角洞水库初步设计报告水文水利专题.docx

1、角洞水库初步设计报告水文水利专题角洞水库初步设计水文水利计算书1工程概况角洞水库位于惠州市惠城区汝湖镇，离惠州市区仅12km。该水库于1956年建成，是一座以灌溉为主，兼顾下游防洪、供水、渔业用水等的综合利用水库。库区总控制集雨面积37.8km，坝址以上干流河长13.6km，河床比降5.02。角洞水库溢洪道下泄洪水流经小金镇（东渠）和汤泉水一起汇入小金河主河道，最后经九孔闸排入东江。小金河水上游建有象头山七级电站，共有七座小型水库。库区工程主要由主坝、副坝、输水系统、溢洪道等组成，其中主坝长406m，坝顶宽5m，坝顶高程30.0m，最大坝高19.5m。副坝长143m，坝顶宽4m，最大坝高10m

2、。放水涵底进口高程15.05m，相应库容45.0万m。溢洪道原为开敞式明渠，现规划为闸门控制，3孔，净宽12m，溢流堰为宽顶堰，堰顶高程25.0m。水库正常水位25.0m，相应库容1860万m，属中型水库。此次角洞水库初步设计水文水利计算，是根据广东省水利厅关于报送惠州市角洞水库安全加固工程可行性研究报告初审意见的函的审批意见，在可行性研究水文水利计算的基础上加以修改补充。2采用基面此次计算统一采用珠江基面。3参考资料广东省水文图集（1991年版，简称图集）；角洞水库设计洪水复核及防洪安全校核报告（1999年）；广东省一年三熟灌溉定额（1999年）；广东省暴雨径流查算图表（1991年版，简称图

3、表）；广东省水资源；水利工程水利计算规范SL104-95。4. 水文基本资料根据调查，角洞水库自1959年至今有雨量、库水位观测资料。雨量资料复核与邻近相距约10km的惠州水文站（原惠阳站）长系列雨量资料（19502000年）进行对比分析。两站年雨量资料见下表4-1，经频率计算，惠州水文站：Qa=1665.0mm，Cv=0.21，R=2；角洞水库站：Qa=1673.0mm，Cv=0.21，R=2，结果较为接近（详见电算附表）。考虑到惠州水文站属省级重点水文站，实测资料较长，整编方法合理，数据可靠，而角洞水库站雨量资料系列较短，由于仍采用人工观测，观测精度还不高，且缺乏短历时雨量记录，无法进行时

4、段点、面暴雨量计算。因此，本阶段设计年径流的计算仍采用惠州水文站雨量推求的方法，水库暴雨有关参数根据广东省水文图集查算。水位资料复核经复核发现，水库只有日平均统计资料，高水位有缺测和漏测、测次不足现象，且观测精度、资料整编还存在问题，此次计算不予采用。表4-1 角洞水库站、惠州水文站年雨量表年份角洞水库站惠州站年份角洞水库站惠州站(mm)(mm)(mm)(mm)19502179.7197617001861.419512296.3197714851352.019521763.6197815351813.119531762.6197916871780.619541572.6198012981564

5、.719551460.7198114991836.919561169.0198214621473.819571975.0198324472290.619581381.4198415971587.7195923291938.7198519721711.4196019741951.7198618411609.6196121132017.4198718701614.7196213761437.4198819151552.51963945696.6198918111452.8196415971994.8199013821348.9196517141788.8199112691153.419661788

6、1750.5199220031517.9196712161166.1199319601755.6196814561545.8199415091535.2196913341372.0199512961359.1197014901483.0199615051487.1197114001522.0199717391934.5197216671694.0199817101854.9197322462289.7199914361517.6197414301462.7200020972134.3197521602140.55径流调节计算51基本资料库区集雨面积37.8km，设计灌溉面积A=1.5万亩，灌溉

7、保证率为P1=90%；设计水平年供水规模27000t/d，供水保证率定为P2=95%。库区附近土壤以壤土为主，根据广东省一年三熟灌溉定额，查得该地区毛灌溉定额为MP=90%=1075.7m/亩，其中渠道水利用系数取为0.7。水库特性曲线(见表5-1-1及水文附图1、2)表5-1-1 水位面积库容关系表水位(m)14.515.516.517.518.519.520.521.522.523.524.525.526.527.5面积(万m)32.3853.2377.8106.61150.33176.05197.98221.05255.65285.10311.88351.83373.28399.32库容

8、(万m)60.0125.0214.0330.0489.0680.0890.01130.01395.01695.02030.02395.02760.0根据图集查得该水库有关水文参数如下：A多年平均降雨量H=1700mm；B多年平均径流深h=1000mm，相应变差系数Cv=0.37；C多年平均水面蒸发深度h水面=1320mm。52 计算方法水库灌溉和供水具有不同的保证率，应用库容选大值法。依据不同保证率的灌溉和供水水量，先按低保证率（P=90%）的来水过程求出满足灌溉和供水要求的库容，再按高保证率（P=95%）的来水过程，求出满足供水和折减后的灌溉用水要求(按灌溉需水量的0.9倍)所需的调节库容，

9、取两者中的大值。53 径流调节类型的确定多年平均径流量W平W平=h*F=1000*10-3*37.8*106=3780.0(万m)设计年径流量Wp根据皮尔逊型曲线模比系数Kp值表：Cs=2Cv，Cv=0.37P=90%时,Kp=0.566,Wp1=W平*Kp=2139.48(万m3)；P=95%时,Kp=0.480,Wp2=W平*Kp=1814.4(万m3)。综合用水量P=90%，W灌1=A*Mp=1.5*1075.7=1613.55(万m)，W供1=2.7*30.4*12=984.96(万m), 则：W综1=1613.55+984.96=2598.51(万m)；P=95%，W灌2=A*Mp*

10、0.9=1452.2(万m)，W供2=2.7*30.4*12=984.96(万m), 则：W综2=1452.2+984.96=2437.16(万m)。因 Wp1W综1W平,Wp2W综2W平故：水库径流调节需采用多年调节。54 兴利计算541 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1967.51968.4、1969.51970.4、1985.51986.4、1990.51991.4四个水文年进行分析比较，而1969.51970.4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=1

11、156.8mm。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567891011121234全年典型年降雨量(mm)281.4184.2306.9183.354.48.60.32.720.09.05.0101.01156.8典型年降雨分配比(%)24.3315.9226.5315.854.700.740.030.231.730.780.438.73100.00地下径流(%)1.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.001.0012.

12、00地面径流(%)21.4114.0123.3513.944.140.650.020.211.520.680.387.6888.00设计年径流年内分配(%)22.4115.0124.3514.945.141.651.021.212.521.681.388.68100.00542 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567891011121234全年P=90%灌溉用水分配比例(%)26.304.505.607.4012.6011.700.006.900.002.606.9015.50

13、100.00P=90%灌溉用水量分配(万m)424.3672.6190.36119.40203.31188.790111.33041.95111.33250.101613.55P=95%供水量分配(万m)82.0882.0882.0882.0882.0882.0882.0882.0882.0882.0882.0882.08984.96543 水库水损计算水库的水量损失主要考虑蒸发和渗漏损失。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H：H=H水面-(H-h)=13200.91-(1700-1000)=501.2mm式中：h水面多年平均水面蒸发深度(mm)；水面蒸发器折算系数，取

14、0.91(E601型蒸发器)；H多年平均降雨量(mm)；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567891011121234全年蒸发各月分配比(%)8.958.5610.579.949.6810.248.647.206.645.536.647.41100.00蒸发损失量(mm)44.8642.9052.9849.8248.5251.3243.3036.0933.2827.7233.2837.14501.20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

15、计)。544 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（104m），而W用为2585.91(104m)，W平为3780.0(104m)，则调节系数计算为0.684，由P=95%，Cv为0.3

16、7及为0.68，查普列什柯夫线解图得：库容系数为0.22。则多年库容：V多=W平=0.223780.0=831.6(万m)求得兴利库容VnV年V多=968.56+831.6=1800.16(万m)水库现有正常库容1860.0万m，死库容45.0万m，即现有兴利库容1815.0万m，大于计算兴利库容1800.16万m，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2.4m/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kwh。因装机不大，指标不优，故不采用于输水涵管出

17、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57月份，台风雨多发生于710月份。61 洪水标准611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SL 2522000规定，角洞水库属中型水库，工程等别为等，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。612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

18、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%）。62 计算方法621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

19、。6211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ttF关系图，内陆区产流参数，广东省综合单位线滞时m1Q关系线中的大陆高区关系线（即A线），广东省综合单位线号无因次单位线uixi，大陆地区推理公式（1988年修订）汇流参数mQ关系线。6212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 =79.53。6213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）

20、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）162472备注降雨H（mm）55100150210变差系数Cv0.40.450.50.5点面换算系数0.9330.9640.9810.986KpP=10%1.5351.5991.6611.661P=3.33%1.9122.052.182.18P=2%2.082.252.422.42P=0.1%3.043.403.793.796214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t，具体数据见表6-2-1。6215皮尔逊型曲线Kp值 由图表附表2查得Kp值，见表6-2-1。6216汇流参数本水

21、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。6217 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(m/s)综合单位线275.73357.53394.54611.7推理公式-288.0328.0567.0成果比较(%)-19

22、.4516.877.3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。622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。6221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ttF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，扣除上游三个小型水库集雨面积10.33km2后为70.2km2（其余小型水库按无

23、调节能力计），河长20.965km，河床坡降2.66%，集雨区域特征参数=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=32.23。6222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。6223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。6224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型水

24、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）。623小金河和东渠安全流量小金河干流（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）。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

25、东渠过水能力较小，根据10年一遇洪峰流量27.0 m3/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0.020.3m，据此推算得东渠现状的安全流量约为20 m3/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

26、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01020304050607080910111213水位（m）14.4514.5014.5514.5514.6714.7014.7714.7714.8214.8915.5215.5815.67距离（m）037679722974164464767341047107212721470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71 基本资料输水涵管现状：方涵，位于主坝右坝端，输水涵过水断面尺寸1.71.7m(宽高)，涵底进口高程14.9m，其最大限泄流量5.0m/s；规划：改为圆管，直径1.4

27、m，涵底进口高程为15.05m。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1.5m2.5m(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。72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