江西省小型水库设计洪水位查算.doc

江西省小（2）型病险水库应急除险定型设计
设计洪水位查算方法

由于本次应急处理的小（2）型病险水库数量众多，按照常规设计步骤难已在短时期内完成除险设计。根据江西省小（2）型水库的特点：水库集水面积较小一般为1～5 km2，且水库及附近流域没有水文资料，水库设计洪水一般采用《江西省暴雨洪水查算手册》规定方法进行计算。为便于各地有关单位对小（2）型水库应急除险设计，特编制江西省小（2）型水库设计水位查算图，供有关单位对小（2）型水库进行除险加固设计参考应用。
1 水库设计洪水位计算原理
水库设计、校核洪水位是水库工程一个重要的特征参数，是水库大坝坝顶高程设计的重要依据。水库设计、校核洪水位的确定，一般根据水库的规模、坝型，按照SL 252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，确定其设计洪水、校核洪水标准，然后根据水文资料条件，选用一种或多种计算方法，求得水库设计、校核洪水过程线，而后根据水库高程～容积曲线、水库水位泄流曲线，进行洪水调节计算，求得水库设计、校核频率下的最高调洪水位，即为水库设计、校核洪水位。

2 本次小（2）型水库设计洪水位查算图编制方法
2.1 设计洪水计算方法
（1）设计暴雨
根据江西省水文局2010年编制的《江西省暴雨洪水查算手册》有关附图（最大1h、最大6h、最大24h暴雨均值、Cv等值线图），将江西省归纳为赣北和赣南2个分区（详见图1），各分区时段点暴雨设计参数及设计采用成果见表2.1。
表2.1 江西省小（2）型水库分区暴雨设计参数及成果表
分区
名称
时段点暴雨参数和设计值
备注

1h
6h
24h

赣南区

均值（mm）
45
70
110
1区

Cv
0.4
0.45
0.4
P=2%(mm)
93.6
157.5
228.8
P=0.5%(mm)
113.8
195.3
278.3
赣北区

均值（mm）
45
85
140
7区

Cv
0.45
0.5
0.45
P=2%(mm)
101.3
205.7
315.0
P=0.5%(mm)
125.5
260.1
390.6

（2）水库坝址设计洪水计算方法
根据江西省小（2）型水库集水面积较小的特点，水库坝址设计洪水采用《江西省暴雨洪水查算手册》（以下简称《手册》）规定的推理公式方法计算。采用《手册》方法计算设计洪水与水库集水面积、河长、河道比降等流域特征参数有密切关系，本查算图将水库集水面积划分为7级，分别为0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0和5km2，将河道比降划分为4级，分别为1‰、10‰、20‰和30‰，并假定水库坝址以上河道长度等于水库集水面积（集水面积为0.5 km2的水库，坝址以上河道长度采用1km）。
赣北区的推理公式采用《手册》中的Ⅶ区公式为代表，赣南区的推理公式采用《手册》中的Ⅰ区公式为代表。
（3）水库校核洪水频率
根据江西省小（2）型病险水库调查统计表，水库的库容在8～99×104m3,最大坝高为2.5～98m，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》,山区、丘陵区水库的校核洪水标准采用200年一遇洪水，平原区水库的校核洪水标准采用50年一遇洪水。
（4）校核洪水成果
江西省各分区设计洪水成果见表2.2～表2.5。
表2.2 江西省赣南区小（2）型水库P＝0.5％设计洪水成果表
序号　
集水面积
比降
河长
洪峰
12h洪量
24h洪量
(km2)
(‰)
(km)
(m3/s）
(104m3)
(104m3)
1
0.5
1
1.0
7.76
11.3
12.41
2
1.0
1
1.0
18.0
23.2
24.9
3
1.5
1
1.5
22.1
33.5
37.1
4
2.0
1
2.0
25.6
43.2
48.8
5
3.0
1
3.0
31.2
60.8
71.1
6
4.0
1
4.0
35.6
76.8
92.4
7
5.0
1
5.0
39.3
91.7
113.1
8
0.5
10
1.0
14.0
12.3
12.4
9
1.0
10
1.0
30.9
24.8
24.9
10
1.5
10
1.5
40.7
36.8
37.3
11
2.0
10
2.0
47.1
48.3
49.7
12
3.0
10
3.0
54.5
69.6
74.6
13
4.0
10
4.0
63.9
90.7
99.3
14
5.0
10
5.0
69.9
110.4
123.1
15
0.5
20
1.0
15.5
12.4
12.4
16
1.0
20
1.0
33.3
24.9
24.9
17
1.5
20
1.5
45.5
37.2
37.3
18
2.0
20
2.0
55.3
49.2
49.7
19
3.0
20
3.0
67.7
72.0
74.6
20
4.0
20
4.0
73.9
93.0
99.4
21
5.0
20
5.0
84.6
114.6
124.3
22
0.5
30

1.0
16.2
12.4
12.4
23
1.0
30
1.0
34.4
24.9
24.9
24
1.5
30
1.5
47.8
37.3
37.3
25
2.0
30
2.0
59.1
49.5
49.7
26
3.0
30
3.0
75.8
73.1
74.6
27
4.0
30
4.0
84.3
95.0
99.4
28
5.0
30
5.0
91.6
116.1
124.3

表2.3 江西省赣北区小（2）型水库P＝0.5％设计洪水成果表
序号　
集水面积
比降
河长
洪峰
12h洪量
24h洪量
(km2)
(‰)
(km)
(m3/s）
(104m3)
(104m3)
1
0.5
1
1.0
4.93
12.32
15.51
2
1.0
1
1.0
11.7
26.3
32.1
3
1.5
1
1.5
15.3
37.5
47.0
4
2.0
1
2.0
18.7
48.4
61.2
5
3.0
1
3.0
24.7
68.9
88.6
6
4.0
1
4.0
30.1
87.9
114.8
7
5.0
1
5.0
34.9
105.5
139.9
8
0.5
10
1.0
7.26
14.2
16.7
9
1.0
10
1.0
16.5
29.6
34.0
10
1.5
10
1.5
22.3
42.9
50.2
11
2.0
10
2.0
28.0
56.0
66.3
12
3.0
10
3.0
37.9
81.1
97.7
13
4.0
10
4.0
45.8
104.2
128.0
14
5.0
10
5.0
53.5
127.0
157.9
15
0.5
20
1.0
8.04
14.7
16.9
16
1.0
20
1.0
18.2
30.4
34.4
17
1.5
20
1.5
24.8
44.4
51.0
18
2.0
20
2.0
30.7
57.8
67.3
19
3.0
20
3.0
42
84.0
99.4
20
4.0
20
4.0
52.2
109.3
130.9
21
5.0
20
5.0
61.1
133.4
161.8
22
0.5
30
1.0
8.5
14.9
17.1
23
1.0
30
1.0
19.6
31.0
34.7
24
1.5
30
1.5
26.0
45.0
51.4
25
2.0
30
2.0
32.6
58.9
67.9
26
3.0
30
3.0
44.0
85.4
100.2
27
4.0
30
4.0
55.3
111.5
132.2
28
5.0
30
5.0
65.5
136.8
163.8

表2.4 江西省赣南区小（2）型水库P＝2％设计洪水成果表
序号　
集水面积
比降
河长
洪峰
12h洪量
24h洪量
(km2)
(‰)
(km)
(m3/s）
(104m3)
(104m3)
1
0.5
1
1.0
5.83
8.93
9.9
2
1.0
1
1.0
13.9
18.5
19.9
3
1.5
1
1.5
16.7
26.5
29.6
4
2.0
1
2.0
19.3
34.0
38.8
5
3.0
1
3.0
23.2
47.5
56.3
6
4.0
1
4.0
26.4
59.8
73.1
7
5.0
1
5.0
29.3
71.6
89.3
8
0.5
10
1.0
11
9.9
10.0
9
1.0
10
1.0
24.5
19.9
19.9
10
1.5
10
1.5
31.6
29.4
29.9
11
2.0
10
2.0
35.6
38.4
39.9
12
3.0
10
3.0
42.1
55.4
59.8
13
4.0
10
4.0
48.3
71.9
79.3
14
5.0
10
50
53.6
87.5
98.1
15
0.5
20
1.0
12.3
9.9
10.0
16
1.0
20
1.0
26.6
19.9
19.9
17
1.5
20
1.5
35.9
29.8
29.9
18
2.0
20
2.0
43.1
39.3
39.9
19
3.0
20
3.0
50.6
57.1
59.8
20
4.0
20
4.0
57.2
74.1
79.7
21
5.0
20
5.0
64.5
91.0
99.4
22
0.5
30
1.0
12.9
10.0
10.0
23
1.0
30
1.0
27.6
19.9
19.9
24
1.5
30
1.5
38.0
29.8
29.9
25
2.0
30
2.0
46.5
39.6
39.9
26
3.0
30
3.0
58.2
58.2
59.8
27
4.0
30
4.0
61.9
75.1
79.7
28
5.0
30
5.0
70.7
92.4
99.5

表2.5 江西省赣北区小（2）型水库P＝2％设计洪水成果表
序号　
集水面积
比降
河长
洪峰
12h洪量
24h洪量
(km2)
(‰)
(km)
(m3/s）
(104m3)
(104m3)
1
0.5
1
1
3.66
9.45
11.98
2
1.0
1
1.0
8.62
20.1
24.9
3
1.5
1
1.5
11.4
28.7
36.3
4
2.0
1
2.0
13.9
37.0
47.2
5
3.0
1
3.0
18.2
52.4
68.0
6

4.0
1
4.0
22.0
66.3
87.8
7
5.0
1
5.0
25.5
79.2
106.8
8
0.5
10
1.0
5.5
11.0
13.0
9
1.0
10
1.0
12.6
22.9
26.6
10
1.5
10
1.5
16.9
33.2
39.2
11
2.0
10
2.0
21.1
43.2
51.6
12
3.0
10
3.0
28.0
62.1
75.7
13
4.0
10
4.0
34.0
80.0
99.3
14
5.0
10
5.0
39.6
97.4
122.3
15
0.5
20
1.0
6.07
11.3
13.2
16
1.0
20
1.0
13.8
23.6
26.9
17
1.5
20
1.5
18.8
34.4
39.9
18
2.0
20
2.0
23.1
44.6
52.4
19
3.0
20
3.0
31.6
64.8
77.4
20
4.0
20
4.0
38.8
83.9
101.7
21
5.0
20
5.0
44.9
102.1
125.5
22
0.5
30
1.0
6.48
11.6
13.3
23
1.0
30
1.0
14.8
24.0
27.2
24
1.5
30
1.5
20.0
35.0
40.2
25
2.0
30
2.0
24.7
45.6
53.0
26
3.0
30
3.0
33.5
66.1
78.2
27
4.0
30
4.0
41.5
86.0
103.0
28
5.0
30
5.0
48.7
105.1
127.3

2.2 水库调洪计算
（1）水库调洪计算方法
水库调洪计算采用试算方法，即按如下水量平衡方程和动力方程进行联解计算：
[(Qi+Qi-1)-(qi+qi-1)] /2=( Vi-Vi-1)/dt ---- 2.1
q =f(h)=f(v) ---- 2.2
式中：
Qi――水库坝址设计洪水流量；下标i-1表示计算时段的初时刻，下标i表示计算时段的末时刻；
qi――水库泄流量；下标i-1表示计算时段的初时刻，下标i表示计算时段的末时刻；
Vi――水库容积；下标i-1表示计算时段的初时刻下标i表示计算时段的末时刻；
dt――调洪计算时段（本次dt＝1h）。
按上述方程组逐时段进行水库调洪计算，求得水库最高调洪水位。迭代计算时，每计算时段控制水位计算误差dh<0.0001m。
（2）水库堰上水深相应容积处理
根据江西省小（2）型水库容积情况，本次调洪计算时将水库容积划分为10×104m3、30×104m3、50×104m3、70×104m3和90×104m3等5种情况处理，并假定水库深均为10m，库底水面面积为0，由此推算得上述5种容积水库的堰上1m水深容积分别为2×104m3、6×104m3、10×104m3、14×104m3和18×104m3。
（3）水库溢洪道堰宽
根据经验，小（2）型水库溢洪道堰宽一般为2～5m较为经济适宜，因此水库溢洪道堰宽分为2m、3m、4m和5m等4种情况进行计算。各堰宽方案的水库溢洪道单宽泄流能力按堰流式计算，水库单宽及各堰宽方案泄流量成果见表2.6。
表2.6 水库各堰宽方案泄流量成果表
堰顶水深
泄量(m3/s）
(m)
堰宽1m
堰宽2m
堰宽3m
堰宽4m
堰宽5m
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.25
0.19
0.38
0.57
0.76
0.95
0.50
0.54
1.08
1.62
216
2.70
0.75
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
1.00
1.54
3.08
4.62
6.16
7.70
1.25
2.17
4.34
6.51
8.68
10.85

（3）典型水库调洪计算成果
略
2.3 水库设计水位查算图表
根据上述各拟定方案典型水库调洪计算成果，建立水库集水面积～设计水位（堰顶水深）关系图，见附图1～附图80。

3 水库设计洪水位查算图运用
（1）根据设计水库的地理位置，在1/万地形图上量算水库的集水面积、河道长度、河道加权平均比降等流域特征参数；
（2）根据设计水库的具体位置，确定采用的分区（赣南区和赣北区2种）；
（3）根据设计水库的坝高确定水库校核洪水标准，一般情况下山区、丘陵区水库的校核洪水标准采用200年一遇洪水，平原区水库的校核洪水标准采用50年一遇洪水（当山区、丘陵区的小（2）型水库大坝挡水高度低于15m，且上下游最大水头差小于10m时，其校核洪水标准采用50年一遇洪水；当平原区的小（2）型水库大坝挡水高度高于15m，且上下游最大水头差大于10m时，其校核洪水标准采用200年一遇洪水）；
（4）根据设计水库坝址以上河道加权平均比降、水库容积、校核洪水标准确定选用的查算图；
（5）根据水库集水面积查算相应图上各堰宽方案的堰顶水深，控制水库堰顶水深约为2m即为采用成果，相应的堰宽即为水库溢洪道的设计堰宽方案。当设计水库的河道加权平均比降、水库容积等参数在相应两张查算图之间时，可分别按相应两张查算图查算设计水位，再按照水库河道加权平均比降、水库容积等特征参数与查算图参数的比例内插计算水库设计水位。

4 水库流域特征参数人工量算方法
4.1 水库集水面积量算方法
确定设计水库坝址位置，勾绘流域分水线。分水线包围面积为水库流域集水面积，流域面积有效数字取用：当流域面积小于10km2时，取小数2位。
4.2 水库流域最大河道长度量算方法
采用分规在地形图上自坝址断面起沿主河道自最远分水岭一点直接量算。要求分规张度为1mmm，往返量算2次误差小于2mm为宜，河长小数位取1位。
4.3 水库主河道平均比降量算方法
自分水岭起至坝址断面，根据沿流程的比降变化确定过河等高线，量取各等高线间距和相应高程，按下式计算河道平均比降J（比降取有效数字3位）：
J＝[h1l1+l2(h1+h2)+ …… +ln(hn-1+hn)]/L2 约1%
式中：hn为各转折点至坝址高差；
ln为各转折点之间的距离；
L为河长

5 水库设计洪水位查算图运用举例
5.1 例子1
（1）设计水库基本情况
××小（2）型水库位于景德镇市浮梁县境内，水库大坝为土石坝，最大坝高为15.1m，根据1/万地形图量算水库的集水面积为1.83km2，主河道长2.06km，河道加权平均比降为8.85‰，水库正常蓄水位为100.20m，相应容积为19.7×104m3。
（2）水库设计水位查算步骤
① 根据3（3）条确定水库校核洪水标准为200年一遇洪水；
② 根据水库地理位置确定水库的分区为赣北区；
③ 根据水库容积和水库坝址以上河道加权平均比降，选择附图 21、附图22、附图25和附图26；
④ 根据水库集水面积，初步确定水库溢洪道设计堰宽采用4m；
⑤ 据上述4张附图，查得水库堰顶设计水深分别为X1=2.0m（比降1‰库容10万m3）、X2=2.8m（比降10‰库容10万m3）、X3=1.8m（比降1‰库容30万m3）和X4=2.3m（比降10‰库容30万m3）；
⑥ 由水库坝址以上河道加权平均比降，按照下式5.1和5.2计算堰顶水深H1和H2：
H1=X1＋(J-J1)/ (J2-J1)*(X2-X1) ---5.1
H2=X3＋(J-J1)/ (J2-J1)*(X4-X3) ---5.2
式中：J---为设计水库坝址以上河道加权平均比降；
J1、J2---为相应附图比降；
H1=2.0m＋(8.85‰-1‰)/ (10‰-1‰)*(2.8-2.0)＝2.70m
H2=1.8m＋(8.85‰-1‰)/ (10‰-1‰)*(2.3-1.8)＝2.24m
⑦ 由水库容积及H1和H2，按照下式5.3计算堰顶水深H：
H=H2＋(V2－V0)/(V2-V1)*(H1-H2) ---5.3
式中：V0---为设计水库正常蓄水位相应库容；
V1、V2---为相应附图库容；
H=2.24m＋(30－19.7)/(30-10)*(2.70-2.24)＝2.47m
相应的溢洪道设计堰宽为4m。
⑧ 堰顶水深加上水库正常蓄水位（堰顶高程＝正常蓄水位），得
校核洪水位：Hs=100.20+2.47=102.67m。
5.2 例子2
（1）设计水库基本情况
××小（2）型水库位于赣州市余都县境内，水库大坝为土石坝，最大坝高为10m，根据1/万地形图量算水库的集水面积为2.6km2，河道加权平均比降为6.8‰，水库正常蓄水位为156m，相应容积为44×104m3。
（2）水库设计水位查算步骤
① 根据3（2）条确定水库校核洪水标准为50年一遇洪水；
② 根据水库地理位置确定水库的分区为赣南区；
③ 根据水库容积和水库坝址以上河道加权平均比降，选择附图45、附图46、附图49和附图50；
④ 根据水库集水面积，查图初步确定水库溢洪道设计堰宽采用5m；
⑤ 据上述4张附图，查得水库堰顶设计水深分别为X1=1.74m（比降1‰库容30万m3）、X2=2.42m（比降10‰库容30万m3）、X3=1.50m（比降1‰库容50万m3）和X4=2.00m（比降10‰库容50万m3）；
⑥ 由水库坝址以上河道加权平均比降，按照式5.1和5.2计算堰顶水深H1和H2：
H1=1.74m＋(6.8‰-1‰)/ (10‰-1‰)*(2.42-1.74)＝2.18m
H2=1.50m＋(6.8‰-1‰)/ (10‰-1‰)*(2.00-1.50)＝1.82m
⑦ 由水库容积及H1和H2，按照式4.3计算堰顶水深H：
H=1.82m＋(50－44)/(50-30)*(2.18-1.82)＝1.93m
相应的溢洪道设计堰宽为5m
⑧ 堰顶水深加上水库正常蓄水位（堰顶高程＝正常蓄水位），得
校核洪水位：Hs=156.0+1.93=157.93m。

13