【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 13 設(shè)計(jì)洪水成果合理性分析 為分析本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果的合理性，將萬(wàn)家溝水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果同本區(qū)域其它水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果列表進(jìn)行比較，詳見(jiàn)表 。 表 萬(wàn)家溝水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水合理性分析表 水庫(kù)名稱 集水面積 設(shè)計(jì)洪峰流量（ m3/s） 設(shè)計(jì)洪峰模數(shù)（ m3/s/km2） 備注 P=% P=% P=% P=% 上游水庫(kù) 本次計(jì)算 洪山水庫(kù) 200 123 本次計(jì)算 萬(wàn)家溝水庫(kù) 本次計(jì)算 育皇水庫(kù) 本次計(jì)算 由表 27 中所列成果可知，萬(wàn)家溝水庫(kù)本次各頻率洪峰模數(shù)同本地區(qū)其它水庫(kù)設(shè)計(jì)所計(jì)算設(shè)計(jì)洪水洪峰模數(shù)比較，在本區(qū)域，各頻率洪峰模數(shù)有隨面積增大而減小的趨勢(shì)，萬(wàn)家溝水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水符合這個(gè)變化規(guī)律。所以，本次萬(wàn)家溝水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果 沒(méi)有明顯不合理的地方。 分期洪水 萬(wàn)家溝水庫(kù)流域內(nèi)無(wú)實(shí)測(cè)流量資料，無(wú)法直接進(jìn)行分期洪水計(jì)算。本流域洪水主要由暴雨形成，因受季風(fēng)的影響，洪水具有明顯的季節(jié)性變化規(guī)律，年最大暴雨一般都出現(xiàn)在5～ 10 月，尤以 8月集中， 4 月和 11月也有較大暴雨發(fā)生， 12～次年 3 月暴雨發(fā)生的量級(jí)很小，流量也僅有很小的起伏，屬枯水期。 水庫(kù)附近有水匣子水文站，根據(jù)該站歷年逐月最大流量，結(jié)合水庫(kù)施工要求，將主汛期 5～ 10 月劃為一個(gè)分期時(shí)段，其余按月份分期。 分期洪水計(jì)算依據(jù)水匣子實(shí)測(cè)流量資料，各分期時(shí)段采用最大值獨(dú)立取樣 法，從1958～ 1998 年實(shí)測(cè)各月最大流量系列中，分別統(tǒng)計(jì)出各分期時(shí)段最大流量系列，進(jìn)行頻率分析計(jì)算，用數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算系列各項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率，用矩法計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)的初始值，選用 PⅢ型理論頻率曲線適線，推求各分期時(shí)段的統(tǒng)計(jì)參數(shù)及各頻率洪峰流量。 推求水庫(kù)分期洪水時(shí)，主汛期直接采用推理公式計(jì)算成果，其它分期以水匣子水文站分期洪水成果為依據(jù)，按流域面積比的 n 次方換算至水庫(kù)。面積比指數(shù) n值確定：枯水期（ 12～次年 3 月）取 1，過(guò)渡期（ 11月）取 。計(jì)算成果見(jiàn)下表。 14 表 萬(wàn)家溝水庫(kù)分期洪水成果表 時(shí)段 設(shè)計(jì)值 Qp(m3/s) p=5% p=10% p=20% 1 月 2 月 3 月 4 月 11 月 12 月 水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算 防洪標(biāo)準(zhǔn) 如前述，按《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（ SL2522021），本水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用 30 年 一遇（ p=﹪），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)采用 300 年一遇（ p=﹪） ,消能防沖標(biāo)準(zhǔn)采用 20 年一遇（ p=﹪）。 基本資料 (1）水庫(kù)水位～庫(kù)容曲線 本次調(diào)洪計(jì)算萬(wàn)家溝水庫(kù)水位～庫(kù)容曲線采用原“三查三定”實(shí)測(cè)成果。 (2）入庫(kù)洪水過(guò)程 萬(wàn)家溝水庫(kù)洪水過(guò)程采用本次水文計(jì)算成果，詳見(jiàn)表 36及附圖 33。 (3）水庫(kù)水位～泄流流量曲線 萬(wàn)家溝水庫(kù)溢洪道位于大壩右側(cè)，為無(wú)閘控制寬頂堰，堰頂高程為 ，堰頂寬度按 計(jì)算。計(jì)算下泄流量 q，流量系數(shù) m 為 。經(jīng)計(jì)算萬(wàn)家溝水庫(kù)水位～ 泄流流量曲線見(jiàn)表 及泄流流量圖 溢洪道泄流曲線采用寬頂堰流公式： 式中： Q—— 下泄流量（ m3/s） ε —— 側(cè)收縮系數(shù)，取值在 ～ m—— 流量系數(shù)， m= B—— 溢流堰凈寬（ m）（ B=） H—— 相應(yīng)水頭（ m） 15 表 萬(wàn)家溝水庫(kù)水位～泄流流量曲線表 水位 H（ m） 下泄流量 q（ m3/s） 0 水位 H（ m） 下泄流量 q（ m3/s） 洪水調(diào)節(jié)方式 調(diào)節(jié)計(jì)算中不考慮洪水預(yù)報(bào)，洪水來(lái)臨時(shí)，水庫(kù)起調(diào)水位為正常蓄水位（堰頂高程），相應(yīng)庫(kù)容為 萬(wàn) m3，自由泄流。 調(diào)洪計(jì)算 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算采用水量平衡法計(jì)算 : (Q1+Q2)△ t/2(q1+q2)△ t/2=V2V1 按試算法列表進(jìn)行 ,計(jì)算時(shí) Q1在洪水過(guò)程線上讀取，根據(jù)（ Q1+Q2） /2的數(shù)值，假設(shè)一個(gè)下泄流量 q，通過(guò)庫(kù)容增減量計(jì)算出時(shí)段末庫(kù)容 V1，在 q～ f(h)曲線表上查得相應(yīng)庫(kù)容V2，若 V1= V2或很接近 V2，說(shuō)明假設(shè)正確，否則重新假定 V1，直至 V1≈ V2，才進(jìn)行下一步的計(jì)算。 V2作為下一步的 V1，重復(fù)上述步驟。計(jì)算過(guò)程略，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 。 16 表 萬(wàn)家溝水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算成果表 頻率 P（ %） 最大下泄流量（ m3/s） 最高庫(kù)水位（ m） 庫(kù) 容（ 萬(wàn) m3） 根據(jù)調(diào)洪成果，萬(wàn)家溝水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位（ p=%） ，校核洪水位（ p=%）。 壩頂高程的確定 壩頂超高計(jì)算 萬(wàn)家溝水庫(kù)大壩為粘土均質(zhì)壩，壩頂超高按部頒《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL2742021）規(guī)定的公式 Y=R+e+A 計(jì)算，壩頂超高由波浪爬高、最大風(fēng)壅高度和安全加高組成。波浪爬高采用 鶴地公式計(jì)算，風(fēng)壅高度采用規(guī)范推薦公式。萬(wàn)家溝水庫(kù)為?。?1）型水庫(kù)，樞紐工程等級(jí)為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為 4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為 5級(jí)，按照規(guī)范，正常運(yùn)用情況下安全加高 A=，非常運(yùn)用情況下安全加高 A=。庫(kù)區(qū)多年平均最大風(fēng)速 V=15m/s，正常運(yùn)用情況計(jì)算風(fēng)速 W采用多年平均年最大風(fēng)速的 倍；非常運(yùn)用情況計(jì)算風(fēng)速 W采用多年平均年最大風(fēng)速。 萬(wàn)家溝水庫(kù)水域形狀極不規(guī)則，故吹程采用 De=Σ Dicos2α i/Σ cosα i 計(jì)算。經(jīng)反復(fù)量算，萬(wàn)家溝水庫(kù)有效吹程為 。 波浪的平均波 高和平均波周期采用莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算： 200 .4 520 .7 020 .70200 .0 0 1 8( )0 .1 3 0 .7 ( )0 .1 3 0 .7 ( )mmvmgDgh gH vth thv gHthv??????? ???? ???? ???????? （ 1） 2 2()2 mm mgT HL th L??? （ 2） ? （ 3） 17 式中： hm—— 平均波高， m； Tm—— 平均波周期， s； V0—— 計(jì)算風(fēng)速， m/s； D—— 風(fēng)趣長(zhǎng)度， m； Hm—— 水域平均深度， m； g—— 重力加速度，取 ； Lm—— 平均波長(zhǎng) ， m； H—— 壩迎水面前水深， m； （ 3）平均波浪爬高 Rm 計(jì)算 21 mm m mKKR h Lm?? ? ≤ m≤ 5； （ 4） m 0 mR KKRh?? m≤ ； （ 5） 當(dāng) ＜ m＜ 時(shí)，可由 m= 和 m= 的計(jì)算值按內(nèi)插法確定。 式中： Rm—— 平均波浪爬高， m； m—— 單坡的坡度系數(shù)； 大壩坡比 m= 故本次設(shè)計(jì)選用公式（ 4）。 KΔ —— 斜坡的糙率滲透性系數(shù)； 由整治后壩坡為 混凝土坡 ，根據(jù)《碾壓 式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 SL2472021，查得 KΔ =。 Km—— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與VgH的大小有關(guān)，由《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL274—2021）表 查得，具體見(jiàn)表 ； β —— 計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角。 （ 4）風(fēng)浪爬高 R=；其中 為平均波高與壩前水深比值相應(yīng)的累計(jì)頻率 p(%)可根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》 查得。 （ 5）風(fēng)壅水面高度 e計(jì)算 可按公式 2 c os / 2e kw D g H?? 進(jìn)行計(jì)算， 由于該水庫(kù)屬于?。?2）型水庫(kù)，故風(fēng)壅水面高度 e 可忽略不計(jì)。 18 表 萬(wàn)家溝水庫(kù)壩頂超高計(jì)算表 項(xiàng) 目 設(shè)計(jì)（正常） 校核（非常） 頻率 P(%) 計(jì)算風(fēng)速 W(ｍ /s) 15 吹程 D(km) 壩迎水面前水深 H (m) 最大風(fēng)壅水面高度 e(m) 0 0 壩坡坡比ｍ 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) KW 平均波高 hm(m) 平均波長(zhǎng) Lm(m) 平均 爬高 Rm(m) 設(shè)計(jì)波浪爬高 R5%(m) 壩頂安全加高 A(m) 壩頂超高 Y(m) 壩頂高程確定 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL2742021）要求，壩頂高程應(yīng)按以運(yùn)用情況分別計(jì)算，并取其最大值： 工況 a：設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高 。 工況 b：校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高。 各種運(yùn)用情況下的壩頂超高計(jì)算見(jiàn)表 。 表 萬(wàn)家溝水庫(kù)壩頂高程計(jì)算表 名稱 工況 a 工況 b 洪 水為 Z 洪 (m) 壩頂超高 Y (m) 計(jì)算壩頂高程 Z 壩 (m) 現(xiàn)土壩壩頂高程 Z (m) 差值 (Z Z 壩 )(m) 通過(guò)壩頂高程計(jì)算，萬(wàn)家溝水庫(kù)需要壩頂高程 ，而現(xiàn)在壩頂高程為 ，現(xiàn)壩頂高程低于需要的壩頂高程，水庫(kù)抗洪能力不滿足規(guī)范要求。 19 4 工程任務(wù)及規(guī)模 復(fù)核計(jì)算 溢洪道現(xiàn)有行洪能力復(fù)核計(jì)算 ⑴基本資料 ①洪水標(biāo) 準(zhǔn) 根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（ GB5020194）和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（ SL2522021），萬(wàn)家溝水庫(kù)工程規(guī)模為小（ 1）型，工程等別為 IV等，樞紐工程主要永久性建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要永久性建筑物級(jí)別為 5級(jí)。樞紐工程大壩為粘土均質(zhì)壩，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用 30年一遇（ P=%） , 校核洪水標(biāo)準(zhǔn)采用 300 年一遇復(fù)核（ P=%）。 ②設(shè)計(jì)洪水 洪峰流量、洪水總量和洪水過(guò)程線的分析計(jì)算及成果、水位庫(kù)容曲線詳見(jiàn)本報(bào)告水文部分。 ③大壩參數(shù) 現(xiàn)有大壩壩頂高程 。 ④溢洪道參數(shù) 溢洪道為無(wú)閘 控制開(kāi)敞式正堰溢洪道，溢流堰堰型為寬頂堰，堰寬 ，堰頂高程。 ⑵泄流曲線計(jì)算 萬(wàn)家溝水庫(kù)溢洪道位于大壩右側(cè)，為無(wú)閘控制寬頂堰，堰頂高程為 ，堰頂寬度按 。故本次按寬頂堰流公式 q=mb g2 H3/2計(jì)算下泄流量 q，流量系數(shù) m為 。經(jīng)計(jì)算萬(wàn)家溝水庫(kù)水位～泄流流量曲線見(jiàn)表 。 表 萬(wàn)家溝水庫(kù)水位～泄流流量曲線 水位 H（ m） 下泄流量 q（ m3/s） 0 水位 H（ m） 下泄流量 q（ m3/s） ⑶調(diào)洪計(jì)算 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算采用水量平衡法計(jì)算 : (Q1+Q2)△ t/2(q1+q2)△ t/2=V2V1 按試算法列表進(jìn)行 ,計(jì)算時(shí) Q1在洪水過(guò)程線上讀取，根據(jù)（ Q1+Q2） /2 的數(shù)值，假設(shè)一 20 個(gè)下泄流量 q，通過(guò)庫(kù)容增減量計(jì)算出時(shí)段末庫(kù)容 V1，在 q～ f(h)曲線表上查得相應(yīng)庫(kù)容V2，若 V1= V2或很接近 V2，說(shuō)明假設(shè)正確，否則重新假定 V1，直至 V1≈ V2，才進(jìn)行下一步的計(jì)算。 V2作為下一步的 V1，重復(fù)上述步驟。計(jì)算過(guò)程略，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 。 表 萬(wàn)家溝水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算成果 頻率 P（ %） 最大下泄流量（ m3/s） 最高庫(kù)水位（ m） 庫(kù) 容（萬(wàn) m3） 根據(jù)調(diào)洪成果，萬(wàn)家溝水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位（ p=%） ，校核洪水位（ p=%）。 ⑷溢洪道行洪能力復(fù)核 溢洪道堰頂高程 ，溢流堰凈寬按 計(jì)算，水力計(jì)算成果見(jiàn)下表。 本次洪水復(fù)核結(jié)果， P=%洪水設(shè)計(jì)、 P=%洪水校核，洪峰流量分別為%=、 %=，相應(yīng)下泄流量分別為 。 表 溢洪道水力計(jì)算表 部 位 堰頂段 漸變段 陡槽段 消力池 尾水渠 斷面型式 矩形 矩形 矩形 矩形 水深（ m） ～ ～ 現(xiàn)邊墻高（ m） ～ ～ ～ 底寬（ m） ～ ～ 復(fù)核結(jié)果 滿足要求 滿足要求 滿足要求 不滿足要求 不滿足要求 溢洪道陡槽段以上基本滿足泄流要求，但局部邊墻襯 砌條石垮塌；消力池邊墻高度不夠且未完建；尾水渠末接入原河道，泄洪時(shí)遍地漫堤而進(jìn)入主河溝。由此可知，溢洪道現(xiàn)有狀況