水库除险加固工程水文及水库特征水位分析资料

水库除险加固工程水文及水库特征水位分析资料第一节流域概况1.1流域自然地理概况京元水库位于广元市元坝区射箭乡京元村五社境内的侍郎坟，坝址地理坐标为东径105°45′，北纬32°20′，工程距元坝城镇68km，距广元城区45km。大坝下游下游居住人口1300多人，保护耕地2600亩，地理位置重要，防洪效益显著，是元坝区境内的一座小（二）型水库。工程流域地处四川盆地北部边缘，为深丘、中山地貌，地势东高西低，高差较大，河道坡度较陡，水流湍急，但流域内植被较好。1.2气象水库流域属亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、四季分明、雨量充沛、日照充足、湿度大，冬季寒冷少雨且多寒潮；春季温和、风高物燥、多干旱；夏季炎热、雨量集中、夏旱突出、春旱连夏旱、或伏旱连秋旱等灾害常有发生；秋季多雨、湿度大，常发生秋绵雨及秋洪。降雨年内分配极不均匀，雨季从5月到10月中旬，降水占年降水量的75%，而12月至次年3月降水量仅占年降水量的10%，降水年际变化较大，最大年降水量1613mm，最小年降水量560.5mm。暴雨多发生在6—8月，一次大暴雨过程多为1—2天，其中80%左右的水量集中在24小时以内，实测24小时内最大暴雨量为420mm。多年平均气温13.1℃，历年极端气温最高值34.2℃，最低-8.8℃，多年平均日照数1220小时，多年平均蒸发量为1285.4mm，无霜期240天，多年平均相对湿度69%，平均风速15m/s，最大风速20m/s。相应风向NNE。1.3径流根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》和《广元县水文手册》查算分析，多年平均年径流深513mm，地下径流深13.8mm，则地表径流深497.2mm。年径流变差系数CV＝0.45，偏差系数采用CS＝2CV。由此算得丰水年（P＝20%）年径流深591.7mm，平水年（P＝20%）年径流深为487.26mm，枯水年（P＝80%）年径流深为417.65mm。故各设计频率年径流量分别为86.39万m3、71.14万m3、60.98万m3，各设计年平均流量分别为0.027m3/s、0.023m3/s、0.019m3/s。第二节基本资料的收集、复核由于水库流域及邻近类似区内无实测水文资料，水库坝址河段又无历史洪水调查资料，在运行期间没有洪水过程出流观测资料，且没有完整的，长系列的暴雨资料，因此不能用频率分析方法及水文比拟法推求设计洪水，其设计洪水只能由设计暴雨并按《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》和《广元县水文手册》中推理公式进行分析计算。设计暴雨按短历时暴雨公式计算：Htp=Spt1-n。京元水库流域内水文资料缺乏，无历史记载，无实测水文数据。根据工程所在的位置及主要特性，河道的基本特征值主要来源于万分之一航测图。京元水库河道特征值表表2-1集雨面积（km2）主河道长度（km）河床比降（‰）0.360.89179.02京元水库水位-面积、水位-容积复核如下表。表2-2水库水位～面积、水位～容积曲线计算水位水面面积平均面积高差分层库容累计库容786.700791296014804.3636463647956980497041988026244799112009090436360626048031464012920451680114284第三节洪水3.1工程等级及洪水标准根据水利部《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）及国家《防洪标准〈GB50201—94〉》之规定，该水库为小（二）型水利枢纽工程，工程等别为五等水利枢纽工程，枢纽工程主要建筑物为5级。相应水库洪水计算标准为:设计洪水标准按20年一遇洪水(p=5%)计算，校核洪水标准按200年一遇洪水(p=0.5%)计算。3.2设计洪水复核计算3.2.1设计洪峰流量计算京元水库属无洪水水文资料地区，只有采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中介绍的推理公式法推算设计洪水，1、推理公式基本关系式：Q=0.0278ψ(S/τn)F上式适用于全面汇流和部分汇流两种情况：当在全面汇流条件下τ≤tcψ=1-（μ/s）τn当在部分汇流条件下τ>tcψ=n(tc/τ)1-ntc=[(1-n)s/μ]1/nτ=τ0ψ-1/4-nτ0=0.02783/4-n/[(mJ1/3/L)4/4-n(SF)1/4-n]式中：Q—设计频率年最大洪峰流量（m3/s）;ψ—洪峰径流系数；τ—流域汇流时间（h）；S—暴雨雨力，即最大1小时暴雨量（mm/h）；n—暴雨公式指数；F—集雨面积（km2）；μ—产流参数,即产流历时内流域平均入渗（mm/h）;m—汇流参数；J—主河道的平均坡降；L—自出口断面沿主河道至分水岭的河流长度（km）；τ0—当ψ=1时的流域汇流时间（h）；tc—产流历时（h）2、各参数确定流域特征参数F、L、J据万分之一航测图量算得：F=0.36km2，L=0.89km，J=179.02‰。产流参数μ采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中盆地丘陵区经验公式计算：采用盆缘山区公式μ=3.6F-0.19计算平均产流参数μ值为4.371。汇流参数m仍采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中盆地山区经验公式计算：当θ为1—30时m=0.318θ0.0204流域特征参数θ=L/（J1/3F1/4），经计算得m=0.3683、暴雨参数S、n根据《手册》结合相关公式计算暴雨衰减指数n和雨力参数S。京元水库暴雨参数成果表表2-3P%H24pSpn2P5262.575.2850.6070.5417.5115.9930.5974、洪峰流量计算由于流域面积较小，先采用n2作试算，则计算成果如下表：京元水库洪峰流量计算成果表表2-4P(%)τOμOμψτQPm′50.6784.3716.210.930.698.850.3670.50.5984.3717.690.950.6114.920.367由上述分析计算可知：流域汇流时间τ价于1-6小时之间，说明采用n2计算合理，验算的汇流参数m′=m，则计算正确。3.2.2洪水总量根据该库各时段设计暴雨，采用《暴雨洪水手册》推荐公式，按单峰洪水进行计算，径流系数α根据《手册》和相应雨量查得。则设计暴雨历时T=12.8F1/4=9.92小时。短历时设计暴雨量按HTP=SPT1-n3计算，设计洪水总量用WP=0.1αHTPF公式计算，成果如下：洪水总量计算成果表表2-5P%Sp(mm)HTP(mm)αWP(万m3)575.285185.50.9076.060.5115.993292.430.9289.773.3泥沙京元水库流域泥沙主要来源于耕作、坡地和人工堆积。本流域内森林植被较好，地质和地势走向平缓，流域内水土流失不很严重，因此给河道带来的泥沙较轻，并主要集中于洪水季节，6—9月沙量占全年90%以上。因此不需进行水库死水位的重新复核。3.4水库洪水调节计算3.4.1起调水位的确定京元水库起调水位定为正常蓄水位801.00m，相应库容8.85万方。2.4.2水位～库容曲线2003年实测绘制水位—库容曲线，本次直接采用2003年绘制的库容特性曲线，数值见表2-6。京元水库水位H～库容V曲线表表2-6水位H（m）786.7791795799803库容V（万m3）00.642.626.2611.433.4.3水位～泄量曲线京元水库溢洪道位于大坝左侧,为开敞式正堰，堰顶高程为801.0m,堰宽4.0m，本次按宽顶堰公式计算下泄流量q,绘制H～q曲线,成果见表2—7。京元水库溢洪道H～q曲线计算表表2-7水位H（m）801.0801.4801.8802.2802.6803.00下泄流量q（m3/s）01.574.448.1312.5517.543.4.4调洪演算按照《水库大坝安全评价导则》（SL258—2000）第4.4.2条及4.4.3条的有关规定，结合本次设计洪水采用坝址洪水、汛期动库容所占比重不大的情况，调洪计算方法为静库容法。本次调洪演算根据四川省水文局1979年编制的《水文手册》相关公式进行，采用四川省水文局编制的小型水库洪水计算程序进行调洪计算，起调水位为溢洪道堰顶高程801.00m,相应水库库容为8.85万m3。调洪演算结果如下表。调洪演算成果表表2-8频率P（%）最大下泄流量（m3/s）溢洪道宽度（m）最大行洪水深h(m)最高库水位（m）库容（万m3）51.204.00.4801.412(801.4)9.520.54.534.00.82801.845(801.82)10.14由上表可知：复核后的最高洪水位为801.845m，大于原设计校核洪水位801.82m，故水库大坝防洪标准满足，复核后的溢洪道下泄最大行洪水深为0.82m，相应溢洪道堰顶宽度为4.0m，而实际溢洪道堰顶宽度为3.0m，小于复核后的溢洪道堰宽度，故溢洪道泄洪标准不够，需进行拓宽溢洪道。从调洪演算分析可知，水库的总库容为10.14万m3，而校核情况水库的洪水总量为9.77万m3，基本等于水库总蓄水量，故水库属年调节水库，根据防洪需要，防洪限制库容设为5.6万m3，即汛期半库运行，相应防洪限制水位为798.27m。3.5坝顶高程复核根据当地气象部门提供的资料：该库地区多年平均最大风速Vf=15m/s，吹程D=0.18km，由此计算出风浪爬高为：设计情况(P=5%),H设爬=0.588m校核情况(P=0.5%),H校爬=0.355m按有关规定安全超高取值为：设计情况(P=5%),H设超=0.5m校核情况(P=0.5%),H校超=0.3m地震壅浪高度：H壅浪=1.0m根据规范，土石坝波浪爬高和风壅高度以上为安全超高，在正常运用条件下为0.50m，在非常运用条件下为0.30m。设计坝顶高程应为：(1)坝顶高程＝设计洪水位＋风浪爬高＋安全超高(2)坝顶高程＝校核洪水位＋风浪爬高＋安全超高(3)坝顶高程＝正常蓄水位＋校核情况风浪爬高＋校核情况安全超高+地震壅浪高