洪江水库除险加固报告实施方案报告水文

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2水文2.1水文及复核2.1.1流域概况及流域特征值复核洪江水库为凤冈县小（2）型蓄水灌溉工程，水库位于乌江左岸的小支流龙洞沟上，距凤冈县城78.0km，距天桥乡政府所在地8.0km。根据万分之一和5万分之一地形图勾绘复核，水库坝址以上流域面积1.07km2，主河道长0.989km，主河道加权平均坡降63.1‰，流域内以丘山为主，间有谷坝，少量岩溶，坡上多为灌木和草坡，植被一般，水土流失较轻。查《贵州省地表水资源》等值线图，流域多年平均悬移质输沙模数为：200～500t/km2·a。洪江水库流域参数根据1:5万和1:1万地形图复核，集雨面积、主河道长度、比降、河道几何参数复核值见表2-1。表2-1流域基本参数复核成果表面积F(km2)河长L(km)比降J(‰)流域形状系数f几何特征值θ1.070.98963.11.0945.52.1.2气象概况水库所在区域属北亚热带季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明，将水较丰沛，根据凤冈县气象局资料统计，年平均气温15.2℃极端最高气温37.8℃，极端最低气温-7.4℃，多年平均无霜期280天，多年平均降水量为1257.2mm，年日照时数1139h，多年平均相对湿度82%，多年平均最大风速9.3m/s。主要灾害性天气是寒潮、霜冻、冰雹、春旱和夏旱。2.1.3水文参证站选择洪江水库距凤冈县城直线距离78.0km，距天桥乡8.0km，由于设计流域内没有水文观测站，靠近乌江，从贵州省暴雨洪水及贵州省地表水资源上查，该水库所在流域属暴雨、降水低值区，而凤冈气象站距离设计流域较远，因此，以省水文水资源局编制的有关水文等值线图推求洪江水库坝址年径流量。2.1.4径流复核洪江水库所在河流无实测水文资料，年径流量采用降水量间接推求。查《贵州省地表水资源》和《贵州省1956-2000同步期均值等值线图》洪江水库流域年降水量约为1100mm，降水量变差系数Cv值约为0.18。14n=1100mm，Cv=0.18，Cs/Cv=2。经计算得到水库不同频率年降雨量，计算成果见表2-2。表2-2洪江水库不同频率年降雨量计算成果年平均值mmCvCs设计频率（%）102050809011000.182Cv降雨量mm136412651089924858查《贵州省地表水资源》多年平均径流系数α=0.45，《贵州省1956-2000同步期均值等值线图》洪江水库流域年径流深490~510mm，根据多年平均径流系数，以径流系数和多年平均降雨量计出多年平均径流深为495mm。由于本次计算的年降雨量资料采用等值线图结果，查《贵州省地表水资源》年径流变差系数约为0.3。并通过《贵州省地表水资源》中的经验公式计算验证：Cvy===0.3式中：Cvx—年降水量变差系数，Cvx=0.18；γ、m、β地区经验系数，γ=1.1，m=0.7，β=0.04F—水库流域面积1.07km2，当F＜100km2时，以100km2代之。由上述资料综合分析，设计采用=500mm，Cv=0.3，Cs=2Cv，各频率年径流量如表2-3。表2-3洪江水库坝址各频率年径流量推算成果表频率（%）510205075809095备注Kp1.541.41.240.970.780.720.640.56=500mmCv=0.30F=1.07km2径流量(万m3)82.3974.9066.3451.9041.7338.5234.2429.962.1.5水库库容曲线复核该水库修建于20世纪80年代，无库区地形图，水库现状水位较高，难以进行库区地形测量。根据万分之一地形图量算库区高程859~881m范围的面积和库容，以便用于调洪演算。水库正常水位以下库容按《安全复核》报告成果。14n表2-4洪江水库水位~库容关系表高程（m）水面面积（104m2）库容(104m3)高程（m）水面面积（104m2）库容(104m3)859008712.198.78600.30.18722.41118610.30.3873313.78620.30.68743.416.98630.731.128753.620.48640.761.68764.2124.38650.782.28774.5928.78660.82.78785.0133.58670.813.38795.3938.78680.824.18806.0244.48691.65.38816.1850.58701.646.8图2-2洪江水库水位~库容~面积曲线2.1.6水利调节计算洪江水库是一座以灌溉为主兼顾防洪的综合型水库，水库原设计灌溉面积2500亩，全部为水田。（1）按抗旱天数计算水库兴利库容14n抗旱天数确定：按现行规范南方地区单季水稻抗旱标准30-50天，洪江水库灌区单季水稻按40天计，干旱期间稻田每天耗水量按10mm计，抗旱40天，总耗水量400mm，折合每亩0.4×667=266.8m3，渠道利用系数按照小型灌区设计标准，取0.75，则每亩毛灌水量266.8/0.75=356m3，灌面为750亩时，V兴=0.075×356≈26.7万m3，与当前水库V兴=26.71万m3接近。（2）洪江水库流域面积较小，只有1.07km2，水库多年平均来水量53.5万m3，水库兴利库容26.71万m3，属完全多年调节水库，而水库下游灌溉面积较大，共有2500亩水田。据省水科院资料，水稻净灌溉定额为290m3/亩，灌溉水利用系数取0.75，计算洪江水库灌区水稻毛灌溉定额387m3/亩，计算出设计灌溉面积需要的用水量为96.75万m3，本次灌溉用水量计算采用灌溉定额大值为设计依据。由于该水库为以成水库，原设计灌溉面积为2500亩水田，水库坝址以上集雨面积较小，保证率P=80%水库净来水量36.0万m3，扣除水库水量损失，可供灌溉用水量为32.4万m3，不能满足原设灌溉面积，水库属完全多年调节水库。为安全起见和水库调度运行，保证稻田的灌溉用水量，采用多年平均来水量53.5万m3和水稻灌溉定额计算可灌溉的面积，结合当地实际情况，水田小季种植油菜，不考虑灌溉用水，因此，水库除险加固设计后可灌稻田53.5÷387=1380亩。2.1.7水库坝后水位流量关系洪江水库坝后为农田，原有小河沟平时为干沟，没有水流，下雨时有小股水流，对水库大坝除险加固处理不产生任何影响，因此，水库坝后水位流量关系曲线的计算与绘制，对大坝影响很小，该项工作从略。2.2洪水及复核2.2.1暴雨洪水特征洪江水库所在河流位于乌江左岸的小支流支流辉塘河上游龙洞沟上，洪江水库属一般暴雨区，一般5月份进入汛期，10月份结束，暴雨多发生在5～8月；受山区地形地貌影响，易发生强度及量级大而历时短的灾害性暴雨。受暴雨特性及流域特性的影响，河道坡降比较大，设计流域洪水具有陡涨陡落、峰高量集中及洪水历时短的山区特小河流洪水特性，其洪水过程尖瘦，洪量主要集中在5小时内。14n2.2.2设计暴雨计算洪江水库流域内无实测暴雨、洪水资料。水库设计流域离凤岗县气象站较远，因此采用贵州省水文水资局新编《贵州省短历时暴雨统计参数等值线图集》（简称《贵州省暴雨参数图集》）等值线图推算。查《贵州省暴雨参数图集》暴雨等值线图，洪江水库流域年最大24小时暴雨均值90~100mm，Cv值0.45~0.5，Cs/Cv=3.5。根据流域所在区域，最终确定最大24h暴雨统计参数暴雨统计参数为：24=90.0mm，Cv=0.45，Cs=3.5×Cv洪江水库流域各频率24小时暴雨量如表2-5。表2-5洪江水库流域各频率最大24小时暴雨量P（%）0.10.20.330.5123.351020备注Kp3.403.142.942.792.522.252.041.881.61.3124=90Cv=0.45Cs/Cv=3.5H24P371342321304274245223205174142查《贵州省暴雨参数图集》年最大1小时暴雨等值线图，洪江水库流域最大1小时雨量均值1=40mm，Cv=0.42，Cs=3.5CV。各频率最大1小时暴雨量推算成果如表2-6。表2-6洪江水库流域各频率最大1小时暴雨量表P(%)0.330.5123.3351020Kp2.772.632.392.1521.821.561.29H1p（mm）110.8105.295.686.080.072.862.451.62.2.3设计洪水计算1、洪峰流量根据设计暴雨资料，采用《贵州省雨洪手册》有关公式推求洪江水库坝址洪峰流量。由于设计水库流域F=1.07km2＜10km2，因此洪水计算公式采用：Qp=0.481×γ10.571×f0.223×J0.149×F0.89×(C′×Sp)1.143式中Qp—设计频率洪峰流量（m3/s）;γ1—汇流参数系数，γ1=0.24；14nF—水库流域面积1.07km2；L—主河长度，L=0.989km；J—主河道加权平均坡降，J=0.063f－流域形状系数，1.094；C′—洪峰径流系数（查《雨洪手册》表4）Sp—设计暴雨雨力（mm）。2、洪水总量洪江水库坝址洪水总量按下式计算；Wp=0.1×C×H24p×F式中：Wp—设计频率24小时暴雨洪水总量（万m3）；C—洪水径流系数；H24p—设计频率24小时暴雨量（mm）；F—水库流域面积1.07km2。洪江水库坝址设计洪峰流量及洪水总量见表2-7。表2-7洪江水库坝址设计洪峰流量及洪水总量推算成果表P（%）0.20.330.5123.351020Qp(m3/s)30.628.426.823.820.918.817.114.111.2Wp(104m3)26.524.022.120.618.113.511.99.216.40备注：安全评价设计标准为20年一遇，校核为200年一遇，洪峰流量Q设=18.84m3/s及校核Q设=29.6m3/s，与本次计算成果相差甚小，采用本次设计计算成果（3）洪水过程线无实测洪水资料的小河流域，采用《贵州省雨洪手册》洪水概化过程线坐标查用表推求洪水过程线。同时结合本流域的特点，推求本工程的设计洪水过程线，洪江水库设计洪水过程线成果见表2-8。设计及校核洪水过程线图见2-1、2-2。14n表2-8洪江水库设计及校核洪水过程线成果序号t(h)QP=0.50%（m3/s）QP=5%（m3/s）序号t(h)QP=0.50%（m3/s）QP=5%（m3/s）10004312.60.8680.55520.37.443.354412.90.8470.54230.626.817.14513.20.8260.52840.923.415.44613.50.8050.51551.219.312.44713.80.7840.50161.514.38.764814.10.7630.48871.811.16.634914.40.7420.47582.19.165.365014.70.7210.46192.47.524.3251150.70.448102.76.143.445215.30.6790.4341134.992.815315.60.6580.421123.34.122.345415.90.6370.407133.63.522.025516.20.6160.394143.92.971.735616.50.5950.38154.22.571.565716.80.5740.367164.52.361.445817.10.5530.354174.82.151.325917.40.5320.34185.11.941.26017.70.5110.327195.41.741.0961180.490.313205.71.530.9746218.30.4690.32161.340.8676318.60.4480.286226.31.310.8376418.90.4270.273236.61.290.8246519.20.4060.26246.91.270.816619.50.3850.246257.21.250.7976719.80.3640.233267.51.230.7836820.10.3430.219277.81.20.776920.40.3220.206288.11.180.7577020.70.3010.192298.41.160.74371210.280.179308.71.140.737221.30.2590.1663191.120.7167321.60.2380.152329.31.10.7037421.90.2170.139339.61.080.6897522.20.1960.125349.91.060.6767622.50.1750.1123510.21.040.6637722.80.1540.0983610.51.020.6497823.10.1330.0853710.80.9940.6367923.40.1120.0723811.10.9730.6228023.70.0910.0583911.40.9520.60981240.070.04514n4011.70.9310.5958224.30.0490.03141120.910.5828324.60.0280.0184212.30.8890.5698424.90.0070.0045图2-1洪江水库设计洪水过程线14n图2-2洪江水库校核洪水过程线2.2.4洪水调节计算1、洪水标准洪江水库为小（2）型水库，总库容为43.1万m3，大坝为均质土坝，工程等级为Ⅴ等，主要建筑为5级，根据现行规范，设计洪水为20年一遇（P=5%），校核洪水为200年一遇（P=0.5%）。2、水位~下泄流量水库溢洪道位于大坝左岸，为开敞式自由溢流，溢流堰宽5.0m，进口底板高程为878.60m，为浆砌块石砌筑，属宽顶堰。水库下泄量按下式计算：q=M×B×H1.5式中：M—综合流量系数，取M=1.5；B—溢洪道控制断面溢流宽度5.0m；H—不计行近流速之堰上水头（m）。洪江水库溢流堰泄流曲线见表2-914n表2-9洪江水库溢洪道泄流曲线计算表水位Z(m)下泄流量(m3/s)878.60.00878.80.678791.90879.23.49879.45.37879.67.50879.89.8688012.4880.215.2880.418.13、水库调洪演算根据水量平衡原理进行水库调洪演算，其计算公式如下：式中：Q1、Q2——时段始末的来水流量（m3/s）；q1、q2——时段始末的总下泄流量（m3/s）；Δt——时段长（h）；V1——时段初的水库库容（万m3）；V2——时段末的水库库容（万m3）；q——下泄流量（m3/s）；根据洪水过程线逐时段进行水量平衡计算，按所采用的洪水标准进行水库调洪演算。水库调洪计算成果见表2-10和图2-3、图2-4。表2-10洪江水库调洪演算成果表项目设计校核起调水位878.6878.6起调库容36.5636.56设计洪峰流量17.126.8溢洪道宽度55流量系数1.51.5相应水库水位879.59880.04相应水位库容4244.6下泄量7.3913.014n图2-3洪江水库设计洪水（P=5%）来水及下泄过程线图2-4洪江水库校核洪水（P=0.5%）来水及下泄过程线14n根据调洪演算成果和原有水库大坝坝顶高程880.4m可以看出，校核洪水(P=0.5%)洪峰流量通过水库调节后，库水位为880.04m，低于现有坝顶高程880.4m，现有溢洪道过流能力能够满足水库泄洪要求。2.3施工洪水洪江水库所在河流枯水期一般为每年11月至次年4月。由于该水库所在流域无实测洪水及暴雨资料，《贵州省暴雨洪水等值线图》亦无分期暴雨统计资料，因此，选用凤岗县气象站枯水期降水资料，按11~3月，12~3月和11~4月，12~4月分期统计分析，求得频率p=10%和p=20%最大日暴雨量，采用《贵州省雨洪手册》有关公式推求洪江水库坝址枯水期施工流量。水库集雨面积F=1.07km2＜10km2采用公式：Qp=0.481×γ10..571×f0.223×J0.149×F0.89×(C′×Sp)1.143=0.1528×(C′×Sp)1.143式中各符号见前面设计洪水计算。表2-11洪江水库坝址枯水期施工洪水流量推算成果表分期参数11~3月12~3月11~4月12~4月备注P=10%Hp(mm)34.83154.150.5Sp(mm)15.71424.422.8C0.480.450.560.55Qp(m3/s)1.5371.2533.0352.751W(万m3)1.7871.4933.2422.972P=20%Hp(mm)29.12444.641.6Sp(mm)13.110.820.218.8C0.430.410.520.51Qp(m3/s)1.1020.8372.2472.024W(万m3)1.3391.0532.4822.2702.4泥沙及复核2.4.1现状淤积复核洪江水库位于湘江支流浦水河上游小溪沟上，坝址以上集雨面积1.07km2，流域属于亚热带季风气候区，气候温和，流域内植被一般。根据流域现场查勘情况，目前水库坝前淤积水位862.6，相应的淤沙量为1.84万m3，该水库大坝于1980年完工，目前已经运行了32年，结合《贵州省地表水资源》，水库推移比按20%计，泥沙容重1.3t/m3。反算得出洪江水库多年平均悬移质输沙模数为14n582t/km2。对比《贵州省地表水资源》对泥沙的分区成果，水库所在流域内侵蚀模数为200～500t/km2·年，与设计流域泥沙分区成果基本一致，因此反算的多年平均悬移质输沙模数为582t/km2基本可靠。2.4.2除险加固泥沙淤积计算由于库区淹没较深，本次设计未测量到泥沙淤积后的库区地形图，所采用的水位库容曲线为安全评价时复核的水位库容曲线，因此，除险加固泥沙淤积计算是在现状淤积的基础上计算，根据现状泥沙淤积复核结果，水库现状泥沙淤积量已达到1.84万m3，水平淤沙高程864.4m，坝前淤沙高程862.6m，再运行30年后泥沙淤积量达到3.565万m3（含已淤积的1.84万m3），水平淤沙高程867.33m，坝前淤沙高程864.51m。除险加固实施后，不同运行年限，水库泥沙淤积量及淤积高程见表2-12。表2-12洪江水库除险加固泥沙淤积计算成果表年限（年）项目10203040淤积量（万m3）2.4152.993.5654.14水平淤沙高程(m)865.43866.483867.33868.03坝前淤沙高程(m)863.287863.989864.51865.0202.4.3取水口高程及死水位复核经综合分析，水库现状情况下再使用30年，泥沙淤积量达到3.565万m3（含已淤积泥沙1.84万m3），水库坝前淤积高程864.51m，低于原设计死水位870.5m，放水涵洞进口底板高程为870.5m，不能满足放水设施取水口淹没水深的要求，因此，将死水位抬高1m，以满足下游放水流量要求。据此确定设计最低水位为871.50m，设计死水位高程871.50m，相应的死库容为9.85万m3，亦能满足水库再运行30年泥沙淤积的设计目标。2.4.4水库水质监测资料和评价水库由于管理机制不健全、资金紧张、无水质监测设施，导致在运行过程中无法对水质进行监测，无水质监测资料。根据实际调查，水库坝址以上流域属源头河流，流域内无污水排污口，无影响水质的工矿企业。洪江水库主要功能为灌溉兼防洪的综合型水库，不涉及人饮安全饮水问题，因此，14n没有作水库水样水质检测。14