水库不放水,本区间产生的27.0m3/s洪峰流量也超过了渠道的安全流量20m3/s。
因此,东渠必须加以扩宽并在中下游右岸修筑渠堤进行整治。
为了充分发挥水库对下游防洪的作用,减少洪水灾害,采用10年一遇洪水水库不泄流的调洪方