水文及水库特征水位.doc

2 水文水文及水库特征水位及水库特征水位 2 1 流域概况流域概况 罗汉洞水库位于彭州市西北部桂花镇境内 水库大坝修建在土溪河右岸一级 支流一无名沟上 大坝控制无名沟的集雨面积 4 9km2 控制无名沟长度 6 01km 从分水岭量算至坝址 河道比降为 19 0 罗汉洞水库于 1956 年 1 月 动工兴建 于当年建成蓄水运行 水库设计总库容 40 97 万 m3 有效库容 24 85 万 m3 是一座以灌溉为主兼有防洪 水产养殖等综合利用要求的小 2 型水库 土溪河流域上从来没有设立过雨量站 气象站 只有邻近的湔江干流上设 立了白果坪雨量站 大宝雨量站和关口水文站 根据三个站的实测资料分析 湔 江流域多年平均降水量为 988 7mm 1409 1mm 降水量随地面高程的上升而呈 增加的趋势 年降水量主要集中在七 八 九三个月 三个月的降水量约占全年 的 60 左右 土溪河流域靠近鹿头山暴雨区的腹心地带 夏季多暴雨 暴雨发生在每年 的 6 9 月 邻近流域雨量站实测 24 小时暴雨量有达 24 856 6mm 的记录 土溪河流域无实测气温 蒸发 湿度等资料 仅将关口水文站和彭州市气 象站的实测资料作详细的统计分析 供有关专业参考 彭州市气象站实测多年平均气温为 15 6 实测年极端最高气温为 36 9 实测年极端最低气温为 6 2 实测最大风速为 15 5m s 多年平均风速为 12 m s 实测多年平均年相对湿度为 83 多年平均蒸发量为 913 7mm 关口水文 站实测多年平均年蒸发量为 675 9mm 罗汉洞水库的径流主要源于降水 每年的 1 2 月由流域内的深层地下水补 充河川径流 3 5 月由降水和地下水共同补给河川径流 6 10 月的罗汉洞水库 中的径流量较大 主要由降水补给径流 11 12 月 罗汉洞水库中径流量逐渐 减少 由降水和浅层地下水共同补给径流 据湔江 关口水文站多年实测径流资 料分析 径流量与降水量同步 年径流量主要集中在 6 9 月 四个月的径流量 占年径流量总量的 65 关口站 集雨面积 625km2 实测瞬时最大流量为 4490m3 s 最小流量 2m3 s 罗汉洞水库雨洪关系密切 由暴雨产生洪水 土溪河流域靠近鹿头山暴雨 区的腹心地带 每年的六 九月都要发生大暴雨 由于土溪河流域暴雨强度较大 河流比降大 因此 罗汉洞水库汛期河水浑浊 推移质和悬移质较多 土溪河是典型的山溪型河流 洪水陡涨陡落 过程线尖瘦 洪水特性是峰 高量小 常年洪 枯水位变幅为 0 5 1m 一次洪水过程一般历时约为 1 天 距罗汉洞水库较远的湔江干流上设立了白果坪 大宝雨量站 在湔江的出 山口设立了关口水文站 在邻近流域石亭江的出山口设立了高景关水文站 在绵远河出山口设立了 汉王场水文站 在白沙河 属岷江水系 河口附近设立了杨柳坪水文站 在湔江 干流下游的沱江干流上设立了三皇庙水文站 现将罗汉洞水库邻近的各个测站的测验项目及实测资料年限统计在表 2 1 中 供罗汉洞水库水文分析计算选用 罗汉洞水库邻近流域水文站 雨量站统计表 表 2 1 测 站 名 称观 测 年 限观 测 项 目 白 果 坪 1965 年 1961 年 1963 年 至今 雨 量 大 宝1966 年 至今雨 量 关 口 1952 年 至今 1956 年 58 年 1960 年 1968 年 至今 1952 年 1958 年 1960 至今 雨 量 流 量 水 位 高 景 关 1951 年 至今 1956 年 至今 1956 年 1960 年 1967 年 至今 雨 量 水 位 流 量 汉 王 场 1954 年 至今 1954 年 至今 1956 年 1959 年 1962 年 至今 雨 量 水 位 流 量 杨 柳 坪 1961 年 至今 1954 年 至今 1954 年 至今 雨 量 水 位 流 量 三 皇 庙 1941 年 至今 1941 年 至今 1941 年 至今 1941 年 至今 雨 量 水 位 流 量 泥 沙 从表 2 1 中可见 除关口水文站外 其余的水文站 雨量站都距罗汉洞水库 很远 其水文观测资料对罗汉洞水库而言无代表性 不能移用至罗汉洞水库 关口水文站虽然距罗汉洞水库很近 但关口水文站是大河测站 控制流域面 积 625km2 其实测的洪水 径流资料不能移用至罗汉洞水库 由于关口雨量站 的高程比土溪沟流域低 200m 左右 故关口雨量站的实测资料对罗汉洞水库来说 也缺乏代表性 流域水系见附图 2 1 2 2 基本资料的收集 复核基本资料的收集 复核 在本次震损水库除险加固工程设计中对罗汉洞水库进行了复核 其复核内容 如下 彭州市罗汉洞水库枢纽工程基本资料表 表 2 2 序 号名 称特 性备 注 一 流域特征 1所在水系湔江 2所在河流土溪河 3控制流域面积4 9km2 4河道长度6 01km 5坡降19 6多年平均蒸发量913 7mm 二 水文气象特征 1年降雨量988 1409 1mm 2年径流量416 5 万 m3 320 年一遇洪量99 99 万 m3 4200 年一遇洪量164 49 万 m3 三 水位特征 1设计洪水位667 09m 2校核洪水位667 93m 3正常蓄水位667 00m 4死水位664 00m 四 库容特征 1总库容40 97 万 m3 2兴利库容24 85 万 m3 3死库容3 12 万 m3 五 大坝特征 1坝型均质土坝 2坝顶高程669 80m 3最大坝高15m 4坝顶长64m 5坝顶宽度3 0m 6坝底宽度76 0m 六 溢洪道 1底板高程665 00m 2闸孔数3 孔 2m 七 放水设施 1放水涵卧管和放空冲沙洞共 1 处 八 灌区特征 1设计灌溉面积1350 亩 2现有灌溉面积1350 亩 经过复核其库容 河流特征 工程特性与安全鉴定一致 与 三查三定 资 料一致 2 3 洪水洪水 2 3 1 工程等工程等级级及洪水及洪水标标准准 罗汉洞水库是一座以灌溉为主 兼有防洪 水产养殖等综合效益的水库枢纽 工程 水库总库容 40 97 万 m3 最大坝高 15m 坝型为均质土坝 根据 水利 水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 的规定 罗汉洞水库属五等小 二 型水库工程 主要建筑物为 5 级 次要建筑物为 5 级 主要建筑物 均质土坝 放水设施 溢洪道 次要建筑物 对外交通公路等 根据 水利水电工程等级划分及洪水标准 SL252 2000 的划分 罗汉 洞水库设计洪水标准为 20 年一遇 校核标准为 200 年一遇洪水 2 3 2 设计设计洪水复核洪水复核计计算算 2 3 2 1 设计暴雨设计暴雨 罗汉洞水库外的水文站 雨量站的实测暴雨资料不能反映出罗汉洞水库的 实际情况 不能移用至罗汉洞水库 罗汉洞水库内无实测水文资料 故按无资料地区的洪水计算方法 计算罗 汉洞水库的设计洪水 罗汉洞水库的设计暴雨采用 四川省中 小流域暴雨洪水计算手册 中刊 布的相关图表计算 根据其地理位置计算罗汉洞水库的设计暴雨量 在四川省最大 1 6 小时 年最大 1 小时 年最大 6 小时 年最大 24 小时暴 雨量均值的等值线图上查得 罗汉洞水库所在小流域的 H1 6 H1 H6 H24分别 为 16mm 50mm 90mm 120mm 在四川省年最大 1 6 小时 最大 1 小时 年最大 6 小时 年最大 24 小时暴 雨变差系数 CV等值线图上查得罗汉洞水库 CV1 6 CV1 CV6 CV24分别为 0 35 0 35 0 47 0 57 罗汉洞水库指定频率的设计暴雨量见表 2 3 罗汉洞水库设计暴雨成果表 表 2 3 单位 mm 1 6 h160 353 5CV 1h500 353 5CV 6h900 473 5CV 24h1200 573 5 CV 2 3 2 2 设计洪峰流量的推求及合理性检查设计洪峰流量的推求及合理性检查 根据 水利水电工程设计洪水计算规范 SL44 93 的有关规定 当流域面积 小于 1000km2 无实测洪水资料的地区 可以采用暴雨资料推求设计洪水 因此 彭州市罗汉洞水库的入库洪水拟用中国水利科学院推荐的推理公式 采用暴雨资 料计算罗汉洞水库的入库洪峰流量 1 推理公式的基本关系式 水科院推荐的推理公式 适用于全面产流条件下的全面汇流和部分汇流两种 情况 公式的形式为 Q 当全面汇流条件下 tC时 当部份汇流条件下 tC时 o 1 4 n 式中 Q 最大流量 m3 s 洪峰径流系数 i 最大平均暴雨强度 mm h S 暴雨雨力 即最大一小时暴雨量 mm h F S iF n 278 0 n S 1 n C t n 1 n C S nt 1 1 4 1 4 4 3 1 4 3 n 278 0 n n n o SF L mj n 暴雨公式指数 F 集雨面积 km2 L 河流长度 km J 河道平均平降 流域汇流时间 h O 当 1 的流域汇流时间 h tC 产流历时 h 产流参数 即产流历时内流域平均入渗强度 mm h m 汇流参数 2 计算参数 流域特征值 F L J 经量算罗汉洞水库所在的小流域的特征值为 水库控制的集雨面积 F 4 90km2 水库控制的河流长度 L 6 01km 河流的平均比降 J 19 从罗汉 洞水库大坝量至分水岭 暴雨参数 S n 由于彭州市罗汉洞水库的洪水汇流时间在 24 小时范围内 故罗汉洞水库 所在流域的暴雨公式应采用短历时的计算式计算 产流参数 设计流域处于青衣江 鹿头山 相对高差一般在 200m 以上 地势较陡 植被较好 产流参数的平均值按下式计算 6 F 0 19 CV 0 15 CS 3 5CV 汇流参数 m 经计算 罗汉洞水库所在流域的 值为 15 14 按 四川省水文手册 中的计 算公式算得罗汉洞水库的汇流参数 m 为 0 61 3 罗汉洞水库的入库洪峰流量 利用前面分析计算的参数和水科院推荐的推理公式 用解析法计算指定频率 的洪峰流量 彭州市罗汉洞水库不同频率的入库洪峰流量计算成果见表 2 4 罗汉洞水库入库洪峰流量计算成果表 表 2 4 指定频率 P 0 501 005 010 0 入库洪峰流量 m3 s 69 461 241 933 6 注校核标准设计标准 4 计算成果合理性分析 罗汉洞水库属无实测水文资料地区 按照 四川省中 小流域洪水计算手 册 中的有关规定 采用推理公式计算罗汉洞水库的设计洪水是合符水文计算规 范的 暴雨参数及产汇流参数都是在已获审批的相关图表中查算的 罗汉洞水库 的流域特征值是在 1 10000 的航测图是量算的 综上所述 用推理公式计算罗汉洞水库的设计洪水 计算方法正确 暴雨 参数取值基本合理 设计洪峰流量 校核洪峰流量成果具有一定的精度 可供罗 汉洞水库调洪演算 2 3 2 3 设计洪水过程线设计洪水过程线 1 用暴雨推求洪水总量 1 计算设计暴雨历时 罗汉洞水库控制小流域的集雨面积为 4 90km2 根据实际调查 罗汉洞水库 的入库洪水基本上都是单峰洪水 因此 按单峰洪水计算罗汉洞水库的设计暴雨 历时 经计算罗汉洞水库的设计暴雨历时为 19 04 小时 暴雨历时以小时计算 2 计算设计暴雨量 因为罗汉洞水库的暴雨历时在 6 24 小时范围内 则西河水库的设计暴雨 量按下式计算 Htp SPt1 n3 式中 Htp 设计暴雨量 mm SP 雨力 mm h SP H6P 13 6 n t 暴雨历时 20 小时 n3 暴雨公式指数 2 设计洪水总量计算 根据前面推求罗汉洞水库的设计暴雨量 计算罗汉洞水库的设计洪水总量 计算公式如下 WP 0 1 HtpF 万 m3 式中 WP 设计洪水总量 万 m3 Htp 历时为 T 设计暴雨量 mm F 集水面积 km2 暴雨径流系数 暴雨径流关系分区为 1 区 罗汉洞水库各种频率的设计洪水总量计算成果见表2 5 彭州市罗汉洞水库不同频率洪水 洪量成果表 表 2 5 P QP m3 s WP 104m3 备 注 0 569 4164 49校核洪水 1 0061 2144 57 5 0041 999 99设计洪水 10 0033 679 86 3 设计洪水过程线 根据前面用推理公式计算的最大流量 QP 用历时设计暴雨量计算的洪水 总量 WP 由下式计算 TP 设计洪水过程线 Qt t 用下面关系式计算 y x为所需要的概化洪水过程线模型 查表可得 用上式计算的 Qt t 即可到彭州市罗汉洞水库设计频率为 0 5 5 的设计洪水过程线和校核洪水 过程线 罗汉洞水库 P 0 5 5 的洪水过程线见表 2 6 见图 2 2 罗汉洞水库设计洪水过程线 表 2 6 P 0 5 P 5 序号 t 小时 Qt m3 s t 小时 Qt m3 s 备 注 10 0000 000 p p P Q W T P P xTt yQQ 20 653 470 662 10 30 856 940 854 19 41 1813 91 188 39 51 5027 81 5116 8 61 8341 61 8425 2 72 1555 52 1633 6 82 3565 92 3639 8 92 6169 42 6241 9洪峰流量 103 2065 93 2139 8 113 9255 53 9333 6 125 0941 65 1125 2 136 9827 87 0216 8 1411 7513 911 808 39 1516 976 9417 054 19 1620 893 4720 982 10 1725 45025 570 2 3 3 水水库库洪水洪水调节计调节计算及算及坝顶坝顶高程复核高程复核 2 3 3 1 水库洪水调节计算水库洪水调节计算 1 罗汉洞水库正常高水位 罗汉洞水库是土溪沟右岸一级支流上的一个拦蓄水库 有效蓄水位为 667 00m 蓄水库容 27 97 万 m3 死水位 664 00m 死库容 3 12 万 m3 兴利库容 24 85 万 m3 罗汉洞水库为下游提供约 1350 亩农田灌溉用水 罗汉洞水库自 1956 年建 成蓄水运行至今 有效蓄水位为 667m 的蓄水库容基本能满足下游灌区农业生产 的需要 故本次大坝安全评价对罗汉洞水库有效蓄水位 667m 不作调整 2 罗汉洞水库入库洪水 根据 2 3 2 节的分析计算成果 彭州市罗汉洞水库入库洪水 P 5 P 0 5 的设计洪峰流量 校核洪峰流量及洪水总量统计在表 2 7 中 彭州市罗汉洞水库洪水计算成果表 表 2 7 P 5 0 P 0 5 水库名称 流量 m3 s 洪量 万 m3 流量 m3 s 洪量 万 m3 罗汉洞水库41 999 9969 4164 49 罗汉洞水库 P 5 0 5 的设计洪水过程线和校核洪水过程线见图 2 2 3 调洪演算 调洪演算公式 罗汉洞水库调洪演算的计算公式如下 Q1 Q1 q1 q2 t t V2 V1 V 2 2 式中 Q1 上游断面时段初的 入 流量 Q2 上游断面时段末的 入 流量 q1 下游断面时段初的 出 流量 q2 下游断面时段末的 出 流量 V1 河段在时段初的蓄水量 V2 河段在时段末的蓄水量 V t 时段内的槽蓄变量 罗汉洞水库下泄流量关系曲线 罗汉洞水库采用溢洪道下泄洪水 溢洪道底板高程为 65 00m 净过水宽 度为 6m 溢洪道的下泄流量按下式计算 Q 1mb 2g 1 2H03 2 式中 Q 水库下泄流量 m3 s m 宽顶堰型自由出流的流量系数 1 闸门开启高度 m b 溢流堰闸孔净宽 m HO 堰顶全水头 m 罗汉洞水库库容曲线 水位面积曲线 罗汉洞水库采用实测的 1 1000 地形图计算的水库 库容关系曲线 罗汉洞水库 H V 关系曲线见表 2 8 见附图 2 3 罗汉洞水库库容曲线 表 2 8 水位 m 库容 万 m3 备 注 660 80 000 661 00 005 662 00 217 663 00 946 664 03 115 死水位 665 09 488 666 017 19 667 027 97 有效蓄水位 668 042 14 669 060 32 670 081 38 调洪演算 罗汉洞水库拦截河道的集雨面积 4 90km2 水库设溢洪道 底板高程为 665 00m 罗汉洞水库汛前限制水位 665 00m 作为罗汉洞水库调洪演算的起 调水位 相应的蓄水库容为 9 49 万 m3 彭州市罗汉洞水库是一座小 2 型水库 水库大坝为均质土坝 根据中 华人民共和国国家标准 防洪标准 GB50201 94 中的有关规定 罗汉洞 水库的防洪标准按 30 20 年一遇的洪水设计 按 300 200 年一遇的洪水 校核 本安全鉴定采用 20 年一遇的洪水设计 200 年一遇的洪水校核 20 年一遇的入库洪峰流量为 41 9m3 s 入库洪水总量为 99 99 万 m3 洪水过程线见附图 2 2 200 年一遇的入库洪峰流量为 69 4m3 s 入库洪水 总量为 164 49 万 m3 洪水过程线见附图 2 2 以罗汉洞水库汛前限制水位 665 00m 为起调水位 在 P 0 5 校核洪 水情况下 入库最大流量为 69 4m3 s 溢洪道下泄最大流量为 46 6m3 s 校 核库水位为 667 93m 校核洪水位以下库容为 40 97 万 m3 在 P 5 0 设计 洪水情况下 入库最大流量为 41 9m3 s 溢洪道下泄最大流量为 28 2m3 s 设计库水位 667 09m 设计洪水位以下总库容为 29 14 万 m3 彭州市罗汉洞水库调洪演算成果见表 2 9 彭州市罗汉洞水库调洪演算成果表 表 2 9 频率 入库流量 m3 s 最高库水 位 m 最大下泄 流量 m3 s 最大库容 万 m3 削峰流量 m3 s P 0 5 69 4667 9346 640 9722 8校核标准 P 5 0 41 9667 0928 229 1413 7设计标准 2 3 3 2 坝顶高程复核坝顶高程复核 1 最大风壅水面高度 e 水库库面上 10m 处多年平均最大风速 W 15 5m s 风区长度 D 400m 坝迎 水面浆砌卵石护坡 洪水位段坝坡坡率 m 3 0 以及坝前平均水深 H 13 0 等资料 参考部颁 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 计算坝顶超高 考虑风速时非常 运用情况按多年平均最大风速计 有效运用情况下 5 级建筑物按多年平均最大风速 的 1 5 倍计 按 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 推荐的 A 1 10 公式 e KW2Dcos 2gHm 计算风壅水面高度 经计算 正常情况 e正 0 31 10 3m 非常情况 e非 0 14 10 3m 2 设计频率波浪爬高 RP 1 计算频率为 2 波高 hp和平均波长 Lm 罗汉洞水库地处丘陵地区 查 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 按鹤 地水库公式 和 计算频率为 2 波高 hp和平均波长 Lm 3 1 2 6 1 2 5 00625 0 W gD W W gh 2 1 22 0386 0 W gD W gLm 经计算 正常情况下 h2 0 5m Lm 5 73m 非常情况下 h5 0 27m Lm 3 82m 2 计算平均波高 hm 查 碾压式土石坝设计规范 SL274 2001 表 A 1 8 计算得 正常情况下 hm 0 53m 非常情况下