白云水库除险加固初步设计.doc

1 综合说明

1.1工程概况
白云水库位于剑阁县义兴乡土垭村境内，距义兴乡15公里，离县城100公里。水库于1957年7月全面竣工投入运行。水库枢纽工程位于在嘉陵江水系西河流域支流，水库坝址以上流域面积0.8平方公里，主河道长度1.35公里，河床平均比降35‰，水库总库容13万m3，正常蓄水库容10万m3，设计灌溉面积450亩，有效灌溉面积200亩。为一座高14.64m，坝顶宽2m，长115m的均质土坝，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水、养鱼等综合功能的小（2）型水库。该水库承担着当地农业生产用水任务，工程投入运行以来，为当地农业生产发挥了显著的经济效益和社会效益。
白云水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、放水涵卧管设施等组成。
白云水库至1957年7月完工投入运行以来，水库枢纽经长年运行后，出现了一些严重制约灌区农业经济发展、威胁下游灌区人民生命财产安全的问题。
1.1.1工程现状
1、大坝工程现状
白云水库大坝为均质土坝。大坝坝高14.64m，坝顶宽2.2m，坝顶长115m，坝顶高程665.2m，设计正常蓄水位653.41m，死水位643.51m。坝顶有机耕道通过，坝面凹陷不平整，坝顶无防浪墙，坝顶及下游坝坡灌木丛生，整体坝行不规整，上游坝坡风浪淘刷严重，存在部分塌陷变形，下游坝面及坝顶未作过整治，大坝中部有裂缝，裂缝约有80m，中部渗漏严重，坝坡设有马道和浆砌条石放水渠，马道宽度不一，放水渠未整治，排水棱体为干砌块石。
工程修建于1957年，至今已运行55年。由于当时各种设计规范都处于一种起步和试验阶段，体制和制度尚不健全，并且没有较为详细的地质资料，没有正规的施工图纸，加之各种技术落后且技术力量极为薄弱，大坝在建设期间，由于人们对土料的选择认识不足，所以填土质量相对较差。另外，前坡坝脚未设堆石体，但前坝由于坡度较缓，工程建成至今未出现任何滑坡等工程险情。大坝外坡脚杂草丛生,且有零星杂灌,由于运行较长，加之人畜践踏，坝坡凹凸不平，较不规则。
2、溢洪道工程现状
水库溢洪道布置于大坝右侧泥岩基础上，为开敞式正堰溢洪道，堰顶高程653.41m，进口宽2.8m，溢洪道全长55m，未进行衬砌。溢洪道上有机耕道通行要求。
3、放水设施工程现状
放水涵卧管布置于大坝右岸边，长度69m，为M7.5水泥砂浆砌条石衬砌 ，断面为矩型，卧管为单排孔眼放水，设计最大放水流量0.15m3/s。“5.12”震后，放水卧管渗漏比较严重且防水方式古老，费时费力，建议重建涵卧管。
1.1.2工程存在的主要问题
1、大坝工程存在的主要问题
（1）大坝由于当初建设时设计标准低，施工技术落后，坝体填土质量较差，大坝上游坝坡浪蚀严重，存在局部不均匀沉陷变形现象。
（2）大坝下游坝坡杂草丛生，局部不均匀沉陷变形明显，坝身无排水系统，坝体两端与山坡接合部无地表排水沟。根据坝坡稳定计算分析，其下游坝坡抗滑稳定安全系数小于规范允许值。
（3）排水棱体设置简单，底部没有设置反滤层，其结构不合理。且棱体大部分垮塌严重。
（4）坝身上部多处散浸现象明显，渗漏量较小，约0.6L/s。
2、溢洪道存在的主要问题
行洪能力不满足
溢洪道形式不规则，且未进行衬砌，经过多年运行后，局部地段冲毁严重，存在部分垮塌现象。通过实地查看和水库管理人员介绍，溢洪道边宽度及高度不够，校核洪水水面曲线高于溢洪道边墙顶，在遇见较大洪水时，洪水会冲出边墙，威胁溢洪道外的农田。
3、放水设施存的主要问题
放水设施位于右岸，由石质涵卧管组成。设计最大放水流量0.15m3/s，放水卧管漏水严重，水库不能正常放水。
1.1.3大坝安全鉴定结论
2012年4月经广元市剑阁水务局专家组对该水库大坝进行了安全鉴定，其鉴定结论为三类坝，建议尽快整治。
1.2水文
1.2.1水文气象
白云水库地处亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、雨量丰富、四季分明的特点。该流域属湿润性亚热带气候，由于受季风的影响，形成冬干、春旱、夏洪、秋涝的特点，流域多年平均降水量为1089mm，降雨年际变化大，年内分配不均，降雨多集中在7～9月，12月～翌年3月降雨较少，流域内多年平均径流深350mm，径流主要靠降水补给。通过对剑阁县气象局多年观测资料统计分析：流域内多年平均气温16.5℃，最高气温38.9℃，最低气温-6.7℃，多年平均风速1.2m/s，多年平均最大风速15m/s。
1.2.2洪水标准
根据国家《防洪标准》（GB 50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2000）的相关规定，白云水库属小（二）型水库，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5级，校核洪水标准为200年一遇（P＝0.5%），设计洪水标准为20年一遇（P＝5%）。
1.2.2洪水复核结果
本次设计洪水采用推理公式计算了设计洪水流量，经洪水计算和调洪演算：
20年一遇时洪峰流量为13.506m3/s， 200年一遇洪水时洪峰流量为22.748m3/s。
校核洪水最大下泄洪水流量为：19.39m3/s，相应坝上校核洪水为：656.2m，相应水库总库容为23.7万m3。
设计洪水最大下泄洪水流量为：10.28m3/s,相应坝上设计洪水为：655.2m，相应水库库容为14.65万m3。
1.2.4特征水位
正常水位653.4m，相应库容13万m3；设计水位655.2m，相应库容为14.65万m3；校核洪水位656.2m，相应库容为19.39万m3；死水位643.51m，相应库容2万m3。
1.3地质
1.3.1库区水文地质及工程地质条件
1、地形地貌
库区为构造剥蚀丘陵地形，西北高，南东低。地貌形态受到构造和岩性控制，平台与深切沟谷，最高738.0m，最低521.8m，高差216m。坝区属浅切割的浅丘地貌区。主要地貌形态为条状山间拗谷，山顶多呈桌状平顶山。按其成因可分为构造剥蚀及侵蚀堆积两大类型。
2、地层岩性
该区出露地层由侏罗系七曲寺组、第四系坡、残积层及人工填土层组成。现将地层由老到新分述如下：
（1）侏罗系七曲寺组（J3q)：浅紫-紫红色泥质砂岩、泥岩互层，中～厚层状构造，泥质类岩石岩性较软，胶结物以泥质胶结为主，水平层间裂隙及垂直张裂隙较发育，强风化带厚2～5米；浅紫、灰紫色砂岩，断口多呈粒状，厚层～块状构造，细粒结构，颗粒大小较均一，主要成分为石英，次为长石，胶结钙质，胶结坚密，岩性坚硬，局部地段为钙泥质或泥质胶结，泥质砂岩单层1.5～8.0m不等，抗风化能力弱。
（2）第四系全新统坡残积层（Q4del）：黄色粉质粘土组成，夹少量泥岩、砂岩碎块石，结构稍密，稍湿，可塑状，结构均一，分布不均匀，钻探揭示厚约1.6～8.8米，分布广泛，主要分布于斜坡及谷地；低洼地带常含有淤泥质。
（3）第四系人工填土层（Q4r）：杂色，以粉质粘土、粘土夹泥岩、砂岩碎块为主。主要由筑坝堆积而成。分布于大坝坝体，厚度0～24.1米。
1.3.2地震烈度
根据《中国地震动参数区划图》（1/100万）国家标准第1号修改单及《四川、甘肃、陕西部分地区地震动蜂值加速度区划图》（1/100万）、《四川、甘肃、陕西部分地区地震动反应谱特征周期区划图》（1/100万）等查得，工程区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g（g为重力加速度），设计地震分组为第二组。地震动反应谱特征值为0.40s。
1.4安全鉴定
1.4.1安全鉴定情况
1.4.1.1大坝工程
（1）大坝由于当初建设时设计标准低，施工技术落后，坝体填土质量较差，大坝上游坝坡浪蚀严重，存在局部不均匀沉陷变形现象。
（2）大坝下游坝坡杂草丛生，局部不均匀沉陷变形明显，无排水系统，坝体两端与山坡接合部无地表排水沟。根据坝坡稳定计算分析，其下游坝坡抗滑稳定安全系数小于规范允许值。
（3）排水棱体设置简单，底部没有设置反滤层，其结构不合理。且棱体大部分垮塌严重。
（4）坝身上部多处散浸现象明显，渗漏量较小，约0.6L/s。
1.4.1.2溢洪道整治工程
1、溢洪道开挖断面不够。
2、土质边墙垮塌严重且边墙未衬砌。
1.4.1.3放水设施整治工程
放水设施卧管裂缝，漏水严重。
1.4.1.4其它整治工程
1、防汛公路
防汛公路不满足工程防汛抢险和管理要求。
2、管理房
从建库至今，该水库一直无管理房。
1.4.2安全鉴定综合评价
根据现场检查和洪水、大坝稳定以及渗漏进行复核评价，该水库最终鉴定为三类坝，建议及时进行整治。
1.5工程布置及除险加固设计
1.5.1工程布置
白云水库坝址位于嘉陵江水系西河流域支流，水库由大坝、溢洪道、放水设施组成;溢洪道位于大坝的右坝肩，为开敞式宽顶堰。堰顶高程653.4m，堰宽2.8m；放水设施为涵卧式,放水流量为0.15m3/s。
水库除险加固项目，均是在已建工程基础上进行扩建整治或更新改造的，故在枢纽总体布置中所处位置基本上均在相应工程原位置处。
1.5.2主要建筑物除险加固设计
1.5.2.1设计标准
根据中华人民共和国水利部颁发的《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）的规定，白云水库大坝工程为五等工程，主要建筑物按5级设计，次要建筑物按5级设计。洪水标准本次确定为：设计标准为20年一遇，校核标准为200年一遇。
1.5.2.2工程加固整治内容
⑴大坝整治工程
①总体设计
经前面第二章坝顶高程复核结果，本次设计坝顶增设1米高防浪墙，外坝清杂培厚整形。
②坝顶整治设计
现坝顶高程655.78m，坝顶宽度为2.0m，坝顶长115m。为满足水库防洪标，需加设1m高的防浪墙，防浪墙采用C20砼，墙厚0.4 m，坝顶路面采用现浇砼路面，厚度20cm。坝顶两侧采用M7.5砌条石增做路缘带，埋入坝顶下土层内。
③大坝内坡整治设计
根据整治后坝体高度，设二级变坡，即坝顶至中部处坡比为1：2.1，变坡至死水位643.51m处坡比为1：2，同时二级变坡处设1.8m宽的马道。
现坝顶至新设马道之间按1：2.1的坡比进行削坡，并采用C15砼预制块护坡，厚度为8cm，下铺设20cm的砂砾垫层。在预制块护坡间采用C15砼现浇护坡框格，框格尺寸为4*4m，之间布设排水沟，孔距5m，呈梅花型布置，孔径40mm，孔材采用PVC管材，管后设砂砾石反滤堆。
马道至死水位按1：2的坡度削坡，并采用块石护坡，厚20cm，死水位处沿大坝纵向干砌一棱条石，条石断面为30×40cm。
④外坝坡工程
根据原大坝，结合现工程设计，外坡上部需要培厚,培厚采用泥岩石渣料进行回填碾压，坡比为1：2，根据实际地形，不设置马道。
对外坝坡坝肩两侧顺坡向设排水沟,排水沟为M7.5砌条石矩形结构，宽×深=0.4×0.5m。对外坝坡堆石体以上坡面采用草皮绿化护坡，以防雨水冲涮。
⑵溢洪道整治工程
由于坝轴线外移，根据该水库溢洪道特性，进口处也相应外移4.68m，考虑至溢洪道进口段与坝体连接，在进口处设1:2.5的反坡，堰顶宽4m，厚其后接坡比为1：30的缓坡段、长37m，然后接1：10的行洪渠，长75m。
堰顶高程为653.4m，堰顶边墙高2.8m，行洪渠边墙高1.50m，边墙采用M7.5砂浆砌条石，其底边采用C15砼浇筑护底，砼厚0.15m，边墙结构尺寸详见图。
⑶放水设施整治工程
针对放水设施存在的病险情况，拟对放水卧管采用拆除重建的方式进行，即：将原卧管拆除，然后采用M7.5砂浆进行重新砌筑，并采用M10砂浆勾缝。
⑷其它工程整治
①防洪公路工程
整治防汛公路1km，路面宽设计为4.5m，路面设计为泥结石结构，路基利用原天然土层，其压实度不小于95%，结构底层采用20-30cm厚砂砾石垫层，表层采用20cm厚泥结碎石，路面由中心向两侧做成2%坡度，以利于排水。公路两侧各设置一道排水沟，排水沟梯形结构，底宽30cm，顶宽60cm，沟深50cm，排水沟采用M7.5砌条石结构。
②大坝观测设施
观测设施布置：在大坝两岸各布设一个工作基点和校准点，各种基点均布设在两岸岩石和坚实土基上，共需增设观测点12个；在坝体上共布置8个观测桩，其中上游坡在正常水位以上布置一排3个，下游坡两排5个。
结构设计：采用C20砼浇筑，观测桩高出地面30cm，顶宽30cm，埋入地下面60cm，底坐宽70cm，高30cm，顶部安装强制对中设备。
水文观测：针对水库降雨量、水位的观测，本次增设自计雨量、水位观测设施各一套、大坝渗流观测设施一套，另外在大坝库内接近大坝较稳定的地点增设水位标尺。
观没设备：根据工程需要，本次配置水准仪一台，经伟仪一台。
③完善管理设施
新建管理房60m2，健全管理设施，增设必要的防洪通讯设施。
1.6施工组织设计
1.6.1施工条件
白云水库位于剑阁县义兴镇土垭村境内，距义兴镇15公里，离县城89公里。村社公路从大坝经过，交通较为方便。在进库防汛公路整治后，外购材料及其土石料的运输均十分方便，可直接运至工地。该水库工程周围石料丰富，足可保证其用料需求.料场至工地较近,运输线路方便且运距较短.施工条件较好。
施工用电可直接在距工程600m处的10Kv降压站搭接380V线路引至各施工点。
钢材、水泥可在广元或剑阁城区物资部门或经销商购买，炸药在剑阁县民用暴炸器材公司购买。
砂石料、粘土料等在规划的料场开采。
1.6.2主体工程施工
1、主体工程主要工程量
动用土石方9436m3， 砌石325.5m3，砼1373.3m3，总灌浆进尺462m,其中坝体回填灌浆进尺462m，坝基坝肩帷幕灌浆进尺308m。
2、工程施工
土方开挖工程：表面上的附作物采用人工清除，并运至指定地点进行处理。对于作业面较大的采用机械自上而下分层开挖，机械运输至弃渣场，无法采用机械开挖作业的部位采用人工开挖，胶轮车等小形运输机械运输至临时堆积地点再用自卸汽车运至弃渣场。
石方开挖：露天明挖作业，采用自上而下的方式进行开挖，采用人工手持式风钻钻孔，人工暴破，机械挖装并运输至弃渣料场。
土方回填：采用机械开挖装料，自卸汽车运输至作业面，无法采用汽车运输到作业面的，采用自卸汽车运到指定地点堆方，再用人工挑台或胶轮车运至作业点，对于溢洪道墙后回填部位采用人工配合小型打夯机夯实，对大坝回填部位采用自卸汽车运料上坝，推土机平料，振动碾分层碾压。
浆砌条石：浆砌条石采用坐浆法施工，坐浆厚度为3-5cm，同一平面大致水平，上下分层错缝，内外T形搭接安砌，砌筑前必须对石料面进行冲洗，缝内砂浆必须灌注饱满，绝不允许干砌。
干砌条块石：干砌条石采用人工作业，在临时堆料场进行人工选石，人工或胶轮车运至作业点，在进行人工砌筑，干砌缝不得大于5cm，达到设计高度和坡度时，表面要大致平整。
砼工程：先进行人工平整基面，再进行基础测量放线后，采用人工立模，胶轮车运料进仓，人工平整仓面，振捣器捣筑。
灌浆工程：对大坝坝体采用灌注粘土泥浆进行劈裂灌浆处理，对坝肩渗漏采用灌注纯水泥浆进行帷幕灌浆处理。处理时采用地质钻机钻灌孔，中压灌浆泵灌注，各种指标通过现场试验确定，灌浆后的各种指标应达到设计要求。
1.6.3施工总进度
本工程总工期6个月，其中施工准备期1个月，主体工程施工期4个月，工程完建期1个月。
1.7工程管理
1.7.1管理设施现状
从工程修建至今，一直无任何管理、监测等设施。
1.7.2本次增设管理设施
⑴管理房
本次设计新建水库砖混结构管理房64.80m2，设在大坝右岸位置，以满足管理的生产、生活需要。
⑵工程其它管理设施
①水工建筑物监测维护设施；②水情、工情信息及数据处理设施；③通信设施；④交通设施。
1.8工程占地
由于该程属于小型水库工程，加之本次为病害整治性质，根据工程整治设计，建设管理房和开通入库公路需永久性占地，其合计为6.85亩。
临时施工用房占地：根据设计，完成该工程病害整治需临时搭建施工用房300m2；堆料场占地1亩，堆料场占地1.5亩，生产生活设施占地0.6亩，临时道路占地3亩，用房占地0.5亩，共占地7.0亩。
1.9环境保护与水土保持
水库水域及两侧陆地，应按二级保护区标准保护。其保护措施如下：本工程中水下抛石应严格控制质量，保持水质的清洁，机具维修所产生的废油应该集中收集，尽量重复利用。工程完工后应对临时占地进行绿化，可栽种松树、柏树等乔木，黄荆、马桑等灌木结合配置进行工程区植物措施的防护、绿化、美化处理。水土保持工程可采取植物措施和工程措施。
1.10 设计概算
1、概算原则和依据：
（1）国家和省级主管部门颁发的有关政策、法令、法规、制度、规程；
（2）中华人民共和国水利部《水利工程设计概（估）算编制规定》；
（3）中华人民共和国水利部《最新水利水电工程概预算定额》（上、中、下册）、水利部颁发的现行《水利工程施工机械台时费定额》、《水利水电设备安装工程概算定额》和有关行业主管部门颁发的定额；
（4）广元市建筑材料价格（2008）2季度的市场价和元坝区物价局出具的《材料价格信息》；
（5白云水库枢纽整治工程设计工程量；
（6）白云水库枢纽整治工程初步设计文件及图纸。
2、基础单价
（1）人工工资：工长7.11元/工时，高级工6.61元/工时，中级工5.64元/工时，初级工3.04元/工时。
（2）主要材料：水泥500元/t，河沙60元/ m3，卵石35元/ m3，炸药7500元/T，柴油6620元/t，汽油6750元/t。
3、设计概算
工程总投资191.65万元，其中建筑工程投资134.59万元，机电设备安装工程9.90万元，临时工程费13.34万元，独立费用18.94万元，水土保持和环境保护工程5万元,工程总投劳3.79万工日。水泥193T，河砂卵石696m3，炸药0.84T。
1.11 经济评价
该工程经过经济评价，经济净现值99.72万元，远大于零，经济内部收益率13.49%，效益费用比1.44。由此可见，本工程在经济上是合理的。

2　水 文

2.1流域概况
2.1.1流域自然地理概况
白云水库位于剑阁县义兴镇土垭村境内，距义兴镇15公里，离县城89公里。水库于1957年7月全面竣工投入运行。水库枢纽工程位于在嘉陵江水系西河流域支流，水库坝址以上流域面积0.8平方公里，主河道长度1.35公里，河床平均比降35‰，它是一座以农田灌溉为主兼有村镇供水、养殖、防洪等综合效益的小（二）型水利枢纽工程，其灌溉、防洪效益显著。
工程流域地处四川盆地北部边缘，为深丘、中山地貌，地势东高西低，高差较大，河道坡度较陡，水流湍急，但流域内植被较好。
2.1.2气象
白云水库地处亚热带湿润季风气候区，具有气候温和、雨量丰富、四季分明的特点。该流域属湿润性亚热带气候，由于受季风的影响，形成冬干、春旱、夏洪、秋涝的特点，流域多年平均降水量为1089mm，降雨年际变化大，年内分配不均，降雨多集中在7～9月，12月～翌年3月降雨较少，流域内多年平均径流深350mm，径流主要靠降水补给。通过对剑阁县气象局多年观测资料统计分析：流域内多年平均气温16.5℃，最高气温38.9℃，最低气温-6.7℃，多年平均风速1.2m/s，多年平均最大风速15m/s。
2.2 基础资料收集与复核
2.2.1基本资料的收集整理
本次洪水复核收集整理了白云水库的主要特征参数：集雨面积、主河道长度、河流比降、吹程、水位～面积、库容曲线、溢洪道有关参数等资料。由于无任何原始资料可查，故本次根据1989年四川省测绘局出版1/10000航测图测算和现场实测数据进行对比分析。
2.2.2流域基础资料复核
1、集雨面积F
本次复核根据1989年四川省测绘局出版1/10000航测图量算得集雨面积为0.8km2。
2.主河道长度L
根据流域1/10000地形图核实主河道长度为1.35km。
3.主河床平均比降J
根据核实的主河道线，用加权平均法计算主河床平均比降J＝35‰。
2.2.3水库水位～库容曲线复核
因该水库无任务资料，本次该水库水位—库容曲线采用在1/10000航测图上内插等高线方法进行绘制，计算绘制成果见表2-1。
白云水库水位H～库容V曲线表
表2-1
水位H（m）
640.78
642.78
647.8
652.3
655.78
库容V（万m3）
0
3
8
11
13
2.2.4水位泄量曲线复核
采用宽顶堰自由出流公式计算下泄流量。
白云水库溢洪道位于大坝右侧,为开敞式正堰，堰顶高程为653.40m,堰宽2.8m，本次按宽顶堰公式 计算下泄流量q,绘制H～q曲线,成果见表2—2。
白云水库溢洪道H～q曲线计算表

表2-2
水位H（m）
653.4
655
655.7
656.1
656.4
下泄流量q（m3/s）
0
8.78
15.15
19.25
22.55
2.3设计洪水
2.3.1洪水特征
白云水库洪水由暴雨形成，洪水发生季节与暴雨相应，一般在夏秋季节，多集中在6—8月，洪水特性为陡涨缓落，起涨到峰顶历时2—4小时，一次洪水总历时为1天左右，洪水过程线呈单峰形，具有山溪洪水的特性。
2.3.2 洪水标准
白云水库为小（二）型水库，工程等别为五等五级，故本次洪水标准根据《水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252—2000）》规定,采用20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。
2.3.3推求设计洪水的途径
水库流域及附近区域无实测洪峰流量资料；水库运行期间也无洪水过程出流观测资料，不能由库水位及出库流量等资料通过入库洪水来推求设计洪水，加之是小(二)型水利工程，故本次根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》（1984版，以下简称《手册》），按手册中的推理公式法由暴雨推求该水库的设计洪水。
2.3.4设计洪峰流量
2.3.4.1设计暴雨
①暴雨计算公式及参数
由于水库流域及邻近类似区内无实测水文资料，水库坝址河段又无历史洪水调查资料，在运行期间没有洪水过程出流观测资料，且没有完整的，长系列的暴雨资料，因此不能用频率分析方法及水文比拟法推求设计洪水，其设计洪水只能由设计暴雨并按《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》和《广元县水文手册》中推理公式进行分析计算。设计暴雨按短历时暴雨按公式Htp=Spt1-n计算：
则:当历时t=1/6—1小时范围内时
n1=1+1.285lg(H1/6p/H1p)
SP1=H1 P (mm)
当历时t=1—6小时范围内时
n2=1+1.285lg(H 1p /H6p)
SP2=H1 P (mm)
当历时t=6—24小时范围内时
n3=1+1.661lg(H6p/H24p)
SP3=H 1P×6n3-1 (mm)
根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》附图——暴雨等值线图计算白云水库各控制历时暴雨统计参数如下表：
白云水库各控制历时暴雨参数计算表 表2-3
历时（小时）
24
暴雨量均值H(mm)
128
CV
0.55
CS/CV
3.5
②各频率暴雨指数及暴雨量
根据以上公式计算得出不同设计频率各控制历时设计暴雨量，各时段暴雨衰减指数n及6—24小时的设计暴雨雨力SP如下表：
白云水库各频率暴雨量及暴雨指数计算表 表2-4
P(%)
n2
SP1
0.5
0.5699
108.97
5
0.5769
70.06
2.3.4.2洪峰流量计算
白云水库属无资料地区，只有采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》中介绍的推理公式计算洪峰流量。
Qp＝0.278ψ F
按《手册》中后附图的等值线和附表皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数KP值表查值，由于流域面积较小，先采用n1作试算。
1、流域特征值
集雨面积F＝0.8km2,主河道长L＝1.35km,主河道比降J＝35‰。
2、汇流参数m值
流域特征系数θ＝L/(J1/3*F1/4) ，m＝0.318θ0.204，经计算得：m=0.397
3、暴雨参数S、n
根据《手册》结合相关公式计算暴雨衰减指数n和雨力参数S。
t=1/6～1h， n2=1+1.285lg(H1/6p/H1p), Sp=H1P
式中：暴雨量HP根据公式HP=KP×HP均值计算。
4、产流参数μ
白云水库地形地貌相对高差不大，采用盆缘山区公式μ=3.6F-0.19计算平均产流参数μ值及μｐ（CV=0.23，Cs=3.5CV）。
5、洪峰流量计算
由于流域面积较小，先采用n2作试算，则计算成果如下表：

白云水库洪峰流量计算成果表
F（km2）
L （km）
J （‰）
J1/3
F1/4
θ=L/（J1/3F1/4）
m
H24 （mm）
CV
CS
0.8
1.35
35
0.3271
0.9457
4.3639
0.5402
128
0.55
3.5CV
频 率 P（%）
KP
H24P
n2P
SP
S1/4
0.383/（（m/θ）*S1/4）
n1P
τO
μ
5
2.1
268.8
0.5769
70.06
2.8931
1.0693
0.388
1.0771
6.6605
0.5
3.34
427.52
0.5699
108.97
3.2309
0.9575
0.369
0.9533
7.8624
频率 P（%）
μ/S
（μ/S)*
τOn
ψ
Ψ^（-1/（4-n））
τ（t）
τn
QP
(m3/s)
验算
Q1/4
m´
5
0.0951
0.0979
0.9021
1.0289
1.1082
1.0407
13.506
1.9171
0.5400
0.5
0.0721
0.0709
0.9291
1.0205
0.9728
0.9899
22.748
2.1839
0.5400
由上述分析计算可知：流域汇流时间τ价于1小时之内，说明采用n2计算合理，验算的汇流参数m′=m，则计算正确。
2.3.5洪水成果合理性分析
由于该水库无任务原始资料可查，也就无可对比性原始数据，但该水库所控制的集水面积只有0.8km2较小，在采用上述暴雨手册中的推理公式和所查的各项参数进行频率年洪水计算的同时，结合区域内同类型同规模水库的洪水计算成果进行分析，认为此次洪水计算过程和方法是比较合理和适用的。
2.4分期设计洪水
根据后面的施工组织设计和前面径流计算，加之该工程规模较小，无需进行分期洪水计算
2.5 调洪演算
2.5.1起调水位的确定
白云水库起调水位定为正常蓄水位653.4m，相应库容12万m3。
2.5.2水位～库容曲线
见表2-1和附图2-1。
2.5.3水位～泄量曲线
见表2-2和附图2-2。
2.5.4洪水总量、洪水过程线
1、洪水总量推求
根据该库各时段设计暴雨，采用《暴雨洪水手册》推荐公式，按单峰洪水进行计算，径流系数α根据《手册》和相应雨量查得。
则设计暴雨历时T=12.8F1/4=11.79小时。
短历时设计暴雨量按HTP= SPT1-n2计算，
设计洪水总量用WP=0.1αHTPF公式计算，成果如下：
洪水总量计算成果表
表2-7
频 率 P（%）
H24P
T
n2P
SP
HTP
а
WP(万m3)
5
268.8
12.11
0.577
70.06
201.22
0.91
14.65
0.5
427.52
12.11
0.570
108.97
318.50
0.93
23.70
2、洪水过程线推求
按《四川省水文手册》东部地区典型概化洪水过程线单峰（2）型放大设计洪水过程线（同倍比），求得设计地面径流过程线后再加上基流量，就是所求设计洪水过程线。
设计洪水概化历时TP按公式TP=2.78WP/QP计算，则：
P=5%，TP=3.79小时； P=0.5%，TP=3.64小时
根据《手册》中典型洪水过程线相对坐标y-x建立设计洪水过程线方程式Qt-t，既：Qt=yQP t=xTP。根据该流域特征，基流部分忽略不计。
白云水库设计洪水过程线计算表

P=5%
P=0.5%
x
t(h)
y
QT´
QT(m3/s)
x
t(h)
y
QT´
QT(m3/s)
0
0
0
0
0.0112
0
0
0
0
0.0112
0.1
0.30
0.05
0.68
0.69
0.1
0.29
0.05
1.14
1.15
0.13
0.39
0.1
1.35
1.36
0.13
0.38
0.1
2.27
2.29
0.18
0.54
0.2
2.70
2.71
0.18
0.52
0.2
4.55
4.56
0.23
0.69
0.4
5.40
5.41
0.23
0.67
0.4
9.10
9.11
0.28
0.84
0.6
8.10
8.12
0.28
0.81
0.6
13.65
13.66
0.33
1.00
0.8
10.81
10.82
0.33
0.96
0.8
18.20
18.21
0.36
1.09
0.95
12.83
12.84
0.36
1.04
0.95
21.61
21.62
0.4
1.21
1
13.51
13.52
0.4
1.16
1
22.75
22.76
0.49
1.48
0.95
12.83
12.84
0.49
1.42
0.95
21.61
21.62
0.6
1.81
0.8
10.81
10.82
0.6
1.74
0.8
18.20
18.21
0.78
2.35
0.6
8.10
8.12
0.78
2.26
0.6
13.65
13.66
1.07
3.23
0.4
5.40
5.41
1.07
3.10
0.4
9.10
9.11
1.8
5.43
0.2
2.70
2.71
1.8
5.21
0.2
4.55
4.56
2.6
7.84
0.1
1.35
1.36
2.6
7.53
0.1
2.27
2.29
3.2
9.65
0.05
0.68
0.69
3.2
9.27
0.05
1.14
1.15
3.9
11.76
0
0
0.0112
3.9
11.29
0
0
0.0112
2.5.5调洪演算
按照《水库大坝安全评价导则》（SL258—2000）第4.4.2条及4.4.3条的有关规定，结合本次设计洪水采用坝址洪水、汛期动库容所占比重不大的情况，调洪计算方法为静库容法。
1、调洪演算
根据库容曲线和单辅助曲线图，采用单辅助曲线半图解法进行设计和校核频率年进行该水库的调洪演算，计算过程略，计算结果见下表。
表2-10 白云水库调洪演算成果表
频率P（%）
防洪
标准
最大溢洪水深(m)
最大下泄流量(m3/s)
最大库容
(万m3)
相应水位（m）
0.5
校核
2.8
19.39
23.7
656.2
5
设计
1.8
10.28
14.65
655.2

2.6坝顶高程复核
2.6.1坝顶安全加高
根据规范，土石坝波浪爬高和风壅高度以上为安全加高，在正常运用条件下为0.50m，在非常运用条件下为0.30m，地震安全加高1m。
2.6.2坝顶超高计算
按《碾压式土石坝设计规范》SL274—2001计算坝顶超高，其计算公式为：
y=R+e+h+A
式中：e——最大风壅水面高度
R——波浪爬高
A——安全加高（设计情况下A=0.5m，校核情况下A=0.3m）
h——地震壅浪高度
① 风壅高度计算
风壅高度按照下式计算：
e=kw2D/(2gHm)cosβ
式中：k——综合摩阻系数，取3.6×10-6
D——风区长度为150m
Hm——水域平均水深为3.5m
W——设计风速（正常运用情况下按多年平均最大风速的1.5倍计，非常运用情况下按多年平均最大风速计，多年平均最大风速根据剑阁县气象站资料确定为15m/s）
② 波浪爬高计算
按照规范，剑阁县白云水库属于内陆峡谷水库，波浪的波高和平均波长采用官厅水库公式计算其波高和平均波长，计算公式为：
gh/w2=0.0076w-1/12(gD/w2)1/3
gLm/w2=0.331W-1/2.15(gD/w2)1/3.75
式中：当gD/w2=20～250时，为累积频率5%的波高h5%，m；
当gD/w2=250～1000时，为累积频率10%的波高h10%，m。
平均波浪爬高按下式计算
Rm=[KΔKW/（√1+m2 ）]√ hmLm
式中：m——坡度系数，m=2.04
KΔ——斜坡的糙率渗透性系数K=0.90
KW——经验系数，正常情况为1.19，非正常情况为1.06
不同累积频率下的波浪爬高RP与平均波浪爬高Rm的关系按规范中表A.1.13查用。
③ 地震雍浪高度：按《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97），工程区的地震裂度为Ⅶ度，其地震雍浪高度为0.5m。
④ 计算成果：按照上述公式计算，其结果见下表4.5-1。
剑阁县白云水库坝顶超高计算成果表
表2-11
计算工况
安全加高A
风雍高度e
波浪爬高R
地震雍浪高h
坝顶超高y
所需Z´坝顶
原设计坝顶Z坝顶(m)
坝顶高程富余
设计
0.5
0.0042
0.43

0.93
656.13
655.78
-0.35
校核
0.3
0.003
0.643

0.95
657.05
-1.27
地震
0.3

0.5
0.80
654.20
1.58
2.6.3坝顶高程复核
坝顶高程按以下两种情况进行计算，并取其最大值：
1、设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高;
2、校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高;
3、正常水位+非常运用情况+地震安全加高情况下的坝顶超高。
白云水库坝顶高程复核成果表
表2-12
工 况
水位
坝顶超高
核算坝顶高程
最低要求坝高
现状
正常蓄水位
653.4
0.5
653.9
657.05
设计洪水位
655.2
0.93
656.13
校核洪水位
656.1
0.95
657.05

通过坝顶高程复核：白云水库坝顶高程复核后为657.06m，而实测大坝坝顶高程为655.78m，尚差1.37m。
2.7水雨情观测和通讯设备
本次设计在水库管理房处布设一个降雨量观测站，在库岸稳定地段设置一处水位观测标尺，以便进行水库水位观测，根据