【正文】 1 《工程水文及水利計算》課程設(shè)計指導(dǎo)書 大山樘 水庫 除險加固設(shè)計水文計算 一 基本 資料 設(shè)計資料 流域概況 大山樘 水庫位于岳陽縣相思鄉(xiāng)黃中村境內(nèi)，屬洞庭湖新墻河水系朱港支流。壩址距岳陽市區(qū) 88Km，岳陽縣城 73Km。地理位置在岳陽縣東北部與湖北省通城縣交界處。工程始建于 1958 年 12 月， 1959 年 12 月建成。是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的多年調(diào)節(jié)的?。?2）型水庫。設(shè)計灌溉面積 600畝，實際灌溉面積 400畝。 大山樘 水庫地區(qū)屬于山區(qū)，植被良好。 水庫集水面積為 ，壩址以上河道干流 長度 ，干流平均坡降 30?。 大山樘 水庫未開展水文水情觀測，僅有斷斷續(xù)續(xù)的水位及雨情觀測，并且其觀測資料極不完整，不能滿足規(guī)范要求。故該水庫洪水復(fù)核按無資料地區(qū)對待。 氣象 新墻河流域?qū)僦衼啛釒虮眮啛釒н^渡的季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，濕潤多雨 ,具有春溫變幅大，初夏雨水多，伏秋天熱易旱，冬季嚴(yán)寒不多的特點。冬季多為西伯利亞干冷氣團(tuán)控制，氣候干燥寒冷；夏季為低緯海洋暖濕氣團(tuán)所盤據(jù)，溫高濕重。夏季之交，流域正處在冷暖氣流交匯的過渡地帶，形成陰濕多雨的梅雨天氣。 根椐岳陽縣氣象站觀測 的氣象站資料統(tǒng)計，多年平均日照時間在 小時以上，多年平均氣溫為 ℃，歷年日平均最高氣溫為 ℃，歷年日平均最低氣溫為 ℃，極端最高氣溫為 ℃，極端最低氣溫 ℃； 根據(jù)岳陽縣氣象站觀測的氣象站資料統(tǒng)計，多年平均降水量 ，降雨年內(nèi)變化較大，分布不均， 4 月～ 6月為主汛期，大洪水主要集中在 5月～ 7月。 根據(jù)岳陽縣氣象站觀測的氣象站資料統(tǒng)計，多年平均蒸發(fā)量為 。 歷年來風(fēng)向風(fēng)速特征為春秋冬三季以東北風(fēng)和偏 北風(fēng)為主，夏季以西南風(fēng)為主，多年平均風(fēng)速 10m/s～ 28m/s。歷年最大風(fēng)速 ，歷年最大平均風(fēng)速 。 大山樘 水庫庫區(qū)徑流（水庫入庫流量）主要由降雨形成，根據(jù)氣象資料分析，多年平均降雨量 ，多年平均徑流系數(shù) ，多年平均徑流深 754mm， 2 多年平均年入庫水量 m3。 大山樘 水庫興利庫容為 萬 m3，庫容系數(shù)為 （ ） ,該水庫為年調(diào)節(jié)水庫。 工程等級與洪水標(biāo)準(zhǔn) 大山樘 水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為 30 年 ，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為 300年，頻率 p 分別取 %、 %；溢洪道消能防沖工程設(shè)計洪水頻率取 5%。 洪水 大山樘 水庫沒有所在的河流沒有水文站，建庫后水庫管理所也沒有開展入庫流量觀測，為無資料地區(qū)，沒有實測的水文氣象資料，因此本次洪水復(fù)核按湖南省水利廳 1984年編制的《湖南省暴雨洪水查算手冊》進(jìn)行計算。降雨、蒸發(fā)量資料均采用岳陽縣氣象站的實測資料。 2．設(shè)計任務(wù) 除險加固 項目 本工程除險加固設(shè)計項目包括： （ 1）對大壩壩體、壩基、壩肩進(jìn)行防滲處理。 （ 2）對大壩上游壩坡進(jìn)行砼預(yù)制塊護(hù)坡。 （ 3）對大壩下游壩坡進(jìn)行整形護(hù)坡，下游壩趾新修排水棱體。 （ 4）加高溢洪道進(jìn)口段、控制段、泄槽段邊墻，加固底板，出口新建消力池。 （ 5）輸水涵封賭新建輸水隧洞。 （ 6）完善大壩安全監(jiān)測設(shè)施，改造通訊設(shè)施。 （ 7）按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)管理所。 設(shè)計任務(wù) 對 大山樘 水庫進(jìn)行除險加固 ，因而要進(jìn)行水庫的工程水文及水利計算，其具體任務(wù)是： 1. 由設(shè)計暴雨推求設(shè)計凈雨 ； 2. 由于設(shè)計凈雨推求設(shè)計洪水 ； 3. 洪水復(fù)核結(jié)果的合理性檢查和洪峰模數(shù)的計算 ； 4. 調(diào)洪演算 ； 5. 根據(jù) 調(diào)洪演算 推求各種洪水特征水位 ,利用 大 山樘 水庫 計算 總庫容。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（ GB5020194）和《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（ SL2522020），確定該工程等別 ，其主要建筑物級別，次要建筑物級別，臨時性建筑物。 ：設(shè)計暴雨參數(shù)及成果表、設(shè)計洪水參數(shù)表 、水庫水位與庫容關(guān)系 、 水位與下泄流量關(guān)系 、 調(diào) 洪 演 算 結(jié) 果、 壩頂超高復(fù)核計算成果表 。 二、設(shè)計提綱 熟悉流域的自然地理情況，廣泛搜集有關(guān)水文氣象資料（見基本資料）。經(jīng)初步審查，降雨和徑流等實測資料是可靠的、具有一致性的，可用于本次設(shè)計 。 3 根據(jù) 大山樘 水庫的地理位置和集雨面積，從《湖南省暴雨洪水查算手冊》圖一中查得該流域?qū)俦┯暌恢聟^(qū)第一區(qū)，從圖三“年最大 24h點雨量均值等值線圖”查得該流域中心最大 24h 點雨量均值 ，查圖四得統(tǒng)計變差系數(shù) Cv，Cs=，查圖十六得點面折算系數(shù) a， 利用《湖南省暴雨洪水查算手冊》求得 大山樘 水庫流域內(nèi)的頻率暴雨 。 3. 設(shè)計洪水 本次設(shè)計利用《湖南省暴雨洪水查算手冊》推求設(shè)計洪水。設(shè)計洪水過程包括地面徑流過程和地下徑流過程，地面徑流過程采用徑流分配系數(shù)法推求，地下徑流過程采用三角形法推求。 參照 《查算手冊》φ值表（十一）， 確定 重現(xiàn)期為 300年、 30年、 20年的地面徑流占總徑流的比值分別取 的數(shù)值 ，各頻率的地面洪峰流量和匯流時間是根據(jù)地理參數(shù)θ、匯流參數(shù) m及可以利用匯流公式 計算。 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入 匯流公式，求得 大山樘 水庫的地面洪峰流量、匯流時間及其它有關(guān)參數(shù) 。 入庫洪水過程線由地面徑流過程線與地下徑流過程線疊加而成，地面徑流過程按徑流分配系數(shù)法推求 ，地下徑流過程按等腰三角形關(guān)系推求，由此而得的入庫洪水過程線 。 4. 洪水復(fù)核結(jié)果的合理性檢查 《湖南省暴雨洪水查算手冊》編制于八十年代初期，近 20 年，特別是 九十年代，不少地域發(fā)生的暴雨資料沒有參編，因此，有必要根據(jù)近期相關(guān)統(tǒng)計資料對本次計算成果進(jìn)行合理性檢查。 根據(jù)查算得 大山樘 水庫重現(xiàn)期 30 年一遇的洪峰模數(shù)為 179。179。/（ ），與水庫所在區(qū)域的同頻率統(tǒng)計資料計算洪峰模數(shù)比較，屬與合理。 24 小時點暴雨值對比檢查 大山樘 水庫位于桃林站與公田站站之間的丘陵區(qū)，根據(jù)湖南省水文局 1998年編制《湖南省暴雨洪水特征重現(xiàn)期查算手冊》查算，重現(xiàn)期為 30 年的公田站與桃林站的 24 小時點暴雨值分別為 。本次計算 大山樘 水庫 30 年一遇點暴雨 H24處于二者之間，屬于合理。 三 .調(diào)洪演算 1 調(diào)洪演算的基本原則 根據(jù) 大山樘 水庫的實際情況，此次調(diào)洪演算的起調(diào)水位為正常蓄水位 , 當(dāng)入庫洪水流量大于溢洪道的泄流能力時，庫水位上漲，水庫滯洪；至入庫洪水流量等于溢洪道的泄流能力時，水庫水位達(dá)到本次復(fù)核洪水的最高水位；隨后，入庫洪水流量小于溢洪道泄流能力，庫水位下降。為水庫安全起見，調(diào)洪演算時水庫出庫流量只計溢洪道的泄流能力，其他放水設(shè)施均不參與泄洪。 4 2 調(diào)洪演算方法、水位～容積、水位～下泄流量 方法 調(diào) 洪演算采用試算法。根據(jù)水量平衡原理，調(diào)洪演算基本方程： iiiiii VVVtqqt ?????????? ??? 111 22 )(vfq? 水位～容積關(guān)系 大山樘 水庫庫區(qū)植被較好，庫區(qū)各支流入庫口均無淤積現(xiàn)象，本次洪水復(fù)核仍采用 大山樘 水庫管理所提供的水位～庫容曲線 ,在程序計算中以數(shù)值方式輸入，程序中用線性插值以水位求面積值。水庫的水位與庫容關(guān)系見 下 表， 水位～下泄流量關(guān)系 大山樘 水庫溢洪道溢流堰堰型為寬頂堰，其泄流量根據(jù)公式： 堰流公式 Q = gmB2? H03/2 式中： ε 為側(cè)收縮系數(shù) ，取 ； m 為寬頂堰的流量系數(shù) ； B 為寬頂堰寬度 ； H0為堰上水頭 。 水庫的水位與庫容、水位與下泄流量關(guān)系見表。 入庫洪水過程線 入庫 洪水過程根據(jù)《查算手冊》采用推理公式和徑流分配系數(shù)法推算，見附件表格 。 根據(jù)洪水流量過程線、水庫的水位～水面容積關(guān)系曲線及溢洪道水力參數(shù)，由調(diào)洪起始水位依次計算，直至洪水過程結(jié)束，均由計算機(jī)完成。計算機(jī)輸出各時段末的水位、庫容及溢洪道下泄流量。 3 調(diào)洪演算結(jié)果 根據(jù)調(diào) 洪演算的基本原則和 大山樘 水庫庫容曲線、泄流曲線重現(xiàn)期為 300年、 30 年、 20 年的調(diào)洪演算結(jié)果，見表。 4 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核 抗洪能力復(fù)核主要是對擋洪建筑物的頂部高程進(jìn)行復(fù)核。對 大山樘 水庫而言，就是對水庫大壩及溢洪道控制段導(dǎo)墻頂部高程進(jìn)行復(fù)核。 四 水庫大壩壩頂高程復(fù)核 1 基本資料 （ 1）多年平均年最大風(fēng)速 W=；設(shè)計風(fēng)速的取值：在正常運(yùn)用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速的 ；在非常運(yùn)用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速。 （ 2）風(fēng)區(qū)長度： D=509m。 （ 3）內(nèi)坡坡比：為 1： 。 （ 4）水域 的平均水深：正常情況時 H=，非常情況時 H=。 5 2 大壩壩頂高程復(fù)核 由本次洪水復(fù)核， 30 年一遇設(shè)計洪水位為， 300年一遇校洪水位 ，根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則》（ SL18996）中的第 條規(guī)定進(jìn)行壩頂超高復(fù)核計算，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，并按以下運(yùn)行條件計算，取最大值： 1）正常蓄水位或設(shè)計洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高； 2）校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高； 3）正常蓄水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高加地震涌浪高。 壩頂在水庫靜水位以上的超高按下式計 算： Y=R+A 式中： Y— 壩頂超高， m； R— 最大波浪在壩坡上的爬高， m；由平均波高與壩迎水面前水深的比值和相應(yīng)累積頻率 P（ %）按《規(guī)范》表 ， 即 mmPP RRRR ???????? mpRR — 系數(shù)，按《規(guī)范》表 ； Rm— 波浪平均爬高（ m），mmwm LhmKKR 21 ?? ? K△ — 糙率滲透性系數(shù)，按《規(guī)范》表 ； Kw— 經(jīng)驗系數(shù)，按《規(guī)范 》表 ； Hm— 平均浪高，按莆田試驗站公式（ ）計算； W— 計算風(fēng)速，設(shè)計情況取 W= 14m/s，校核情況取 W=14m/s； D— 風(fēng)區(qū)長度， D=509m； Lm— 平均波長（ m） , 按《規(guī)范》公式（ ）計算； m— 壩坡系數(shù) ,m=； A— 安全加高， m；大壩安全加高在正常運(yùn)用時 A=，在非常運(yùn)用時A=；地震區(qū)的地震涌浪高 ～ 。 各計算要素及成果見表 。 3 大壩心墻 頂部高程復(fù)核 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（ SL2742020）第 ：土質(zhì)防滲體（心墻）頂部在正常蓄水位或設(shè)計洪水位以上的超高為 ～ ；非常運(yùn)用條件下，防滲體頂部不應(yīng)低于非常運(yùn)用條件的靜水位。 大山樘 水庫設(shè)計水位為 ，校核洪水位 ，超高取，設(shè)計洪水位加超高為，因此 大山樘 水庫大壩防滲心墻頂部高程不得低于（校核洪水位），現(xiàn)有心墻頂部高程低于 ，不符合規(guī)范要求。 4 溢洪道控制段導(dǎo)墻頂部高程確定 大山樘 水庫溢洪道無閘門控制，運(yùn)用情況只有泄洪情況。根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》（ SL253— 2020）中的第 ，在宣泄校核洪水時溢洪道控制段的 導(dǎo)墻頂部高程不得低于校核洪水位加安全超高值。 大山樘 水庫溢洪道為 5 6 級建筑物，《溢洪道設(shè)計規(guī)范》（ SL253— 2020）中有 3 級以上建筑物的安全超高值，沒有 5 級建筑物的安全超高值，本工程參考 3 級建筑物的安全超高值取為 。因此， 大山樘 水庫溢洪道控制段導(dǎo)墻頂部高程應(yīng)高于，現(xiàn)有控制段導(dǎo)墻高程為 ， 符合規(guī)范要求。 5 計算結(jié)論 （ 1）本次設(shè)計布置的溢洪道尺寸能滿足該水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)泄洪的要求，相應(yīng)水位分別為：重現(xiàn)期 20年設(shè)計洪水位為，相應(yīng)最大下泄流量；重現(xiàn)期 30 年設(shè)計洪水位為，相應(yīng)最大下泄流量；重現(xiàn)期 300 年校核洪水 位為，相應(yīng)最大下泄流量。 （ 2） 大山樘 水庫大壩壩頂高程滿足規(guī)范所要求的壩頂超高，根據(jù)規(guī)范計算所需的壩頂高程最低為：正常運(yùn)用時，非常運(yùn)用時；現(xiàn)有壩頂高程大壩為，滿足滿足規(guī)范要求。 （ 3） 大山樘 水庫溢洪道 控制段 為山體開挖而成， 導(dǎo)墻 頂部現(xiàn)有高程，比 《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》 要求的低，滿足規(guī)范要求。 （ 4） 大山樘 水庫大壩防滲心墻頂部高程不得低于（校核洪水位），現(xiàn)有防滲心墻頂部高程主壩為 ， 符合規(guī)范要求。 三、設(shè)計說明書 設(shè)計說明書，主要應(yīng)包括以下內(nèi)容 ； ，流域水文氣象資料概況； 由設(shè)計暴雨推求設(shè)計凈雨； ； . 洪水復(fù)核結(jié)果的合理性檢查和洪峰模數(shù)的計算 ； . 調(diào)洪演算； . 根據(jù) 調(diào)洪演算推求各種洪水特征水位。 、附圖、最后裝訂成冊。 。 說明書要力求文字通順、簡明扼要，圖表要清楚整齊，每個圖、表都要有名稱和編號，并與說明書中內(nèi)容一致，最后成果圖要字體工整，合訂時，說明書在前，附表和附圖分別集中，依次放在后面。 ．寬頂堰 B每個人取值不一樣 ，從 地形圖量取 ，如有雷同，則按抄襲重新算 ，計算表格見電子表格。 7 《課程設(shè)計說明書》 格式 規(guī)范 一、封面要求 學(xué)生提交的正稿封面 樣式附后。評定 成績必須有教師簽名并寫出評語。 二、 正文 規(guī)范 字體字號要求 ① 設(shè)計 標(biāo)題 用 小三號黑體、 居中 ，英文標(biāo)題對應(yīng)用 小三號 Times New Roman、居中 ，“摘要”用 5號黑體，中文摘要內(nèi)容用 5號宋體，“ Abstract”用 5 號黑體，英文