小水库洪水核算办法

附件：山东省小型水库洪水核算办法（试行）前言《山东省小型水库洪水核算办法》（试行）是为适应新形势下小型水库除险加固需要而制定的。本办法依据水利部《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000、《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）和《山东省水文图集》的有关分析成果，在原山东省水利局暴雨洪水组1979年6月编印的《山东省小型水库洪水核算方法》基础上修订完成的。在山丘区小型水库防洪安全复核、控制运用、加固设计等工作中应以本办法为主，其它各法可作验证参考。本办法提供了洪峰流量、洪水总量以及调洪演算方法，适用我省流域面积在1到30平方千米的小型水库保安全洪水核算使用。对有闸控制或流域面积大于30平方千米的小型水库，应使用《山东省大、中型水库防洪安全复核洪水计算办法》进行核算，设计洪水流量过程应采用瞬时单位线法，其中流域面积小于50平方千米的水库时段长建议取0.5小时，瞬时单位线参数M1与0.5小时单位线关系表可参考《山东省水文图集》。流域面积小于1平方千米的小（2）型水库，应按本办法计算的洪峰、洪量分别加大10%后，再进行调洪。请各单位在使用过程中注意结合实际,及时总结经验,如有问题请函告省水利厅。11小型水库设计洪水标准小型水库设计洪水标准，按照水利部《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)选取。小型水库永久性水工建筑物的洪水标准，应按山区、丘陵区或平原、滨海区分别确定。山区、丘陵区永久性水工建筑物洪水标准[重现期（年）]按表1选用。平原、滨海区永久性水工建筑物洪水标准[重现期（年）]按表2选用。当山区、丘陵区的小型水库坝高低于15m，上下游最大水头差小于10m时，且失事后对下游防洪影响不大时，其洪水标准宜按平原、滨海区标准确定；当平原、滨海区的小型水库坝高高于15m，且上下游最大水头差大于10m时，其洪水标准宜按山区、丘陵区标准确定。小（1）型、小（2）型水库的消能防冲建筑物洪水重现期分别取20年、10年。表1山区、丘陵区小型水库设计洪水标准表不同坝型水工建筑物级别设计标准（洪水重现期年）校核标准（洪水重现期年）土石坝小（1）型4级50～301000～300小（2）型5级30～20300～200特别重要小（1）型（3级）100～501000混凝土坝、浆砌石坝小（1）型4级50～30500～200小（2）型5级30～20200～100特别重要小（1）型（3级）100～501000～500表2平原、滨海区小型水库设计洪水标准表水工建筑物级别设计标准（洪水重现期年）校核标准（洪水重现期年）小（1）型4级20～10100～50小（2）型5级1050～20注：特别重要小型水库系指可能危及下游城镇、工矿区，铁路干线或其它重要政治经济意义设施或梯级水库。一般是否特别重要应由上一级主管部门确定。22洪峰流量的查算2.1计算图表的使用范围：本图表适用于我省一般山区、丘陵区的天然河道，面积在30平方千米以下的小型工程。对于上游有较大控制工程影响的河道，应另外考虑。至于山区和丘陵的划分，主要应根据流域的比降、土壤地质条件以及植被情况确定。本办法规定流域主河道的比降大于10‰，岩石较多，土层较薄，植被一般的均应查算山区图表，其它应查算丘陵图表。对比降在10‰以下，但土层较薄，流域内岩石裸露、植被较差者也应查算山区图表。2.2计算图表计算图表包括基本计算曲线qm—H24—K、山东省qm—H24—K分区划分图、山东省部分县（市、区）暴雨统计参数分析成果表、降雨径流关系曲线和辅助计算图表，前者为计算设计最大洪峰流量的主要工具，后者为简化计算的辅助工具。2.2.1基本计算曲线和分区图1、按我省暴雨特性及下垫面诸因素的影响，基本计算曲线qm—H24—K分四个区七组曲线：1)泰沂山南山区、泰沂山南丘陵区2)泰沂山北山区、泰沂山北丘陵区3)胶东山区、胶东丘陵区4)崂山区2、山东省qm—H24—K分区划分图，据此确定小型水库所在地点的计算分区。3、山东省部分县(市、区)暴雨统计参数分析成果表。4、降雨径流关系曲线，其形式为p+pa-hr是为推求设计标准净雨量使用的。2.2.2辅助图表辅助图表主要有:J—J1/3，F—F2/5查算表，是为了计算简明而使用的。2.3计算图表的使用1、对需要进行洪水复核或设计的小型水库，建议根据适当比例尺的地形图，复核量算工程地点以上的流域特征参数，包括：1)流域面积F:在适当比例尺的地形图上，勾绘好流域分水线后，直接量取，对3于地形图精度不高，或分水线不清的流域，要进行实地查勘测量，以确定分水线的实际位置，单位以平方千米计。2)主要河道长度L：采用自出口断面起沿主河道至分水岭的最长距离，包括主河道以上沟形不明显部分沿程的长度，可由地形图上量算，单位以千米计。3)主河道比降J：J为沿L的河道平均比降，自分水岭起根据沿流程的比降变化特征点高程，按下式采用加权平均法计算。J={(Z0+Z1）L1+（Z1+Z2）L2+……（Zn-1+Zn）Ln-2Z0L}/L2…………(1)式中：Z0、Z1……Zn为自出口断面起沿流程各特征地面点的高程。L1、L2……Ln为各特征点间的距离，详见图一。河道上有跌坎、陡坡等时，应当把突然变动比降段两段的特征点，都做为计算加权平均比降时分段点，以使计算的比降反映沿程实际水力条件。根据从地形图上量算的F、L、J按下式计算流域综合特征参数。K=L/(J1/3·F2/5)……………………（2）2、根据“山东省部分县(市、区)暴雨统计参数分析成果表”查出工程地点以上流域中心多年平均最大24小时降雨量24H及变差系数Cv值，取Cs＝3.5Cv，根据皮尔逊Ⅲ型曲线的模比系数kp值表（见表3）查得Kp值，进而可计算出某种频率的设计标准24小时暴雨量：pPKHH24%24……………………（3）对流域中心处于两个县（市、区）边界附近的水库，若相邻两县（市、区）的多年平均最大24小时降雨量24H及变差系数Cv相差较大时，则该水库在24H、Cv值选用LL1L2L3L4L5Z4Z5Z3Z2Z1Z0图一4时应采取插值等方法进行适当调整。3、根据流域特征综合参数K和设计标准降雨量H24，按工程地点所在位置和流域坡度、土壤土质、植被等情况，查用qm～H24～k关系曲线。得出设计标准的单位面积洪峰流量模数qm；4、将单位面积最大洪峰流量模数qm，乘以流域面积F，即可求得设计标准的最大洪峰流量QmQm=qm×F…………………………（4）3洪水总量的推求以设计标准的最大24小时暴雨量%24PH的75%，加上前期影响雨量Pa，查P+Pa～hR降雨径流关系曲线求出净雨hR，以净雨hR乘上流域面积F即得到洪水总量W：W=0.1hR×F（万立方米）………………（5）其中山丘区小型水库的前期影响雨量Pa取40mm，平原区小型水库前期影响雨量Pa取50mm。洪水过程按三角形计算，洪水历时T（即三角形过程的底宽）按下式计算：T=W/(1800·Qm)(小时）……………………（6）式中：W——洪水总量，Qm——最大洪峰流量。涨洪历时为三分之一T，即最大洪峰Qm出现在三分之一T的地方。4调洪演算4.1溢洪道泄量q的计算小型水库溢洪道泄量q的计算，可参照《溢洪道设计规范》SL253-2000附录A的方法计算。考虑我省小型水库多为无闸控制开敞式溢洪道，断面不规则且缓坡段较长，为方便起见，可采用以下简化公式进行计算：q=1.5Bh3/2…………………………（7）式中：1.5为综合流量系数。对溢洪道为断面不规则的长渠，且底坡较缓的情况，宽顶堰泄流公式不再适用，但用明渠计算比较繁琐，这种情况下仍可应用上述公式，但需将综合流量系数应相应调整，可根据工程情况取1.4～1.5为宜。B——溢洪道宽度（米）；5h——溢洪道堰顶以上的水深（米）。已知溢洪道宽度，可以根据水库的不同水位算出溢洪道的相应泄量。然后将水库水位、库容和q对应列成表格，或绘成曲线，供调洪时使用。4.2调洪演算对流域面积较大或有闸控制的小型水库，应参照大中型水库调洪原则与方法进行计算。有闸控制的水库一般取兴利水位，有特殊要求的可单独设汛限水位并以此做为起调水位。无闸控制的水库调洪演算的起调水位取溢洪道堰顶高程。调洪演算一般采用图表法或者试算法。对无闸控制开敞式溢洪道的一般小型水库可用下述三角形调洪法进行。首先根据水库的水位～泄量关系曲线和水位～容积曲线绘制溢洪道堰顶以上调洪库容V调洪与下泄流量q的关系曲线，将该曲线绘在图二的左方，其右方绘制入库洪水过程线Q～t。在v调洪坐标轴上取一点A，用OA等于洪水总量W，过Qm作水平线交纵坐标轴于B，连接AB，与V调洪～q曲线交于D，过D点作水平线交洪水过程线Q～t的退水段于C，则C点的坐标表示最大下泄流量q，D点的横坐标OD表示相应的调洪库容V调洪。图二qQBQmCQ~tV调洪~qV调洪V调洪W洪Tq泄D’ODAt65算例胶东地区×河×村附近有一小型水库，求三百年一遇情况下的最大洪峰流量及溢洪道的最大下泄流量和水库的最大调洪库容。5.1最大入库洪峰流量Qm的查算一、流域特征参数的量算应用地区万分之一地形图，量得流域工程地点以上流域面积F为16平方千米，自工程地点沿主河道量至分水岭得最大流程L为6.6千米，相应于该河道的平均比降J为0.0183米/米。[J的计算见公式（1）]从附助图表查得F2/5=3.03，J1/3=0.264流域特征综合参数：k=L/(J1/3F2/5)＝6.6/(0.264×3.03)=8.25二、设计暴雨量的计算：三百年一遇设计暴雨量的推求,根据工程所在地点，查辅助计算图表得：多年平均最大24小时降雨量24H为120毫米。多年平均最大24小时降雨量变差系数Cv为0.65。采用Cs=3.5Cv，应用皮尔逊Ⅲ型频率曲线KP值表查得三百年一遇KP值为4.22，则三百年一遇最大24小时降雨量H24为：H24P=0.33%=KP·24H=4.22×120=506.4毫米三、单位面积最大洪峰流量的计算：经实地查勘，该工程地点以上比降较陡，为18.3‰，流域植被中等流域内的岩石主要为花岗岩，有风化，一般土层较薄。根据流域的坡度，土壤地质植被等情况，该流域属于山区。根据流域综合特征参数K=8.25，三百年一遇最大24小时降雨量H24=506.4毫米，查胶东山区qm～H24～K关系曲线得qm=39.1秒立米/平方千米。四、最大洪峰流量的计算：三百年一遇的最大洪峰流量：Qm0.33%=qmF=39.1×16=626秒立米5.2洪水总量和洪水过程线的计算一、洪水总量的计算：7三百年一遇洪水总量计算：三百年一遇最大24小时设计暴雨量为506.4毫米，百分之七十五为506.4×75%=380毫米，pa取40毫米，p+pa=380+40=420毫米，查p+pa～hR曲线得hR=317毫米；洪水总量为：W=0.1h0×F=0.1×317×16=507万立米。二、洪水过程为三角形，洪水历时T为：三百年一遇T=W/(1800Qm)=507×104/(1800×626)=4.5小时5.3调洪演算一、基本资料：水位～容积和水位～泄量关系见表（设溢洪道宽度为15米）二、调洪演算：调洪演算采用图解法，见附图三、图四，经计算后，三百年一遇溢洪道最大下泄流量为118秒立米，调洪库容为410万立米，防洪水位为90.03米。××水库水位～容积和水位～泄量关系见表（单位：m,104m3）水位87.083.089.089.590.090.591.091.592.092.593.094.0调洪库容011225233241249257669279291210461324泄量关系02364891171471802152522903314188附表1：F2/5查算表（F=0～0.99平方千米）F00.010.020.030.040.050.060.070.080.09000.160.210.250.280.300.320.340.360.380.10.400.410.430.440.460.470.480.49