南海水库2 水文.docx

1、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17.5C，极端最高气温39.9C，极端最低气温2.9C；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

2、C、极端最高为67.7C、极端最低为6.0C；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0.72.1m/s之间，最大风速为11.0m/s（NNE），多年平均年最大风速16.3 m/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

3、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（P5%）洪水设计、200年一遇（P0.5%）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)485.2485.4486.4487.4488.4489.4490.4491.4492.4库容(万m3

4、)00.0080.0120.0430.05050.06650.205250.8031.70175水位(m)493.4494.4495.4496.4497.4498.4499.4500.4501.4库容(万m3)2.7313.991255.455757.06358.9332511.1172513.5497516.2692519.337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”

5、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)CVCS/CVHP（mm）KpP10%P5%P0.5%P10%P5%P0.5%1/619.20.33.526.8830.1439.5521.41.572.061500.373.57585.51191.51.712.386800.53.5132.8159.2244.81.661.993.06241010.563.5174.73214.12342.391.732.123.392、

6、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：Qmp0.278SF/nf (F，L，J，S，n，m)1n /S式中： Qmp设计洪峰流量（m3/s）；洪峰径流系数；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；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；产流参数和汇流参数m。流域特征参数用原量算数据。

7、产流参数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/Cv3.5；根据流域参数算得2.213；汇流参数根据m0.400.204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（）m大坝水库坝址0.10150.35180.28172.2130.4704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）P10%P5%P0.5%手册暴雨等值线2.362.743.953、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

8、量：设计洪水总量Wp按以下公式推求：Wp0.1H TpF（万m3）式中：Wp设计洪水总量(万m3)；暴雨径流系数；HTp历时为T的设计暴雨；T按单峰洪水T12.8F1/4计算；上式中查手册确定，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）100.88151.1350.51.8842）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Q00.245F0.7950.04m3/s。设计洪水

9、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P0.5%洪水过程线P5%洪水过程线P10%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

10、 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

11、 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：Qm0B(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

12、 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

13、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HQ曲线图，再根据泄水流量，调洪库容之间的关系绘制qv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

14、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WpQp1497.082 496.800 0.282 0.887 8.305 0.531 0.938 0.88 2.362497.083496.800 0.283 0.891 8.307 0.533 0.933 3497.084 496.800 0.284 0.896 8.308 0.535 0.927 4497.085496.800 0.285 0.901 8.310 0.537 0.922 5497.086 496.800 0.286 0.905 8.312 0.539 0.917 6497.

15、087496.800 0.287 0.910 8.314 0.541 0.912 7497.088 496.800 0.288 0.915 8.316 0.543 0.907 8497.089496.800 0.289 0.920 8.318 0.544 0.902 9497.09496.800 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WpQp1497.140 496.800 0.340 1.174 8.417 0.643 1.187 1.1352.742497.141 496.800 0.3

16、41 1.179 8.419 0.645 1.183 3497.142 496.800 0.342 1.184 8.421 0.647 1.178 4497.143 496.800 0.343 1.189 8.423 0.649 1.173 5497.144 496.800 0.344 1.194 8.425 0.651 1.168 6497.145 496.800 0.345 1.200 8.427 0.653 1.164 7497.146 496.800 0.346 1.205 8.429 0.655 1.159 8497.147 496.800 0.347 1.210 8.431 0.6

17、57 1.154 9497.148 496.800 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WpQp1497.280 496.800 0.480 1.969 8.692 0.919 2.024 1.88 3.952497.281496.800 0.481 1.975 8.694 0.921 2.020 3497.282 496.800 0.482 1.981 8.696 0.923 2.016 4497.283496.800 0.483 1.987 8.698 0.925 2.012 5497

18、.284 496.800 0.484 1.993 8.700 0.927 2.007 6497.285496.800 0.485 2.000 8.702 0.929 2.003 7497.286 496.800 0.486 2.006 8.704 0.931 1.999 8497.287496.800 0.487 2.012 8.706 0.933 1.995 9497.288 496.800 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）100.91

19、28.3140.541497.087499.251.1788.4210.647497.1420.52.0038.7020.929497.285表2-9表明，水库的消能防冲洪水位（P10%）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（P5%）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（P0.5%）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（S

20、L274-2001）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K0.85；（2）m迎水坡比，取m2.75；（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

21、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A0.5m，非常运用条件下取A0.3m。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m1.55.0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.1.122得；K单坡的糙率渗透性系数，根据水库的护面查表A.1.121得； m斜坡坡率；hm 平均

22、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/hm2.23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/Rm1.84。经计算正常条件下：Rp0.949m在非常条件下：Rp0.527m.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

23、阻系数，取K3.610-6；W水面上10m处的风速；D风区长度，取D300m；g重力加速度，取g9.8m/s2；Hm水域的平均水深；风向与水域中线的夹角，取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）mKKvRp/Rm524.430011.9422.750.851.1071.840.516.312.0851.018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）5497.1420.9490.0030.51.452498.594499.020.5497

24、.2850.5270.0010.30.828498.113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（45月）、汛后过渡期（10月）、主汛期（69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-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45月0.053汛后10月0.024