舒兰罗大水库水文设计说明书.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除1 综合说明1.1概况1.1.1 工程概况罗大水库位于舒兰市平安镇丰收村境内，坐落于拉林河支流石头河上。距平安镇约25km。其地埋坐标为东经1245205，北纬424950。控制流域面积为1.3km2，河道长度为1.2km，河道平均比降为19.7。是一座以下游防洪为主，农田灌溉、养鱼为一体的小（2）型水库。坝址以下地势较开阔。坝上有交通要求，交通较为便利。罗大水库始建于1957年，1958年竣工，距今已运营了50多年。水库枢纽工程由均质土坝、溢洪道和泄洪灌溉洞组成。枢纽工程等别等，主要水工建筑物的级别为5级。罗大水库运行至今，工程老化失修、设备陈旧，带病运行多年，水库存在的安全问题日益突出，已不能满足防洪和灌溉要求，是一座病险水库。水库设计灌溉面积150亩，承担着下游300亩农田和一个村屯300余口人及平安镇部分区域的的防洪除涝任务。一旦发生洪水，必将造成下游地区大面积的耕地受灾，并有可能造成人员生命、财产的损失，急需除险加固建设。受舒兰市水利局委托，吉林省银河水利水电新技术设计有限公司承担罗大水库的除险加固设计工作，先后进行资料收集分析、地质勘探、外业调查和内业设计等工作，于2014年1月完成初步设计。本次除险加固工程设计主要对该水库做以下工作。一、测绘1:1000坝址区地形图及大坝纵横断面图；二、进行水库水文、水利计算；三、进行大坝地质条件补充复核；四、对所有建筑物进行全面复核，进行除险加固工程设计。1.1.2 工程现状及存在问题罗大水库由土坝、溢洪道和泄洪灌溉洞组成。现已运行多年，现状及存在问题如下： 土坝现有大坝为均质粘土坝。经实测，坝长142m，坝顶高程99.3999.55m，坝顶宽1.34.8m，最大坝高为5.40m。上游坡比约为1:1.81:2.7，有局部干砌石护坡，厚度约30cm。下游坡比约为1:1.71:2.4，为草皮护坡，无排水体。坝体、坝基无沉陷变形。前后坝坡未见脱坡迹象。泄洪灌溉洞泄洪灌溉洞位于坝体中部，土坝中心桩号 0+067m处，为单孔300砼圆涵，由进口段、洞身段、出口段等组成。洞出口段为砼U型结构，出口底板高程为95.15m。目前水泥管脱节、裂缝，存在漏水现象；启闭设备老化生锈，螺杆弯曲变形，已不能正常开启，需要拆除重建。工程管理罗大水库建成后，一直未配备必要的工程监测仪器和相关设备，不能进行必要的安全监测。水库水文测报及通讯设施落后，缺少坝上水位、降水量等观测数据的传输设施。1.1.3工程等别和设计标准罗大水库总库容为10.37万m3，为小（2）型水库，工程等级为等，其主要建筑物级别为5级，泄水建筑物为5级。工程设计标准为10年一遇洪水设计， 50年一遇洪水校核。罗大水库枢纽工程主要特征值见表1-1。罗大水库枢纽工程主要特征值表表 11 序号指标名称单位指标（现状）指标（本次设计）1水文1.1流域面积水库坝址以上集水面积km21.3河源至坝址河道长度km1.2河道坡度19.71.2洪水标准设计洪水标准10%洪峰流量m3/s11.8校核洪水标准2%洪峰流量m3/s24.52水库特征2.1水库水位校核洪水位m99.02设计洪水位m97.80正常蓄水位m98.0098.00死水位m95.0095.00罗大水库枢纽工程主要特征值表续表 11 序号指标名称单位指标（现状）指标（本次设计）2.2水库库容校核洪水位库容104m310.37设计洪水位以下库容104m36.56正常库容104m37.047.04死库容104m32.502.503主要建筑物3.1土坝地基特性土基土基地震基本烈度型式均质土坝均质土坝坝顶高程m99.3999.5599.70最大坝高m5.4坝长m1423.2泄洪洞型式坝下有压圆涵坝下有压方涵地基特性土基土基地震基本烈度孔数11过水断面尺寸30001.81.6m（宽高）洞身长度m1615洞出口底高程m95.1595.15消能型式m底流消能工作闸门扇11检修闸门扇1工作门启闭机扇11检修门启闭机扇11.1.4 工程存在的主要问题水库大坝建成后运行至今已有50余年，由于缺乏资金，大坝及附属建筑物没有得到及时完好的维修，目前仍在运行，多处存在严重问题，影响工程安全。 土坝前坡有部分干砌块石护坡，接近水面线部位冲刷严重。块石粒径小、缝隙较大，块石质量差。坝后坡坡面有冲蚀现象。经安全鉴定核查，土坝渗流安全性综合评价为B级，大坝结构安全综合评价为B级。 泄洪灌溉洞存在的问题泄洪灌溉洞为300水泥圆管，不能满足正常泄洪的要求。局部断裂漏水，进、出口破损严重；启闭设备老化、锈蚀，已不能正常开启，闸门常年漏水。经安全鉴定核查，金属结构安全综合评价为C级。1.1.5 工程建设的必要性罗大水库始建于1957年，距今已运营了50多年。水库运行至今，工程老化失修、设备陈旧，水库存在的安全问题日益突出，已不能满足防洪和灌溉要求，是一座病险水库。下游地区人民群众的生命财产受到很大威胁。随着经济的发展，坝左岸及坝下游沿河地区已形成较为集中的村屯，坝上有交通要求。水库设计灌溉面积150亩，承担着下游300亩农田和一个村屯300余口人及平安镇部分区域的的防洪除涝任务。一旦发生洪水，必将造成下游地区大面积的耕地受灾，并有可能造成人员生命、财产的损失。因此，对水库及早进行除险加固，对保障当地群众的生命财产安全，粮食安全，发挥水库的效益，改善周边生态环境，促进社会和谐发展意义重大。1.1.6 除险加固的主要内容罗大水库枢纽现状由土坝、溢洪道和泄洪灌溉洞组成。本次设计的主要内容为：原输水洞拆除，重建泄洪灌溉洞；上游坝坡干砌毛石护砌；新修坝顶砂石路面。现溢洪道保留作为临时泄洪。土坝设计：大坝为均质土坝。坝长142m，最大坝高5.40m，设计对上游坝坡进行干砌毛石护坡，护砌厚度25cm，下设20cm碎石层，贴坡铺设无纺布（400g/m2）。重建泄洪洞：洞体与坝体正交，位于中心桩号0+069m，为钢筋混凝土方涵结构，单孔。进口段为有压洞，断面尺寸为：1.8m1.6m（宽高）。洞身段为无压洞，断面尺寸为1.8m1.9m。洞底坡i=1.5%，洞进口底高程为95.375m，出口底高程为95.15m。消力池采用底流消能。海漫段采用干砌毛石护砌。1.2 水文1.2.1 自然概况罗大水库位于舒兰市平安镇丰收村境内，坐落于拉林河支流小梨树河上。坝址位于？。其地埋坐标为东经1245205，北纬424950。控制流域面积为1.3km2，河道长度为1.2km，河道平均比降为19.7，一座以下游防洪为主，农田灌溉、养鱼为一体的小（2）型水库。1.2.2 气象特征本流域属北温带大陆性季风气候区，受大气环流影响，在冷暖气团的交替控制下，四季变化明显。其特点是：春季干燥多大风；夏季温热多雨；秋季凉爽日温差大；冬季严寒漫长。离坝址最近的而且气象资料观测系列较长的气象站是舒兰站，它属于国家标准的基本气象站，观测项目能够满足工程设计要求。因此，本次初设以舒兰气象站为代表站进行气象特征值统计。根据舒兰气象站气象要素资料统计，多年平均降水量750mm，降雨主要集中在69月，69月的降雨量占全年降水量的71.4%，；多年平均蒸发量为700mm（E601）；多年平均气温为3.6C，极端最高气温为36.6C，发生在1972年7月18日，极端最低气温为-42.6C，发生在1970年1月4日。多年平均风速为3.7m/s，最大冻土深为1.69m。1.2.3 水文基本资料罗大水库建于五十年代，水库从开始运行到现在无任何水文观测资料。1.2.4 设计洪水本流域属于北温带大陆性季风气候区，每年7、8月份吉林省处于西伯利亚副热带高压的西北部，有利西南气流的输送。根据吉林省暴雨普查资料、吉林省场次洪水分析，造成本流域大暴雨的主要天气系统是台风和气旋。每年7、8两月是暴雨的多发季节，个别年份出现在9月，而且雨量集中。一场洪水过程为一天左右，因该河为山丘区性河流，洪水陡涨陡落，大洪水多为单峰型过程。因水库坝址处无任何水文观测资料，本次设计采用暴雨推求洪水的方法，计算罗大水库设计洪水。设计洪水成果见表1-2。设计洪峰流量成果比较表 表 12 单位：m3/s控制点F(km2)计算方法P(%)备 注210罗大水库1.3罗氏法24.511.8采用成果水科所法18.510.9由上表可以看出，罗氏法和水科所两种方法计算的成果，高频率大32.4%左右，低频率小0.8%左右。因罗氏法比较适合山丘区性河流，经实践认为，在该流域，采用罗氏法计算的成果比较合理，因此，本次设计洪峰流量采用罗氏法计算的成果。1.2.5 设计洪水过程线罗大水库设计洪水过程线采用洪峰、24h洪量控制阿氏过程线，时段为0.2小时（=0. 2h）。1.2.6分期洪水时段划分根据设计参证站舒兰水文站历年各月最大洪水资料，点绘洪水年内分布图，描绘平顺外包线。根据来水趋势并根据施工组织设计要求划分出春汛、秋汛。分期洪水的时段划分为：春汛：4月1日6月10日；秋汛：9月10日10月31日；计算方法根据分期洪水的划分时段，对舒兰站春汛、秋汛两个时段进行洪水特征值统计，采用不跨期极值选样的原则进行峰量统计，按连序系列进行频率计算，理论频率曲线采用皮尔逊型曲线，采用经验适线法目估适线，统计参数按矩法公式估算。计算成果如表1-3所示。舒兰站分期洪水计算成果表表 13 汛别计算系列年限均值CvCs/CvP(%)1020春 汛1963199945.00.802.591.866.9秋 汛19631999.7 泥沙与冰情泥沙罗大水库无泥沙观测资料，本次初设泥沙计算，采用2008年1月吉林省水利厅主编，吉林科学技术出版社出版吉林省水资源多年平均悬移质年输沙模数分区图成果，推算罗大水库多年平均悬移质输沙模数为150t/km2/年，悬移质输沙量为1428t。推移质输沙模数为悬移质输沙模数的15%，总输沙为1642t。冰清罗大没有冰情观测资料，但邻近舒兰站有冰情观测资料。舒兰站平均初冰日期为10月下旬，终冰日期为4月上旬，最大河心冰厚1.36m，稳定封冻天数为142天左右。舒兰站冰情特征统计情况如表1-4所示。舒兰站冰情特征统计表表 14 站名初 冰日 期稳定封冻日期最大河心冰厚(m)开 河日 期终 冰日 期稳定封冻天数(d)平均10月27日11月15日0.904月5日4月11日142最早（厚）10月13日11月4日1.363月21日3月26日58年份197819761963197419787677最晚（薄）11月9日11月22日0.554月17日4月17日125年份1962197119751980197677782 水文气象2.1 工程概况罗大水库位于舒兰市平安镇丰收村境内，坐落于拉林河支流石头河上。距平安镇约25km。其地埋坐标为东经1245205，北纬424950。控制流域面积为1.3km2，河道长度为1.2km，河道平均比降为19.7。2.2 气象特征统计2.2.1 气象特征分析本流域属北温带大陆性季风气候区，受大气环流影响，在冷暖气团的交替控制下，四季变化明显。其特点是：春季干燥多大风；夏季温热多雨；秋季凉爽日温差大；冬季严寒漫长。离坝址最近的而且气象资料观测系列较长的气象站是舒兰站，它属于国家标准的基本气象站，观测项目能够满足工程设计要求。因此，本次初设以舒兰气象站为代表站进行气象特征值统计。根据舒兰气象站气象要素资料统计，多年平均降水量750mm，降雨主要集中在69月，69月的降雨量占全年降水量的71.4%，；多年平均蒸发量为700mm（E601）；多年平均气温为3.6C，极端最高气温为36.6C，发生在1972年7月18日，极端最低气温为-42.6C，发生在1970年1月4日。多年平均风速为3.7m/s，最大冻土深为1.69m。2.2.2 气象资料统计根据舒兰气象站气象要素资料统计，多年平均降水量750mm，降雨主要集中在69月，69月的降雨量占全年降水量的71.4%，；多年平均蒸发量为700mm（E601）；多年平均气温为3.6C，极端最高气温为36.6C，发生在1972年7月18日，极端最低气温为-42.6C，发生在1970年1月4日。多年平均风速为3.7m/s，最大冻土深为1.69m。风向玫瑰图见图2-1、2-2。气象要素特征值统计见表2-12-3。图 21舒兰站4-11月多年平均各风向最大风速玫瑰图图 22舒兰站6-9月多年平均各风向最大风速玫瑰图此文档仅供学习与交流舒兰站气象资料统计表表 21项目 月份一二三四五六七八九十十一十二年多年平均降水量mm6.758.2514.254265.25107.25201.75146.2580.2549.519.59750多年平均蒸发量mm(E601)8.412.632.277.7128.1102.99880.572.854.621.710.5700多年平均气温-18.4-15-4.6613.81922.220.313.65.4-4.8-14.33.6历年极端最高气温4.3918.227.834.13536.634.629.726.7日期172828252829183129227月18日年份 1971196619901982197919781972198219581982197119681972历年极端最低气温-42.6-35.8-34.2-17.8-6.1-4.8-18.9-29.8-38-42.6 日期4281232415,123263120291月4日年份19701971195719621963196464,67197619801976196719761970多年平均风速 m/s3.7历年最大风速 m/s1614.71820201716.312.715181815.320风向SW,WSWWWSWWSWSSWWSWWSW,SWSSWWSWWSW,WSW日期6,818292111113028,312316,2391824/4 11/5年份19581972197119571971197719761972198873,591973197657,71 多年平均日照时数 h177.5189.7229.4223.3251.4242.1228220.8223.2194.2142.1151.42493舒兰气象站初、终霜时间及日期统计表表 22 单位：cm项 目九十十一十二一二三四五全 年 初 日 终 日初终间日数平均2.315.023.324.928.223.424.712.72.2156.79月23日5月11日230.9最多（早）62127293127291751689月9日4月26日241最少（晚）0920212417226014910月6日5月23日217舒兰气象站历年各月最大冻土深度及地中10、30cm冻结、解冻日期统计表表 23 单位：d 月 份项 目十十一十二一二三四五六项目冻结日期解冻日期10 cm30 cm10 cm30 cm极 值114892135156174174170164平均11月17日12月5日4月6日4月20日日 期4天3031312830,3114天14天最早11月7日11月23日3月22日3月31日年 份64,7519621974197519751969196919691969最晚12月1日12月16日4月13日5月8日2.3 水文基本资料罗大水库始建于1957年，是一座以防洪和水田灌溉为主，结合养鱼等综合利用的小（2）型水库。水库虽已运行多年，但无观测资料。2.4 洪水2.4.1暴雨特性该流域大洪水主要是由暴雨所致，大洪水主要发生在每年的7、8两月，尤以7月下旬至8月下旬为多，每年7、8月份，我省处于副高的西北部，有利西南气流的输送，此间，台风气旋活动频繁，易造成本流域大暴雨。根据吉林省暴雨普查资料、吉林省场次洪水资料分析，造成本流域大洪水的主要天气系统有华北气旋、蒙古气旋、江淮气旋和台风。大暴雨出现时间一般为7月下旬至8月下旬，而且雨量集中，一天雨量占三天雨量的60%以上，并且一天雨量主要集中在12小时以内。2.4.2 洪水特性本流域大洪水多发生在7月下旬至8月下旬，每年7、8两月是洪水的多发季节。一场洪水过程为一天左右，因该河为山丘区性河流，洪水陡涨陡落，洪水过程多为单峰型。2.4.3水库设计洪水计算因该小水库坝址处无任何水文观测资料，本次设计采用暴雨推求洪水的方法，计算水库设计洪水。 暴雨推求洪水计算（1）设计暴雨计算罗大水库的设计暴雨参数计算，采用吉林省水文水资源局2005年8月新编制刊印的吉林省暴雨统计参数图集成果，成果见表2-4。设计暴雨成果表 表 24时 段均 值CvCs/CvP(%)12510H24 (mm)65.0 0.553.5192.4168.2136.1111.7H3(mm)85.0 0.533.5243.9214.1174.4144.2H7(mm)115.00.503.0 306.4272.7227.1191.6H30(mm)250.00.422.5570.7519.1447.9390.7（2）设计净雨设计暴雨的最大24小时的时程分配，采用吉林省水利厅1989年10月编制刊印的吉林省暴雨图集成果。暴雨径流关系，采用吉林省水利水电勘测设计研究院1984年暴雨径流分析配套地区综合成果。并且对以后发生的大水年份1985年、1986年、1995年及一些年份进行了验证。暴雨径流参数成果见表2-5，设计净雨成果见表2-6。暴雨径流参数成果表表 25项目nkImaxam(P+Pa)0舒兰站0.700.9010024.00.92112.2设计净雨成果表表 26项目 P(%)12510P（mm）192.4168.2136.1111.7R（mm）177.0142.7106.2 设计洪峰流量计算本次设计洪峰流量计算，采用水科所法和罗氏法进行洪峰流量计算。水科所法a. 汇流参数计算本次根据水库的植被情况，汇流参数及计算公式采用华东地区特小流域洪水参数m分类综合表中-2类（多种植被组成的混合类）计算公式。汇流参数计算公式如下： （2.1）式中：J河道比降（）；L河道长度（km）；m汇流参数。流域特性及汇流参数计算成果见表2-7。水科所法流域特性及汇流参数成果表 表 27F(km2)L(km)J()m1.31.320.50.47b. 设计洪峰计算水科所法计算公式： （2.2）式中：径流系数；Sp雨力（最大1h降雨量mm/h）；汇流历时（h）；n暴雨递减指数；F控制流域面积（km2）。水科所法计算成果如表2-8。罗大水库水科所法计算洪峰流量成果表表 28项目P(%)210Qm(m3/s)18.510.9罗氏法 a. 罗斯托莫夫计算公式： （2.3）式中：径流系数；暴雨不均匀系数；i暴雨强度(mm/min)；F控制集水面积（km2）；植被系数（=0.34）；土壤系数（中等透水性土壤=0.32）。流域特性值计算见表2-9，罗氏法计算设计洪峰流量成果见表2-10。罗氏法流域特性及汇流参数成果表 表 29F(km2)L(km)J()Ls(m)Js(%)12214.4 罗大水库罗氏法计算洪峰流量成果表 表 210项目P(%)210Qm(m3/s)24.5.3 设计洪水成果采用本次罗大水库设计洪水计算，采用了暴雨推求洪水方法，成果比较见表2-11。设计洪峰流量成果比较表表 211 单位：m3/s控制点F (km2)计算方法P(%)备 注210罗大水库1.3罗氏法24.511.8采用成果水科所法18.510.9由上表可以看出，罗氏法和水科所两种方法计算的成果，高频率大32.4%左右，低频率小0.83%左右。因罗氏法比较适合山丘区性河流，经实践认为在该流域，采用罗氏法计算的成果比较合理，因此，本次设计洪峰流量采用罗氏法计算的成果。 设计洪量计算设计洪水总量计算，采用24小时径流深乘以水库面积求得。计算成果见表2-12。罗大设计洪量计算成果表表 212 项目P(%)210W(104m3)18.556.0设计洪水过程线罗大水库设计洪水过程线，采用洪峰、24h洪量控制阿氏过程线。详见表2-13。罗大水库设计洪水过程线 表 213 单位：m3/s P=2%P=10%T(h)Q(m3/s)T(h)Q(m3/s)02.3024.50.611.80.624.30.911.10.87.21.41.61.8211.63.31.23.4.3.6 成果合理性分析（1）本次大洪水计算采用新的暴雨等值线图成果，此成果由吉林省水文水资源局2005年8月新编制刊印的吉林省暴雨统计参数图集成果。（2）本次洪水计算，采用暴雨径流关系选用较为合理。（3）本次洪水计算，根据中华人民共和国水利行业标准SL-442006水利水电工程洪水计算规范要求，采用“多种方法计算比较，合理采用”，故本次分别采用罗氏法、水科所法两种方法进行洪水计算比较，最后采用罗氏法计算的设计洪水成果。2.5 分期洪水计算2.5.1 时段的划分根据设计参证站舒兰水文站历年各月最大洪水资料，点绘洪水年内分布图，描绘平顺外包线。根据来水趋势并根据施工组织设计要求划分出春汛、秋汛。分期洪水的时段划分为：春汛：4月1日6月5日；秋汛：9月10日10月31日；2.5.2 计算方法根据分期洪水的划分时段，对舒兰站春汛、秋汛两个时段进行洪水特征值统计，采用不跨期极值选样的原则进行峰量统计，按连序系列进行频率计算，理论频率曲线采用皮尔逊型曲线，采用经验适线法目估适线，统计参数按矩法公式估算。计算成果如表2-14。舒兰站分期洪水计算成果表 表 214 单位：m3/s 汛别计算系列年限时段均值CvCs/CvP(%)1020春 汛19631999Qm (m3/s )45.00.802.591.866.9秋 汛19631999Qm (m3/s ).3罗大水库分期洪水计算根据设计参证站舒兰水文站计算的统计参数，采用面积比的n次方，其面积比指数采用大汛的坡度值，求出水库坝址处的分期洪水成果，计算公式为： （2.4）式中：Qmp罗大罗大水库的分期洪水设计洪峰流量（m3/s）；F罗大罗大水库控制集水面积（F罗大=1.3km2）；F舒兰 舒兰站控制的集水面积（F舒兰=824km2）；