小型水库洪水复核方法探讨

2011-01-31路伟亭

治淮 2011年5期

关键词：坝顶暴雨高程

路伟亭

（安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院 233000）

小型水库洪水复核方法探讨

路伟亭

（安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院 233000）

本文采用《安徽省暴雨系数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》，由设计暴雨推求设计洪水，给小型水库安全评估或安全鉴定提供依据，希望能为小型水库的除险加固起到一定的借鉴、指导作用。

水库设计洪水频率

1 基本情况

凤阳县某水库位于凤阳县殷涧镇，该水库属淮河流域，濠河水系，集水面积1.7km2。本次按20年一遇设计、300年一遇校核标准对该水库洪水进行复核。该水库工程级别为Ⅴ等，主要永久建筑物级别为5级。枢纽工程由大坝、溢洪道及放水涵洞组成。大坝为均质土坝，全长120m，坝顶宽3m，坝顶高程65.3m，最大坝高8m，迎水坡坡比1∶2.0，背水坡坡比1∶2.0。大坝为人工施工。水库溢洪道为宽顶堰式，现有宽度12m，底高程63.9m，最大流量11.0m3/s。

2 洪水复核

2.1 基本资料

2.1 .1 流域特性

根据万分之一地形图对该水库总流域参数进行了复核，流域面积1.70 km2，河道长度2.4 km，流域平均宽度0.87 km，河道平均坡度9.8‰,流域形状系数0.30。

2.1 .2 气象水文

该水库位于江淮之间，属丘陵区地形，气候属南北过渡带，梅雨季节明显，雨热同季，降雨集中，冷暖气团交锋频繁、进退多变。降雨时空分布不均，年际和年内降雨量变化较大，洪旱灾害频繁，主汛期在7～9月。

根据凤阳县气象站观测资料显示，本地区气候温和、四季分明，实测多年平均气温14.9℃，最高平均气温20.2℃，最低年平均气温10.5℃。风向多为偏东风，西北风次之，冬季盛行偏北风，夏季偏南风，多年平均风速为2.7m/s，实测多年平均最大风速为11.4m/s。

该水库流域上游未设水文测站，建库前后均没有任何实测径流和洪水资料。根据凤阳气象站多年观测资料统计分析，多年平均年降水量为918mm，主汛期7～9月，多年平均3个月降水量为472.6mm，1日最大暴雨均值94.8mm，3日最大暴雨量多年平均值119.5mm，是1日最大暴雨量的

1.26倍。由于降水时空分布不均匀，夏季晴热多雨，暴雨强度大，历时短，地势较陡，汇流较快，水涝灾害频繁发生。

2.2 设计洪水

2.2 .1 设计暴雨计算

该水库坝址处自建库前后均无实测流量资料，根据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44—2006），可由设计暴雨推求设计洪水。

表1 该水库各种频率设计洪水过程线

根据凤阳气象站降雨资料统计，多年平均最大1日暴雨为94.8mm。而根据《安徽省暴雨系数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》（以下简称“84办法”）及《安徽省长短历时年最大暴雨统计参数等值线图》（1995年版），查得该水库所在流域最大24小时暴雨均值为100mm。

根据以上两种方法计算所得的设计暴雨均值基本一致。由于“84办法”中的暴雨等值线图是根据安徽省近600多个雨量站观测资料绘制的，且对地形条件、高低值地区变化规律、抽样误差及各种历时参数图之间的协调等作了全面考虑，因此选用“84办法”暴雨成果更为合理，设计暴雨参数：年最大24小时点雨量均值100mm，年最大1小时点雨量均值49mm，变差系数CV24=0.6，变差系数CV1=0.5，偏差系数CS=3.5CV。

2.2 .2 设计洪水推求

该水库流域面积1.7km2，暴雨点面系数α24＝α1＝1，形状系数f=0.30，洪峰修正系数0.90，需进行洪峰修正。

表2 该水库各种频率设计洪水复核成果表

2.3 调洪演算

2.3 .1 泄洪设施及运用方式

现状泄洪设施有溢洪道一座，为无闸控制款顶堰结构。底高程为63.9m，净宽12m。水库现状正常蓄水位为63.9m，故水库调洪演算起调水位为63.9m，即当库水位超过63.9m时正常溢洪道开始溢流泄洪。

该水库泄洪设施水位～泄量关系表如表3所示。

2.3 .2 调洪演算

（1）调洪演算基本方程

Q1、Q2为时段 Δt始、末入库流量，q1、q2为时段 Δt始、末出库流量，V1、V2为时段Δt始、末的水库库容。

（2）调洪演算方法及成果

本次根据水库现状防汛控制运用原则、现状泄流能力曲线和水库现状水位库容曲线，和水库水量平衡基本方程，采用水库坝址洪水静库容法，对各频率设计洪水进行调洪演算，调洪演算成果见表4。

3 坝顶高程复核

3.1 坝顶超高计算

根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）（以下简称“导则”），坝顶超高按下式确定：

式中：Y——坝顶在静水位以上的超高（m）；

R——风浪沿着坝坡的最大爬高（m），由计算确定；

A——安全加高，正常运用情况和非常运用情况分别为0.50m和0.3m。

（1）波高和波长计算

根据“导则”第6.1.6条，计算大坝波浪爬高时，所采用设计风速：正常运用条件下为多年平均最大风速的1.5倍，非常运用条件下，采用多年平均最大风速，该水库多年平均最大风速为11.4m/s，根据库区地形，由万分之一地形图量得风区长度D=150m。

参照《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）（以下简称“规范”）附录A.1.6规定，该水库属于丘陵、平原区水库，又W<26.5m/s，D<7500m，故其波高及波长采用鹤地公式计算，计算公式如下：

式中：w——计算风速（m/s）；

D——风区长度（m）；

h2%——累积频率为2%的波高（m）。

表3 该水库泄洪设施水位～泄量关系表

（2）平均波浪爬高计算

平均波浪爬高Rm参照“规范”附录A.1.12计算。

该水库大坝上游坝坡为2，故波浪平均爬高为

式中：KΔ——斜坡的糙率渗透性系数，护面类型为草皮护面确定KΔ=0.85。

m——斜坡的坡度系数。

（3）设计爬高R值计算

设计爬高R值按5级土石坝取累积概率P=5%爬高值R5%。

（4）坝顶超高y值计算正常运用条件下坝顶超高：y=0.4972+0.0013+0.5=1.00m，非常运用条件下坝顶超高：y=0.268+0.0005+0.3=0.57m。

3.2 地震安全加高复核

根据《中国地震参数区划图》（GB18306—2001），该水库坝址地震动峰值加速度值为0.1g，相应地震基本烈为7°，该工程地震设防烈度为7°。按《水工建筑物抗震设计规范》（SL203—97）及《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96），该水库地震涌浪高度确定为0.5m，不计地震沉降。