某水库大坝暴雨计算调洪计算.doc

目 录2 基本资料22.1 自然条件22.1.1 地貌22.1.2 水文气象22.2 地区社会经济概况22.3 建筑基础资料32.3.1 大坝32.3.2 溢洪道32.3.3 放水涵洞32.3.4 水库库容曲线32.3.5 水库特征水位与特征库容42.4 库区工程地质42.4.1 工程地质条件42.4.2 岩土参数42.4.3 地震烈度54 防洪标准复核64.1 设计暴雨64.1.1 设计点暴雨64.1.2 设计面暴雨64.1.3 面暴雨过程与净雨过程的推求74.2 用推理公式推求设计洪水84.3 调洪演算134.4 坝顶高程复核17182 基本资料2.1 自然条件2.1.1 地貌dadada水库位于赣榆县西北部丘陵区，地貌复杂，集水区地形西高东低。水库集水面积为2.32km2，干流长度为1.47km，干流比降为0.02837 。2.1.2 水文气象本地区处于中纬度，属于温带和北亚热带过渡地带，既有温暖带气候特征，又具有北亚热带气候特征，季风气候显著，东冷夏热，四季分明，冬季气候寒冷干燥，夏季潮湿多雨，气温偏高。降雨主要集中在7、8、9三个月，三个月的总降雨量占全年总降雨量的2/3左右。全年降水天数平均为8090天，日降雨量大于等于50毫升的暴雨、大暴雨和特大暴雨的天数集中在每年的7、8月份。本区多风，夏季多大风，疾风，一般风向为东或东北风，风力三级左右，最大风力11级，多年平均最大风速为14.7m/s 。2.2 地区社会经济概况赣榆是全国最早的沿海开放县之一，位于江苏省东北端，隶属江苏省连云港市，东临黄海，西与山东省临沂市接壤，北通青岛，南接新亚欧大陆桥东桥头堡连云港。全县18个镇，总面积为1402.5平方公里。据2001年统计，全县人口为105.83万人，耕地面积6.68万公顷，工农业总产值为254.81亿元，其中农林牧渔总产值为42.40亿元，粮食产量为30.98万吨，农民人均纯收入为2941元。全县有62.5公里黄金海岸，1.53万公顷滩涂，7.2万公顷浅海域，7000平方公里近海渔场。平原地区土壤肥沃，小麦、水稻、花生等品质优良。山岭地区盛产板栗、山楂、银杏等优质果品，已形成10万亩用材林和15万亩经济林。赣榆县山丘区面积约占总面积的1/3，缺水是制约该地区农业和经济发展的重要因素，因此充分发挥小型水库的调蓄功能，对发展山丘区的农业生产和改变山丘区贫苦落后面貌具有十分重要的作用。2.3 建筑基础资料2.3.1 大坝该水库大坝为均质土石坝，最大坝高为13.5m，坝顶高程78.0m，坝顶挡浪墙高0.8m，坝顶宽5m，坝顶长400m。迎水坡采用干砌块石护坡，铺满迎水坡，背水坡无护坡，坝基防渗型式为粘土铺盖。大坝坝坡坡比为迎水坡1：2.86，背水坡为1：2.38，背水坡74m高程处有一11m宽戗台，坡面无排水系统，坝脚也无贴坡反滤排水设施。2.3.2 溢洪道溢洪道为开敞式、无护砌土质溢洪道，位于大坝北端，堰顶高程为76.2m，底宽20m，最大泄流量75.79 m3/s 。2.3.3 放水涵洞水库有灌溉输水涵洞一座，洞身结构为浆砌块石槽身、条石盖板结构、断面尺寸为0.8m0.5m(高宽)，进口底板高程为71.6m，使用18寸放水闸阀控制，建有闸房1间。2.3.4 水库库容曲线（1）水位面积曲线根据库区的实测地形图，水位面积关系曲线，见表2-1 。表2-1 dadada水库水位面积关系曲线水位（m）67.10 68.169.170.171.172.1面积（万m2）0.0 1.0 2.0 4.4 5.8 7.8 水位（m）73.10 74.175.176.177.178.1面积（万m2）9.6 11.6 13.4 17.0 20.0 25.2 （2）水位库容曲线水位库容关系曲线，见表2-2 。表2-2 dadada水库水位库容关系曲线水位（m）67.168.169.170.171.172.1库容（万m3）00.525.210.317.1水位（m）73.174.175.176.177.178.1库容（万m3）25.836.448.964.182.6105.22.3.5 水库特征水位与特征库容死水位： 71.6m，死库容： 13.7万m3；兴利水位： 76.2m，兴利库容：53.2万m3；设计洪水位：77.45，对应库容：90.5万m3；校核洪水位：77.98，调洪库容：36.5万m3；水库总库容：102.5万m3。2.4 库区工程地质2.4.1 工程地质条件本场地岩土可分为2个单元，其单元又分为2个亚单元。自上而下单元情况如下。单元素填土，以粉质粘土为主，局部为粉土或粘土，局部夹杂大量砂粒，存在灰色薄层砂层段，均匀性差，主要赋存上层滞水及毛细水，在洪水期本层下部赋存有潜水，本层透水性差异较大，为中等强隔水层。厚度2.513.0m，平均7.8m。-1单元墙风化斜长角闪岩，发育有少量的节理、裂隙，内含丰富的裂隙水，为弱含水层。厚度4.59.3m，平均6.5m。-2单元中风化斜长角闪岩，发育有少量的节理、裂隙，内含少量的裂隙水，为弱隔水层。2.4.2 岩土参数岩土的物理性质参数、压缩性指标和抗剪强度指标分别见表2-3、表2-4。表2-3 岩土的物理性质参数表层号岩土名称含水量土重度孔隙比液限塑限塑性指数液性指数W（%）（kN/ m）eWL(%)WP(%)IP(%)IL素填土（坝体）2019.40.7234.918.816.10.15-1强风化斜长角闪岩20-2中风化斜长角闪岩26表2-4 土的抗剪强度指标表层号岩土名称统计指标饱和快剪强度粘聚力C（kPa）内摩擦角()素填土（坝体）平均值509.5标准值40.38.7-1强风化斜长角闪岩平均值1838-2中风化斜长角闪岩2.4.3 地震烈度根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），该水库所在地地震动峰值加速度为0.1g，相当于度地震烈度。4 防洪标准复核4.1 设计暴雨4.1.1 设计点暴雨根据江苏省暴雨洪水图集（下简称图集），图十一十五，查得赣榆县24小时年最大点暴雨量均值为123mm，Cv为0.56；6小时年最大点暴雨量均值H6为86mm，Cv为0.55；1小时年最大点暴雨均值为55mm，Cv为0.5 。设计防洪标准情况下的设计点暴雨按下式计算：式中：设计点雨量；最大点暴雨均值；模比系数（见表4-1）。表4-1 模比系数值（Cs=3.5Cv）重现期（年）暴雨历时（h）2461202.12 2.10 1.99 2003.39 3.34 3.06 所以，20年一遇波暴雨 ：1232.12=260.76(mm)862.10=180.60(mm)551.99=109.45(mm)200年一遇暴雨：1233.39=416.97(mm)863.34=287.24(mm)553.06=168.30(mm)4.1.2 设计面暴雨对于集水面积小于10km2的小型水库，可以以点暴雨作为面暴雨，即点面这折算系数取1.0，dadada水库集水面积只有2.32 km2，因此以点暴雨作为面暴雨。4.1.3 面暴雨过程与净雨过程的推求雨型分配查图集附表九，采用初损后损法推求净雨过程，查图集，在最大24小时净雨计算中，只扣后损，且按每个时段减1mm计，设计标准和校核标准情况下的净雨过程分别见计算表4-2，4-3 。表4-2 二十年一遇设计暴雨净雨雨型分配表ti(=1h)毛雨过程（mm）净雨过程（mm）15.61 4.61 25.61 4.61 36.41 5.41 46.41 5.41 56.41 5.41 66.41 5.41 77.21 6.21 87.21 6.21 97.21 6.21 1011.38 10.38 1111.38 10.38 1211.38 10.38 1322.77 21.77 14109.45 108.45 1514.23 13.23 167.21 6.21 177.21 6.21 187.21 6.21 合计260.71 242.71 表4-3 二百年一遇设计暴雨净雨雨型分配表ti(=1h)毛雨过程（mm）净雨过程（mm）19.08 8.08 29.08 8.08 310.38 9.38 410.38 9.38 510.38 9.38 610.38 9.38 711.68 10.68 811.68 10.68 911.68 10.68 1019.03 18.03 1119.03 18.03 1219.03 18.03 1338.06 37.06 14168.30 167.30 1523.79 22.79 1611.68 10.68 1711.68 10.68 1811.68 10.68 合计417.00 399.00 4.2 用推理公式推求设计洪水（1）查诺模图求出Qm：求汇流历时：查图集，苏北山丘区汇流时间公式为，其中式中：F水库的集水面积，km2；J干流比降，万分率。所以h取汇流时间=1h。根据查图集附图二十七1得a=0.278，b=0 。确定模数：设计标准下校核标准下（2）计算洪水过程线洪水过程线采用多峰概化三角形过程线法。分段计算各段的净雨量，洪峰流量，洪量，及底宽T，为净雨历时，为汇流历时。式中：时段洪峰流量，m3/s；时段净雨量流量，mm；时段洪量，万m3/s；水库集水面积，km2；时段量；时段洪水底宽，h。为简化起见，取汇流时间=1h。净雨分段时应控制最大雨峰。计算过程分别见表4-4和表4-5 。表4-4 设计条件下的概化三角形计算表（小时）R（mm)Qm（m3/s）W(万m3/s)T(小时）114.612.97 1.07 2 214.612.97 1.07 2 315.413.49 1.26 2 415.413.49 1.26 2 515.413.49 1.26 2 615.413.49 1.26 2 716.214.01 1.44 2 816.214.01 1.44 2 916.214.01 1.44 2 10110.386.69 2.41 2 11110.386.69 2.41 2 12110.386.69 2.41 2 13121.7714.04 5.05 2 141108.4569.95 25.16 2 15113.238.53 3.07 2 1616.214.01 1.44 2 1716.214.01 1.44 2 1816.214.01 1.44 2 表4-5 校核条件下的概化三角形计算表（小时）R（mm)Qm（m3/s）W(万m3/s)T(小时）118.085.21 1.87 2 218.085.21 1.87 2 319.386.05 2.18 2 419.386.05 2.18 2 519.386.05 2.18 2 619.386.05 2.18 2 7110.686.89 2.48 2 8110.686.89 2.48 2 9110.686.89 2.48 2 10118.0311.63 4.18 2 11118.0311.63 4.18 2 12118.0311.63 4.18 2 13137.0623.90 8.60 2 141167.3107.90 38.81 2 15122.7914.70 5.29 2 16110.686.89 2.48 2 17110.686.89 2.48 2 18110.686.89 2.48 2 绘制分段三角形过程线，并叠加得洪水过程线。其中洪峰流量以查模诺图求出的为控制。设计情况和校核情况分别见表4-6、表4-7和图4-1和图4-2。表4-6 设计标准下分段三角形过程叠加为洪水过程线 单位：m3/s时段分段三角形过程线洪水过程12345678910111213141516171800.000.0012.970.002.9720.002.970.002.9730.003.490.003.4940.003.490.003.4950.00 3.49 0.00 3.4960.00 3.49 0.00 3.4970.00 4.01 0.00 4.0180.00 4.01 0.00 4.0190.00 4.01 0.00 4.01100.00 6.69 0.00 6.69110.00 6.69 0.00 6.69120.00 6.69 0.00 6.69130.00 14.04 0.00 14.04140.00 69.95 0.00 69.95150.00 8.53 0.00 8.53160.00 4.01 0.00 4.01170.00 4.01 0.00 4.01180.00 4.01 4.01190.00 0.00表4-7 校核标准下分段三角形过程叠加为洪水过程线 单位：m3/s时段分段三角形过程线洪水过程12345678910111213141516171800.00 0.00 15.21 0.00 5.21 20.00 5.21 0.00 5.21 30.00 6.05 0.00 6.05 40.00 6.05 0.00 6.05 50.00 6.05 0.00 6.05 60.00 6.05 0.00 6.05 70.00 6.89 0.00 6.89 80.00 6.89 0.00 6.89 90.00 6.89 0.00 6.89 100.00 11.63 0.00 11.63 110.00 11.63 0.00 11.63 120.00 11.63 0.00 11.63 130.00 23.90 0.00 23.90 140.00 107.90 0.00 107.90 150.00 14.70 0.00 14.70 160.00 6.89 0.00 6.89 170.00 6.89 0.00 6.89 180.00 6.89 6.89 190.00 0.00 图4-1 设计标准下洪水过程线 图4-2 校核标准下洪水过程线4.3 调洪演算采用单辅助线法对本水库进行调洪演算。调洪演算的基本原理是水量平衡和动力平衡，水量平衡可以表现为水库水量平衡方程，动力平衡可由水库蓄泄方程来反映。从起调开始，逐时段连续求解这两个方程，即可由入库流量过程Qt求得出库流量过程线qt。（1）水库水量平衡方程：式中 时段始、末的入库流量，m3/s；时段始、末的出库流量，m3/s；时段始、末的水库蓄水量，m3/s；计算时段，取1h。 将上式作如下变形：得到辅助线，见图4-3。图4-3 辅助线（2）计算和绘制水库蓄泄曲线溢洪道的泄洪能力计算公式为式中：q流量，m3/s；m流量系数，取m为0.34；g为重力加速度；侧收缩系数，取为1.0；溢洪道宽，m；H溢流堰堰顶水头，m。溢洪道堰顶高程为76.2m，具体就计算见表4-8 。表4-8 dadada水库q-v关系计算表库水位（m）堰顶水头H（m）泄流能力q（m3/s）总库容(万m3)堰顶以上库容V(万m3)v/t+q/2（m3/s）76.2 0.0 0.00 66.00 0.00 0.00 76.4 0.2 2.68 69.00 3.00 4.34 76.6 0.4 7.59 72.50 6.50 10.29 76.8 0.6 13.94 76.10 10.10 17.07 77.0 0.8 21.47 80.20 14.20 24.93 77.2 1.0 30.00 84.10 18.10 33.10 77.4 1.2 39.44 88.80 22.80 42.52 77.6 1.4 49.70 92.00 26.00 50.85 77.8 1.6 60.72 97.80 31.80 62.16 78.0 1.8 72.45 102.40 36.40 72.62 78.2 2.0 84.85 109.00 43.00 85.43 78.4 2.2 97.89 114.80 48.80 97.75 (3)推求qt及qm 推求下泄洪水过程线，计算过程见表4-9。表4-9 设计标准情况下泄洪过程线时间t(h)Q（Q+Q）/2qv/t+q/200.00 0.00 0.00 12.97 1.49 0.92 1.49 22.97 2.97 2.19 3.54 33.49 3.23 2.88 4.58 43.49 3.49 3.38 5.19 53.49 3.49 3.47 5.30 63.49 3.49 3.49 5.32 74.01 3.75 3.70 5.58 84.01 4.01 3.96 5.89 94.01 4.01 4.00 5.94 106.69 5.35 5.11 7.29 116.69 6.69 6.42 8.87 126.69 6.69 6.64 9.14 1314.04 10.37 9.99 12.86 1469.95 42.00 42.33 44.87 158.53 39.24 38.70 41.78 164.01 6.27 6.81 9.35 174.01 4.01 4.50 6.55 184.01 4.01 4.10 6.06 190.00 2.01 图4-4 设计标准下蓄泄曲线绘出Qt ，qt曲线，如图4-4 所示。qt线的峰值qm按趋势绘与Qt的退水段上，并量得qm=42.01m3/s，从qV曲线上查得相应的库容Vm=90.53万m3/s， 由ZV曲线得Vm所对应的水位为77.45m。表4-10 校核标准情况下泄洪过程线时间t(h)Q(m3/s)Q+Q/2(m3/s)Q(m3/s)v/t+q/2(m3/s)00.00 0.00 0.00 15.21 2.61 1.61 2.61 25.21 5.21 4.22 6.21 36.05 5.63 5.39 7.62 46.05 6.05 5.93 8.28 56.05 6.05 6.03 8.40 66.05 6.05 6.04 8.42 76.89 6.47 6.40 8.85 86.89 6.89 6.80 9.34 96.89 6.89 6.88 9.43 1011.63 9.26 9.01 11.81 1111.63 11.63 11.47 14.43 1211.63 11.63 11.62 14.59 1323.90 17.77 17.44 20.73