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表2-2凉风水库暴雨计算成果表
历时(h)
H(mm)
CV
CS/CV
HP(mm)
Kp
P=10%
P=5%
P=0.5%
1/6
18.5
0.3
3.5
25.9
29.05
38.11
1.4
1.57
2.06
1
55
0.35
80.85
91.85
125.95
1.47
1.67
2.29
6
80
0.5
132.8
159.2
244.8
1.66
1.99
3.06
24
105
0.57
178.5
224.7
362.25
1.7
2.14
3.45
2、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:
Qmp=0.278ΨSF/τn=f(F,L,J,S,n,μ,m)
Ψ=1-μτn/S
式中:
Qmp——设计洪峰流量(m3/s);
Ψ——洪峰径流系数;
τ——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;
μ——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μ和汇流参数m。
流域特征参数用原量算数据。
产流参数μ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/Cv=3.5;
根据流域参数算得θ=6.138;
汇流参数根据m=0.40θ0.204计算。
各参数计算成果见表2-3。
表2-3凉风水库设计流域特征值参数表
断面
F(km2)
L(km)
J(‰)
θ
m
大坝水库坝址
0.893
1.695
22.92
6.138
0.5792
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凉风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)
《手册》暴雨等值线
13.36
16.04
24.62
3、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量:
设计洪水总量Wp按以下公式推求:
Wp=0.1αHTpF(万m3)
Wp——设计洪水总量(万m3);
α——暴雨径流系数;
HTp——历时为T的设计暴雨;
T按单峰洪水T=12.8F1/4计算;
上式中α查《手册》确定,设计洪水总量计算成果见表2-5。
表2-5凉风水库设计洪水总量计算成果表
P(%)
Wp(万m3)
10
9.075
5
11.589
19.881
2)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Q0=0.245F0.795=0.224m3/s。
设计洪水过程线见表2-6,图2-2。
表2-6凉风水库设计洪水过程线表
P=0.5%洪水过程线
P=5%洪水过程线
P=10%洪水过程线
T(h)
Q(m3/s)
0.00
0.22
1.45
0.20
1.03
0.19
0.89
0.29
2.69
0.26
1.83
0.25
1.56
0.40
5.15
0.36
3.43
0.34
2.90
0.52
10.07
0.46
6.64
0.43
5.57
0.63
14.99
0.56
9.85
0.53
8.24
0.74
19.92
0.66
13.05
0.62
10.91
0.81
23.61
0.72
15.46
0.68
12.92
0.90
24.84
0.80
16.26
0.76
13.59
1.10
0.98
0.93
1.35
1.21
1.13
1.75
1.57
1.47
2.40
2.15
2.02
4.04
3.62
3.40
5.84
5.22
4.91
7.18
6.43
6.04
8.76
7.83
7.36
图2-2凉风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
凉风水库溢洪道为正槽溢洪道,堰型为宽顶堰,堰顶高程504.94m,堰顶宽度6.2m。
参照《水力学》(郭维东编)下泄流量计算公式:
Q=m0B(2g)1/2H3/2,其中H为堰上水头,流量系数m0取值0.334,经计算,凉风水库泄流曲线见表2-7,图2-3。
表2-7凉风水库泄洪流量计算表
下泄流量(m3/s)
504.94
0.000
506.50
17.879
505.00
0.135
506.60
19.625
505.10
0.587
506.70
21.425
505.20
1.217
506.80
23.277
505.30
1.982
506.90
25.179
505.40
2.863
507.00
27.130
505.50
3.845
507.10
29.130
505.60
4.920
507.20
31.176
505.70
6.080
507.30
33.268
505.80
7.318
507.40
35.404
505.90
8.631
507.50
37.585
506.00
10.014
507.60
39.809
506.10
11.464
507.70
42.074
506.20
12.978
507.80
44.382
506.30
14.553
507.90
46.729
506.40
16.188
508.00
49.117
图2-3凉风水库泄流曲线图
(2)水库调洪演算
根据表2-7的关系作H~Q曲线图,再根据泄水流量,调洪库容之间的关系绘制q~v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。
以此方法可求得凉风水库设计洪水位及校核洪水位时的调洪库容和泄洪量。
凉风水库正常蓄水位504.94m,对应库容15.64万m3,凉风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凉风水库调洪演算简化三角形法过程表
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
Wp
Qp
505.900
504.940
0.960
8.631
18.833
3.190
8.663
9.08
2
505.901
0.961
8.644
18.836
3.194
8.658
3
505.902
0.962
18.840
3.197
8.653
4
505.903
0.963
8.671
18.843
3.201
8.648
505.904
0.964
8.685
18.846
3.204
8.643
505.905
0.965
8.699
18.850
3.208
8.638
7
505.906
0.966
8.712
18.853
3.211
8.633
8
505.907
0.967
8.726
18.857
3.214
8.628
9
505.908
0.968
8.739
18.860
3.218
8.623
设计洪水位
506.052
1.112
10.760
19.360
3.718
10.894
506.053
1.113
10.774
19.364
3.721
10.889
506.054
1.114
10.789
19.367
3.725
10.884
506.055
1.115
10.804
19.371
3.728
10.880
506.056
1.116
10.818
19.374
3.732
10.875
506.057
1.117
10.833
19.378
3.735
10.870
506.058
1.118
10.847
19.381
3.739
10.865
506.059
1.119
10.862
19.385
3.742
10.860
506.06
1.120
10.876
19.388
3.746
10.855
校核洪水位
506.502
1.562
17.913
20.959
5.316
18.036
19.88
506.503
1.563
17.930
20.962
5.320
18.032
506.504
1.564
17.948
20.966
5.324
18.027
506.505
1.565
17.965
20.970
5.327
18.023
506.506
1.566
17.982
20.973
5.331
18.018
506.507
1.567
17.999
20.977
5.334
18.014
506.508
1.568
18.017
20.980
5.338
18.009
506.509
1.569
18.034
20.984
5.342
18.005
506.510
1.570
18.051
20.988
5.345
18.000
表2-9凉风水库调洪计算成果表
最大下泄流量q(m3/s)
最大库容
v(万m3)
(万m3)
Z洪(m)
Z实际坝顶
(m)
506.63
5.388
表2-9表明,水库的消能防冲洪水位(P=10%)为505.902m,相应库容18.840万m3,最大下泄流量8.653m3/s;
设计洪水位(P=5%)为506.059m,相应库容19.385万m3,最大下泄流量10.860m3/s;
校核洪水位(P=0.5%)为506.508m,相应库容20.980万m3,最大下泄流量18.009m3/s。
水库大坝现状坝顶高程为506.63m,高于设计洪水位506.059m。
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》(SL274-2001)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
凉风水库大坝为均质土坝,坝顶高程406.63m,最大坝高12.5m,坝顶宽3.9m,坝轴线长102.61m。
基本参数:
(1)K△——迎水坡糙率系数,取K=0.85;
(2)m——迎水坡比,取m=2.2;
(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240m;
(5)Hm——水域的平均水深。
3)坝顶超高
根据《碾压式土石坝设计规范》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
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A=0.5m,
非常运用条件下取A=0.3m。
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m=1.5~5.0时,其中平均波浪爬高按下式计算:
式2
Rm——风浪平均波浪爬高,m;
KW——经验系数,根据w/(gh)0.5查表A.1.12-2得;
KΔ——单坡的糙率渗透性系数,根据水库的护面查表A.1.12-1得;
m——斜坡坡率;
hm——平均波高,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
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/hm=2.23由此计算出hm。
凉风水库为5级坝采用累计频率为5%的爬高值,查表A.1.13得Rp/Rm=1.84。
经计算正常条件下:
Rp=1.042m
在非常条件下:
Rp=0.582m.
5)最大风壅水面高度
风雍高度按e=计算:
e——计算点处的风壅水面高度,m;
K——综合摩阻系数,取K=3.6×
10-6;
W——水面上10m处的风速;
D——风区长度,取D=240m;
g——重力加速度,取g=9.8m/s2;
Hm——水域的平均水深;
β——风向与水域中线的夹角,取β=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
Hm
K△
Kv
Rp/Rm
24.4
240
11.929
2.2
0.85
1.101
1.84
16.3
12.378
1.018
计算结果见表2-11。
表2-11大坝坝顶高程计算成果表
Z洪
R
e
A
Y
所需
实际Z坝顶
1.042
0.002
1.544
507.603
0.582
0.001
0.883
507.391
由表2-11可知,水库现状所需最大坝顶高程为507.603m,实际坝顶高程为506.63m,即现有大坝及溢洪道抗洪能力不满足《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(4~5月)、汛后过渡期(10月)、主汛期(6~9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-Ⅲ型理论频率适线后,求得凉风水库分期设计洪水成果。
表2-12凉风水库分期设计洪水成果表
坝址
分期
月份
P=20%
凉风水库
枯水期
11月~次年3月
0.028
过渡期
汛前
4~5月
0.303
汛后
10月
0.137
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