【正文】 年 1 月 30 日）；多年平均年 降雨量 1427mm；多年平均蒸發(fā)量 。歷年平均日照小時(shí) 1480h；多年平均相對(duì)濕度 81%；多年平均風(fēng)速 ，實(shí)測(cè)最大風(fēng)速 ，風(fēng)向 NE（ 1976 年 4月 22日）。 基本資料 水庫(kù)無(wú)水位流量測(cè)驗(yàn)資料，亦無(wú)暴雨觀測(cè)資料。 本次收集懷化、黔城雨量站實(shí)測(cè)暴雨資料，作為設(shè)計(jì)依據(jù)。 洪水 四十灣水庫(kù)所在支流沒(méi)有水文站，庫(kù)區(qū)內(nèi)也沒(méi)有雨量站，因此本次設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算采用由暴雨推算洪水的方法來(lái)推算設(shè)計(jì)洪水，并以 1984 年 9 月湖南省水利水電廳編制出版的《湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱為《手冊(cè)》）中所介紹的方法為主。 暴雨 洪水特性 根據(jù)氣象資料分析，本流域處于中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)。流域內(nèi)暴雨以由氣旋所造成的鋒面暴雨出現(xiàn)機(jī)會(huì)最多，范圍一般屬區(qū)域性，出現(xiàn)時(shí)間多為 5～ 7月。臺(tái)風(fēng)暴雨出現(xiàn)機(jī)會(huì)不多，間有發(fā)生也一般在 7 月至 9 月。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 懷化以上流域地區(qū) 多年平均降水量 1248mm， 4～ 9月份為汛期，降水量約占全年降水量的 %，降雨日數(shù)占全年雨日的 %。 且水庫(kù)集水面積小，河長(zhǎng)短，坡降大，地形作用強(qiáng)烈，雨水匯集迅速，17 洪水峰形高瘦，驟漲陡落，表現(xiàn)典型的山區(qū)洪水特征。 設(shè)計(jì)暴雨 設(shè)計(jì)暴雨成果 本次采用兩種 方法計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨，一是由《暴雨洪水查算手冊(cè)》查圖求得，二是由懷化、黔城雨量站歷年實(shí)測(cè)年最大 24 小時(shí)暴雨進(jìn)行頻率計(jì)算求得。 一）《手冊(cè)》暴雨 查湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)，本工程位于湖南省暴雨一致區(qū)的第四區(qū)，流域中心年最大 24小時(shí)暴雨均值為 100mm， Cv=， Cs/Cv=。根據(jù)查得的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，得各頻率設(shè)計(jì)暴雨成果，見(jiàn)表 。 二）實(shí)測(cè)暴雨 本 次收集了懷化雨量站（ 1972～ 2021年） 、黔城雨量站 （ 1951～ 2021 年）歷年實(shí)測(cè)最大 24小時(shí)暴雨資料，進(jìn)行頻率計(jì)算，采用 PⅢ 曲線適線，成果見(jiàn)表 。 表 四十灣 水庫(kù)設(shè)計(jì)暴雨成果表 測(cè)站或 方法 系列 統(tǒng)計(jì)參數(shù) 頻率（ %） 備注 均值 Cv Cs 2 5 懷化站 1972～2021 黔城 站 1951～2021 386 采用 《手冊(cè)》 成果 ～ 1985 348 從成果表可以看出，懷化、黔城站實(shí)測(cè)暴雨成果要大于《手冊(cè)》成果，由于《手冊(cè)》為 1985 年出版成果，其采用各雨量站系列較短；考慮懷化、黔城站實(shí)測(cè)暴雨成果相差不大，本次推薦采用黔城站實(shí)測(cè)暴雨成果，與水庫(kù)安全鑒定成果一致。 短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨 各短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨按《查算手冊(cè)》公式計(jì)算推求，即： 1～ 6小時(shí)： )1()()124 2323 624 nnnntp tHH ??? ???? （面 6～ 24小時(shí)： )()124 32324 nnntp tHH ?? ??? （面 其中， n n3由《查算手冊(cè)》附圖查得。 18 設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程 由設(shè)計(jì)暴雨過(guò)程推求凈雨過(guò)程，其中初損取 I0＝ 25mm， R 上 /R 總 ＝ ～ 。 設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算 設(shè)計(jì)洪水 本工程位于湖南省產(chǎn)流分區(qū)的第三區(qū)， Io=25mm。本次采用《湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)》中的推理公式及經(jīng)驗(yàn)單位線法計(jì)算四十灣水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水。 方法一：推理公式法 按《湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)》中的推理公式計(jì)算。計(jì)算公式如下： FRQ tm ?? ? )/( 4/13/1 mQJmL ???? 根據(jù)已知的凈雨過(guò)程， 自最大凈雨強(qiáng)度開(kāi)始向前后相鄰時(shí)段連續(xù)累加，并除以相應(yīng)的歷時(shí)，得出時(shí)段平均最大凈雨強(qiáng)度 tRt/ ，點(diǎn)匯 tRt/ ～τ相關(guān)線。 根據(jù)已知的流域特征和匯流系數(shù)，進(jìn)行試算。求出各頻率設(shè)計(jì)洪峰流量。 方法二：經(jīng)驗(yàn)單位線法 根據(jù)壩址以上流域地理特征，選定經(jīng)驗(yàn)單位線，由前面計(jì)算的凈雨過(guò)程推求設(shè)計(jì)洪水。成果見(jiàn)下表。 表 四十灣水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果表 計(jì)算方法 項(xiàng)目 各頻率設(shè)計(jì)值（ %） 2 5 推 理公式 Qm（ m3/s） W 總 （萬(wàn) m3） 經(jīng)驗(yàn)單位線法 Qm（ m3/s） W 總 （萬(wàn) m3） 從上表可以看出，推理公式成果要大于經(jīng)驗(yàn)單位線法成果，由于水庫(kù)處于無(wú)資料地區(qū)，其原設(shè)計(jì)資料亦部分缺失，無(wú)對(duì)比分析資料，從安全考慮，推薦采用推理公式成果。 設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線 19 四十灣水庫(kù)地面設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線采用《查算手冊(cè)》徑流分配系數(shù)法求得，地下水過(guò)程按等腰三角形法求得， 地面地下徑流過(guò)程疊加得各頻率設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，成果見(jiàn)表 。 表 四十灣水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線表 時(shí)段（ 1h） % 2% 5% 時(shí)段（ 1h） % 2% 5% 0 11 1 12 2 13 3 14 4 15 5 16 6 17 7 18 8 19 9 20 10 21 根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求，施工期為每年 11月～次年 2 月，由于無(wú)實(shí)測(cè)水文資料，本次采用暴雨推算洪水的方法來(lái)推算施工期洪水，施工期 (11～ 2 月 )設(shè)計(jì)暴雨根據(jù)鄰近懷化雨量站建站～ 2021 年暴雨資料進(jìn)行頻率計(jì)算推求， P=20%施工期 (11～ 2 月 )24 小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨為 ；施工期 (11～ 2 月 )設(shè)計(jì)洪水按推理公式法計(jì)算， 其中初損取 I0＝0mm， R 上 /R 總 ＝ ，經(jīng) 計(jì)算施工期 (11～ 2 月 ) 設(shè)計(jì)最大流量為 ， 24 小時(shí)洪水總量 萬(wàn) m3。 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算 水庫(kù)調(diào)度原則 本次計(jì)算采用無(wú)泄量控制的方式，從正常蓄水位 300m 起調(diào)，當(dāng)入庫(kù)流量大于溢洪道的泄流能力時(shí)，庫(kù)水位上漲，水庫(kù)滯洪；至入庫(kù)洪水流量等于溢洪道的泄流能力時(shí)，水庫(kù)水位達(dá)到該次洪水的最高水位；隨后，入庫(kù)洪水流量小于溢洪道的泄流能力，庫(kù)水位下降。為安全起見(jiàn)，泄流量中不計(jì)灌溉流量。 調(diào)洪基本方程： 21*2 21*2 21 VVtqqt ???????20 基本資料 1）庫(kù)容曲線采用原設(shè)計(jì)成果 ， 成 果見(jiàn)表 及圖 。 表 四十灣 水庫(kù)庫(kù)容曲線表 庫(kù)水位（ m） 庫(kù)容（萬(wàn) m3） 0 四十灣水庫(kù)庫(kù)容曲線2652702752802852902953003050 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380庫(kù)容(萬(wàn)m3)庫(kù)水位(m) 圖 2）泄流曲線 根據(jù) 四十灣 水庫(kù)溢洪道的實(shí)際情況，按照《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》的公式對(duì)其泄流能力進(jìn)行復(fù)核。泄流曲線未考慮引水灌溉泄流能力。計(jì)算公式如下 : 式中 Q 流量， m3/s； B 溢流堰總凈寬， m； b 單孔寬度， m； 2/32 Os HgBcmQ ???? ?? ? nbHnk ??? ????21 n 閘孔數(shù)目； H0 計(jì)入行近流速水頭的堰上總水頭， m； g 重力加速度， m/s2； m 二維水流 WES實(shí)用堰堰流量系數(shù)； c 上游堰坡影響系數(shù)； ε 閘墩側(cè)收縮系數(shù)； ξ k 邊墩形狀系數(shù)； σ s 淹沒(méi)系數(shù)。 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 ； 表 四十灣水庫(kù)泄流曲線表 Z（ m） 301 Q（ m3/s） 四十灣水庫(kù)泄流曲線3003010 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Q （m 3 / s ）Z（m）圖 3）洪水過(guò)程線見(jiàn)表 。 22 調(diào)洪計(jì)算 按以 上的基本 資料和調(diào)度原則，以正常蓄水位 起調(diào)，調(diào)洪結(jié)果如下表 。 表 四十灣水庫(kù)調(diào)洪結(jié)果表 洪水頻率（ %） 洪峰流量（ m3/s） 最高壩前水位（ m） 最大泄量（ m3/s） 2 5 原設(shè)計(jì)洪水位為 ，校核洪水位為 ，本次計(jì)算結(jié)果略高，以本次復(fù)核計(jì)算結(jié)果來(lái)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。 水庫(kù)抗洪能力復(fù)核 水庫(kù)大壩壩 頂高程復(fù)核 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SDJ2742021），以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》，水庫(kù)大壩的壩頂高程等于水庫(kù)靜水位與超高之和。根據(jù)水庫(kù)的實(shí)際情況，庫(kù)水位與超高按以下三種不同運(yùn)用條件計(jì)算，取相應(yīng)組合的最大值作為水庫(kù)大壩的設(shè)計(jì)壩頂高程。 1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高； 2）正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高， 3）校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高。 根據(jù)《規(guī)范》第 ，壩頂在水庫(kù)靜水位以上的超高應(yīng)按下式確定： 式中 Y —— 壩頂超高， m； R —— 最大波浪在壩坡上的爬高， m； e —— 最大風(fēng)壅水面高度， m； A—— 安全加高， m；正常運(yùn)用情況取 A=，非常運(yùn)用情況取 A=。 （ 1）波浪爬高 R 計(jì)算 按蒲田試驗(yàn)站公式計(jì)算 AeRY ???RpP KR ?23 波浪平均爬高 式中 ?K —— 斜坡的糙率滲透性系數(shù)，根據(jù)護(hù)坡類型查得 WK —— 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由風(fēng)速 W、坡前水深 H、重力加速度 g 所組成的無(wú)維量 按附表（ ）確定。根據(jù)計(jì)算查表得 ?WK 。 h? —— 平均浪高，利用官?gòu)d水庫(kù)公式計(jì)算， W —— 多年最大風(fēng)速， D —— 吹程， 1km ?? —— 風(fēng)浪平均波長(zhǎng) m —— 壩坡系數(shù)，取 m= （ 2）風(fēng)壅水面高度 風(fēng)沿水域吹過(guò)所形式的水面升高即為風(fēng)壅水面高度，按下式計(jì)算： 式中 e —— 計(jì)算點(diǎn)處的風(fēng)壅水面高度（ m）； k —— 綜合摩阻系數(shù)，取 k= 106； W —— 水面上 10 米處的風(fēng)速，取 ； F —— 從計(jì)算點(diǎn)作水域中線的平行線與對(duì)岸的交點(diǎn)到計(jì)算點(diǎn)的距離（ m）； H —— 水域平均深度（ m）； ? —— 風(fēng)向與水域中線的夾角（度）。 經(jīng)計(jì)算，正常及非常運(yùn)用情況下所需壩頂高程如表 所示。 ????? ??? hR mKK W21gHW??K3/14/ DWh ???cos2 2gHDkWe ?24 表 大壩壩頂高程復(fù)核計(jì)算成果表 項(xiàng)目 計(jì)算情況 庫(kù)水位 （ m） 風(fēng)浪爬高 （ m） 水面壅高 （ m） 安全加高（ m） 計(jì)算壩頂高程（ m） 設(shè)計(jì)洪水位 正常蓄水位 校核洪水位 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，四十灣水庫(kù)大壩壩頂高程不得低于 ，大壩現(xiàn)有壩頂高程為，未能滿足擋洪要求。 溢洪道控制段導(dǎo)墻頂部高程復(fù)核 四十灣水庫(kù)溢洪道為開(kāi)敞式無(wú)閘門(mén)控制，根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL253— 2021） 規(guī)定，溢洪道控制段導(dǎo)墻頂部高程在泄洪時(shí)不得 低于校核洪水位加安全超高，因此四十灣水庫(kù)溢洪道控制段導(dǎo)墻頂部高程不得低于 ，而現(xiàn)有擋墻頂高程為 ，不滿足行洪要求；在擋水時(shí)不低于設(shè)計(jì)洪水位加波浪計(jì)算高度和安全超高 ，不滿足擋洪的要求。 25 3 工程地質(zhì) 四十灣 水庫(kù)于 1977年 9月 動(dòng)工 興 建， 1979年 12 月 投入運(yùn)行 。限于 當(dāng)時(shí) 的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件和 施工條件 ，加之施工質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，導(dǎo)致 工程質(zhì)量 本身先天不足。 為此，懷化市鶴城區(qū)水利局于 2021 年 12 月，委托我院承擔(dān)了 四十灣 水庫(kù)工程地質(zhì)勘察工作，并于 2021 年 4月出具安全 評(píng) 價(jià) 報(bào)告。 2021 年 4月 26 日， 懷化市 水利 局 組織 有關(guān) 專家對(duì) 本工程 進(jìn)行了 安全鑒定， 鑒定主要結(jié)論為： （ 1）大壩內(nèi)、外壩坡上部較陡，內(nèi)坡無(wú)防浪巖坡，浪蝕嚴(yán)重，局部出現(xiàn)沖刷塌陷現(xiàn) 。外坡面無(wú)排水設(shè)施，坡面水土流失嚴(yán)重；大壩無(wú)排水棱體。 （ 2）大壩壩基和壩肩存在滲漏問(wèn)題，壩體局部滲透系數(shù)偏大，存在壩體滲漏現(xiàn)象。 （ 3）大壩在正常運(yùn)行情況下，上、下游壩坡最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)不滿足規(guī)范要求。在非正常運(yùn)行情況下，上游壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。 （ 4）涵、臥管管身多處斷裂、穿孔，漏水嚴(yán)重。 （ 5）溢洪道進(jìn)口兩岸山坡較 陡，常有滑坡，下游未設(shè)消能防沖設(shè)施。 （ 6）大壩壩體上無(wú)任何觀測(cè)設(shè)施，影響大壩安全監(jiān)測(cè)工作。 （ 7） 防汛公路為單行道土路，彎多坡陡，路面高低不平，睛通雨陰，防汛搶險(xiǎn)困難。 （ 8）無(wú)辦公樓，防汛倉(cāng)庫(kù)破損嚴(yán)重。 鑒于本工程存在上述較嚴(yán)重的問(wèn)題，依據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)