泛水沟水库除险加固工程初步设计报告-学位论文.doc

1 综合说明
1.1 绪言
绛县水泛沟水库位于绛县南凡镇槐泉村西北，地理坐标为东经：
111°38′06″，北纬：35°32′36″，属黄河流域汾河水系浍河支流，是一座以防洪灌溉为主的小（1）型旁引式水库。水库1968年12月动工，1972年12月竣工蓄水，原设计防洪标准为20年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。设计总库容104.4万m3，兴利库容78.4万m3，防洪库容14万m3，死库容4万m3，设计洪水位716.6m，校核洪水位716.8m，兴利水位714.8m，汛限水位711.0m，死水位697.8m。水库坝址以上控制流域面积2.06km2，多年平均降雨量618.9mm。水库除承接上游流域来水外，还通过里册峪水库渠道输水，输水流量为1m3/s。控制灌溉面积1.1万亩，现水库坝前淤积面高程为706.08m，淤积库容为20万m3。
水库枢纽由大坝、溢洪道和放水涵洞三部分组成。
大坝为均质土坝，坝顶高程718.3m，坝底高程696.0m，坝高22.3m，坝顶总长120m，坝顶宽4m，大坝上游坡比为1:2.5，下游坡比为1:2。
溢洪道位于大坝左岸，进口为开敞式，堰顶高程715.75m，底宽3m，高2.5m，原设计最大泄量34.24m3/s。
放水涵洞位于大坝右侧，从坝体内穿过，为砌石结构，断面为城门洞型，宽0.65m，高0.65m，进水形式为卧管，呈阶梯状，卧管为Φ400mm钢管，设计最大泄量1.45m3/s。
由于该水库建于上世纪六十年代，受当时条件限制，工程质量难以保证，加之运行多年致使大坝存在诸多隐患，大坝上游干砌石护坡损坏严重，溢洪道仅开通112m，砌体部分损坏，无法使用，致使水库防洪标准低。水库失事后影响南凡镇5个村庄5200口人、7200亩耕地以及绛县至侯马公路等。
根据《绛县水泛沟水库大坝安全鉴定评价报告》及《绛县水泛沟水库大坝安全鉴定报告书》，大坝为三类坝，属于病险水库，急需进行除险加固。受绛县水务局委托，我院承担该水库除险加固工程初步设计任务。
1.2 水文
水泛沟水库属黄河流域，水库坝址以上控制流域面积2.06km2，流域内植被一般。该流域属干旱、半干旱暖温带大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季暴雨时有发生，秋季晴朗凉爽，冬季少雪干冷。多年平均降雨量618.9mm，汛期6～9月份降雨量占全年降雨量的63%，主汛期7月15日至8月15日雨量比较集中。多年平均蒸发量1807mm，多年平均气温12.9℃，历年最高气温为40.7℃，极端最低气温－19.8℃，多年平均风速1.8m/s，最大风速18m/s，风向多为东南风，无霜期200天。
流域内及邻近流域没有水文站，建库以来也无实测水文资料，故设计年径流通过年降水推求，洪水根据设计暴雨计算。采用《山西省水文计算手册》（山西省水利厅2011年3月编著）计算，以下简称《手册》。由《手册》查得该流域位于水文分区的中区，坝址上游多年平均降雨量为618.9mm。水文下垫面为黄土丘陵阶地。计算结果见表1-1。
水泛沟水库坝址处年径流量、洪峰流量及洪量表
表1-1
频率
年径流量（万m3）
频率
洪峰流量（m3/s）
24h洪量（万m3）
P＝50%
3.2
P＝3.3%
44.6
10.8
P＝75%
2.3
P＝0.33%
73.4
20.8
1.3 工程地质
1.3.1 区域地质概况
水泛沟水库工程区该区东部、南部为中条山侵蚀构造地形和构造剥蚀地形，西部、北部为黄土堆积地形和堆积地形，冲沟发育。依据地貌成因及形态类型将该区地貌可分为4个大区，即中条山系、峨嵋岭地、汾浍谷地以及涑水盆地。该区出露地层由老到新主要有：上太古界绛县群横关岭组（AJh）、绛县群铜矿峪组（AJt）；中元古界中条群余家山组（Ptzyj）、中条群篦子沟组（Ptzb）、上元古界：西阳河群（X）、汝阳群（R）、下古生界：寒武系（ε）、奥陶系（O）；上古生界石炭系（C）、二叠系长石石英砂岩、页岩；新生界：上第三系上新统地层、第四系（Q）地层。
水泛沟水库工程区位于山西地震亚区，西临怀来-西安地震带，东南与许昌～淮南地震带相接，东与邢台～河间地震带相接。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）之《中国地震动峰值加速度区划图》与《中国地震动反应谱特征周期区划图》，本区的设计地震动峰值加速度值为0.15g，本区地震动反应谱特征周期为0.40s。根据《地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表》，本区地震基本烈度为Ⅶ度。
根据区内地下水赋存条件与所处地貌类型，将测区内地下水分为，基岩裂隙水，黄土台塬裂隙孔隙水、河谷平原孔隙水三种类型。
1.3.2 坝址区工程地质条件
水泛沟水库位于南樊镇槐泉村西北的水泛沟中部，是一座旁引式水库，靠引蓄里册峪水库的弃水。库区属峨嵋岭地，黄土丘陵区。
坝址区出露的地层主要是人工堆积物、全新统冲积物、上更新统冲积物。人工堆积物（Qs）岩性为低液限粉土，浅黄色，浅红色，稍湿，稍密，含少量钙质结核、白色菌丝及蜗牛壳，局部夹有低液限粘土。该层主要分布在坝体。全新统冲积物（Q4al）主要由低液限粉土组成，褐黄色，稍湿，稍密，高压缩性。该层主要分布在坝址区的河谷中。上更新统冲积物（Q3al）岩性为低液限粘土，褐灰色、浅红色，硬塑状态，稍有光泽，含少量钙质结核。该层主要分布在坝址区两岸下部及坝基。
1.3.3 坝体工程地质及问题评价
坝体土（Qs）岩性为低液限粉土，含少量钙质结核，局部夹有低液限粘土。天然含水量20.2%；天然孔隙比0.914；干重度14.2kN/m3；饱和慢剪内摩擦角24.2°，饱和慢剪粘聚力27.5kPa；压缩系数0.37MPa-1；压缩模量5.88MPa；渗透系数61.96×10-6cm/s；塑性指数9.3；粘粒含量16.8%。从粘粒含量、塑性指数、渗透系数等指标分析，土料满足均质土坝土料质量要求。坝体土的临界水力坡降为0.83～1.05，建议临界水力坡降取值为0.89；允许水力坡降为0.41～0.52，建议允许水力坡降取值为0.45。
1.3.4 坝基工程地质评价
坝基主要由第四系上更新统冲积物为主，岩性为低液限粘土组成，局部含少量钙质结核。该层土的天然含水量21.7%；干重度14.9kN/m3；孔隙比0.844.6；塑指数10.5；饱和慢剪内摩擦角23.7°，饱和慢剪粘聚力30.0kPa；粘粒含量18.9%；压缩系数0.27MPa-1；压缩模量7.96MPa；渗透系数71.48×10-6cm/s。坝基土的临界水力坡降为0.79～1.04，建议临界水力坡降取值为0.94；允许水力坡降为0.39～0.52，建议允许水力坡降取值为0.73.4。
1.3.5 溢洪道
溢洪道主要由第四系上更新统冲积物为主由低液限粉土、低液限粘土组成，根据物理力学指标可分为2层：第①层主要由低液限粉土组成，局部含少量钙质结核，该层土的天然含水量18.8%；干重度13.7kN/m3；孔隙比0.972；塑指数8.7；粘粒含量19.3%；压缩系数0.55MPa-1；压缩模量4.75MPa；渗透系数57.64×10-6cm/s。第②层主要由低液限粘土组成，局部含较多钙质结核，该层土的天然含水量21.5%；干重度15.6kN/m3；孔隙比0.732；塑指数10.1；饱和慢剪内摩擦角17.8°，饱和慢剪粘聚力27.0kPa；压缩系数0.20MPa-1；粘粒含量22.1%。
1.3.6 天然建筑材料
土料场选在坝址两岸的台垣上，紧靠坝址，运输和开采都比较方便，储量丰富。料场出露的地层岩性为第四系上更新统冲积物低液限粉土，局部含有较多钙质结核，本料场满足均质土坝土料质量指标。
砂料从绛县南樊河购运，砂料场距坝址约10km，交通较为便利，储量满足工程用量要求。
砾料采用南樊镇里册石料场人工砾料，砂料场距坝址约10km，质量满足人工骨料技术要求。
工程所需块石料可从磨里峪小北山石料场进行开采使用，距水库大坝约25km，有乡级公路可通行。
1.4 工程任务及规模
1.4.1 工程改造任务
根据水库工程的实际情况，依据《大坝安全鉴定报告书》，本次除险加固的主要内容为：
1、对大坝进行加固改造；
2、完建溢洪道；
3、对放水涵洞及金属结构进行更新改造；
4、改造上坝道路，增加必要的工程管理设施。
1.4.2 兴利调节
水泛沟水库1972年12月竣工蓄水以来，已运行39年。水库原设计兴利库容78.4万m3，死库容4万m3，目前水库坝前淤积面高程为706.08m，相应库容20万m3，泥沙多年平均年淤积量0.51万m3。本次设计水库死水位按水库除险加固后再用30年确定，因此水库死库容为35.3万m3，死水位为710.3m。
水泛沟水库为旁引式水库，其流域面积只有2.06km2，P=50%年径流量为3.2万m3。该水库主要承接里册峪水库渠道输水，输水流量为1m3/s。本次除险加固不需做兴利调节计算，兴利水位为溢洪道进口底高程715.75m，灌溉面积仍按现状1.1万亩考虑。
1.4.3 调洪计算
本次起调水位为溢洪道堰顶高程715.75m。调洪计算结果见表1-2。
调洪计算结果表
表1-2
起调水位(m)
P＝3.3%
P＝0.33%
洪水位 (m)
最大泄量(m3/s)
洪水位(m)
最大泄量 (m3/s)
715.75
716.49
3.25
716.98
6.94
由计算结果可以看出：30年一遇设计洪水位为716.49m，300年一遇校核洪水位为716.98m，坝高均满足要求。
1.5 工程除险加固设计
1.5.1 工程等级及标准
1、根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252—2000）规定工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级。
2、水库设计防洪标准为30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。
3、根据《地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表》，本区地震基本烈度为Ⅶ度。
1.5.2 大坝加固设计
水库大坝上游坝坡砌石护坡损坏严重，下游无排水设施。
大坝除险加固前，首先对大坝表面包括坝顶、坝坡和坝脚范围内的杂草、灌木、乱石、垃圾等全部清除，然后清除大坝表层腐殖土，并开挖成台阶状，开挖深度为0.5m～1.5m。
从大坝上游坝坡进行整修，坡比为1:2.5，回填土应分层，层厚以试验确定，压实度要达到96％。坝坡整平后自上而下设30cm厚干砌石护坡，15cm厚砂砾料和15cm厚粗砂。
坝顶道路为土路面，雨天泥泞，影响管理人员巡查，本次改造坝顶加宽至6.0m，做现浇C15砼路，路面宽度为5.0m，厚20cm，路面以2%倾向下游，在下游测做坝面排水沟。
下游坝坡培厚，坡比为1:3，在高程708.3m处设马道，坝坡采用生物草皮护坡。在下游坝坡与岸坡结合处及0+060位置布设横向排水沟三条，在坝顶下游侧及下游马道708.3m处和下游坡脚均设一纵向排水沟，并与坝坡横向排水沟相连。纵、横向排水沟断面尺寸为0.3×0.3m，采用现浇C15砼砌筑，侧墙厚10cm，底板厚度为10cm。台阶布置于大坝桩号0+060处的下游坝坡，宽1m，为现浇C15砼结构。
大坝下游坡脚增设贴坡排水，贴坡排水顶部高程700.0m，从外到内依次为30cm厚干砌块石、15cm厚碎石和15cm厚砂砾料，砌筑石块应力求紧密嵌紧。
1.5.3 溢洪道加固设计
溢洪道位于大坝左岸，进口为开敞式梯形断面，堰顶高程715.75m，底宽3m～4.5m不等，高2.5m，原设计最大泄量34.24m3/s。溢洪道仅开通112m，采用浆砌石衬砌，部分坍塌，内部杂草丛生，左侧上部边坡近直立，已经出现坍塌现象，出口正对上坝道路。
本次改造先清除溢洪道内部杂草、树木及乱石，将现状砌体损坏部分全部拆除，下游未开通部分全部开通，用M7.5水泥砂浆砌石重新砌筑。由于上游流域面积较小，来水较少，设计洪水时溢洪道最大下泄流量为3.25m3/s，校核洪水时最大下泄流量为6.94m3/s，因此本次设计溢洪道断面形式维持现状不变。
1.5.4大坝观测工程设计
大坝表面变形观测包括坝面沉降和水平位移观测。观测横断面共设3个，桩号分别为0+030、0+060和0+090。每个横断面共设3个观测点，上游坝坡正常蓄水位以上1个，下游坝坡717.5m及708.3m马道处各1个；大坝两岸每排测点的延长线各布置一个起测基点，这些测点兼作水平位移和沉降位移观测测点。在下游1km范围内布设3个水准基点。
1.6 工程管理
1.6.1 管理机构
水泛沟水库始建于1968年，1972年5月竣工蓄水，由绛县槐泉灌溉管理委员会管理，有专职管理人员2名，负责水库的管理运行、维护。由于该水库为除险加固工程，不增加管理人员。
1.6.2 管理范围及保护范围
水泛沟水库工程管理范围：库区为设计洪水位716.49m以下范围。上游从坝轴线向上不少于100m，下游从坝脚线向下不少于150m，上、下游均与坝头管理范围端线相衔接。大坝两端管理范围以第一道分水岭为界或距坝端不少于200m。溢洪道工程由两侧轮廓线向外不少于50m，其他建筑物由工程两侧轮廓线向外不少于20m。
水泛沟水库工程保护范围：在工程管理范围外界线外延，主要建筑物不少于200m，次要建筑物一般不少于50m。
水泛沟水库为已成工程，本次除险加固工程不存在水库淹没处理和工程永久占地。
1.7 工程施工
本次除险加固工程的主要内容有：坝体整修培厚及防渗加固处理、溢洪道改造、坝顶增加防浪墙、坝顶道路硬化、新建管理房及增设大坝观测设施等工程建设。
该枢纽工程为已建工程，目前已运行39年，对外交通设施比较完善，场内施工道路可在原有道路基础上整修后便可使用。施工用水可就近抽取库水。电源可就近从附近村庄接引或自备柴油发电机组，保证施工用电。施工通讯采用无线电话和有线电话，比较方便。
根据工程特点，该工程总工期为一年，计划2011年12月1日开始，到2012年11月30日结束，施工天数365天。非汛期进行大坝培厚、大坝防渗加固处理及溢洪道改造等工程建设，其余工程可全年施工。
1.8 环境保护设计
根据环境现状分析和环境影响预测结果，水泛沟水库除险加固工程对环境产生的负效益较小，而对维护区域内社会经济持续快速发展极为有利。水库除险加固施工中，对当地环境的不利影响是可以得到有效控制的。除险加固后，水库将正常发挥其应有的效益，促进当地农业和农村经济的发展，对社会效益、经济效益和环境效益都是十分有利的。
1.9 水土保持设计
根据工程建设特点及其对水土流失的影响预测、区域自然环境条件，确定水土流失防治分区为：坝址区、弃渣场、施工临时占地区等防治区。
（一）坝址防治区水土保持措施
坝址区包括：大坝工程防治区、溢洪道工程防治区。该区在工程施工结束后，其所采取的工程措施能够满足水土保持的要求，因此不需采取水土保持防治措施。
（二）弃渣场防护措施
工程施工弃渣采取集中堆放的方式，在水库下游约1.0km的山沟处布置弃渣场，在弃渣场顶面与斜坡上覆盖0.5m厚的土层，进行平整后，其上种植树木和播种草籽，此部分费用已计入工程独立费用中。
（三）施工临时占地区防护措施
工程施工临时占地区包括混凝土拌和设备、生产生活临建、加工厂、其它辅助工程及施工道路占地。本区水土保持防治任务是注意施工场地周边排水问题，施工结束后，对施工单位临时建筑拆除后的场地，进行生活垃圾和固体废弃物的填埋和清理，然后进行土地平整。
1.10 工程概算与资金筹措
1.10.1工程概算
本工程概算总投资443.46万元。其中一至五部分投资为422.35万元，基本预备费21.12万元。总投工12.72万个工时，总工程量62342m3，其中土石方开挖23414m3，土石方填筑373.423 m3，砌砖石4148m3，混凝土57m3。共需水泥215t，柴油41t，砂子1125m3，石子1824m3，块石4695m3。
1.10.2资金筹措
工程资金筹措计划：该工程总投资434.52万元，全部申请中央资金。
1.11 经济评价
本工程的经济评价按照《水利建设项目经济评价规范》（SL72-94）、（以下简称《规范》）国家发展和改革委员会、建设部《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）（发改投资〔2006〕1325号）的要求进行，并参照有关工程来进行分析计算。
计算结果：经济净现值为1808.5万元，经济内部收益率为49.4％，效益费用比为5.62，均满足要求。
从计算结果来看，经济净现值大于零，经济内部收益率大于8%，经济益费用比大于1，满足《水利建设项目经济评价规范》SL72-94要求。从国民经济角度来看，该项目合理可行。
工程特性及技术指标表见表1-3。

水泛沟水库除险加固工程特性表
表1-3
项 目 名 称
单位
数量
备注
原设计技术指标
本次复核技术指标
流域面积
km2
2.06
2.06

流域特征
黄土丘陵区
km2
2.06
2.06

流域长度
km
2.58
2.58

流域平均宽度
km
1.25
1.25

流域纵坡
‰
30.7
30.7

清水流量
m3/s

多年平均降雨量
mm
618.9
618.9

P50%多年平均径流量
万m3
7.6
3.2

P75%多年平均径流量
万m3

2.3

多年平均淤积量
万m3

0.51

设计洪水
标准
%
5
3.3

洪峰流量
m3/s
37.06
44.6

洪水总量
万m3
11.38
10.8

校核洪水
标准
%
0.33
0.33

洪峰流量
m3/s
104.21
73.4

洪水总量
万m3
32.58
20.8

水库调节方式

年调节
年调节

水库特征
校核洪水位
m
716.8
716.98

设计洪水位
m
716.6
716.49

兴利（正常蓄）水位
m
714.8
715.75

死水位
m
697.8
710.3

总库容
万m3
104.4
111.6

兴利库容
万m3
78.4
55.4

死库容
万m3
4
35.3

淤积高程
m
706.08
706.08

淤积库容
万m3
20
20

水泛沟水库除险加固工程特性表
续表1-3
项 目 名 称
单位
数量
备注
原设计技术指标
本次复核技术指标
设计效益
灌溉
保证率
%
50
50

面积
万亩
1.1
1.1

防洪
保护村镇及人口
个/人
5/5200
5/5200

保护耕地设施
亩
7200
7200

大坝工程
坝型

均质土坝
均质土坝

地基特性

低液限粘土
低液限粘土

地震基本烈度/设防烈度

Ⅶ/Ⅶ
Ⅶ/Ⅶ

坝顶高程

718.3
718.3

最大坝高
m
22.3
22.3

坝顶宽度
m
4
6

坝顶长度
m
120
120

河底高程
m
696
696

上游坝坡
m
1:2.5
1:2.5

下游坝坡

1:2
1:3

溢洪道

型式

开敞式
开敞式

堰顶高程
m
715.75
715.75

进口控制方式

无
无

总长度
m
112
189

设计泄洪流量
m3/s

3.25

校核泄洪流量
m3/s

6.94

放水涵洞
涵洞断面尺寸
m
0.65×0.65
0.65×0.65

进口底槛高程
m
702
702

进口控制方式

卧管
卧管

总长度
m
70
85

水泛沟水库除险加固工程特性表
续表1-3
项 目 名 称
单位
数量
备注
原设计技术指标
本次复核技术指标
主要工程量
土方开挖
m3

23414

土石方填筑
m3

373.423

砌石
m3

4148

砼和钢筋砼
m3

57

主要材料用量
水泥
t

215

钢筋
t

11111

木材
m3

汽油
t

柴油
t

41

沥青
m3

块石
m3

4695

碎石
m3

1824

砂
m3

1125

电
度

工程施工
总工时
工日

12.72

施工期限
年

1

总投资
万元

443.46

经济指标
经济净现值
万元

1808.5

经济效益费用比

5.62

经济内部收益率
%

49.4

2 水文
2.1 流域概况
绛县水泛沟水库位于绛县南凡镇槐泉村西北，地理坐标为东经：111°38′06″，北纬：35°32′36″。属黄河流域汾河水系浍河支流。水库坝址以上控制流域面积2.06km2，河长2.58km，河道纵坡30.7‰，流域内植被一般。水库除承接上游流域来水外，还通过里册峪水库渠道输水，输水流量为1m3/s。
2.2 气象
该流域属干旱、半干旱暖温带大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季暴雨时有发生，秋季晴朗凉爽，冬季少雪干冷。根据绛县气象站统计资料，多年平均降雨量618.9mm，汛期6～9月份降雨量占全年降雨量的63%。多年平均蒸发量1807mm，多年平均气温11.7℃，历年最高气温为40℃，极端最低气温－19.6℃，多年平均风速1.8m/s，最大风速18m/s，风向多为东南风，无霜期200天。
2.3 水文基本资料
流域内及邻近流域没有水文站，水库从建库以来也无实测水文资料，故设计年径流通过年降水推求，洪水根据设计暴雨计算。采用《山西省水文计算手册》（山西省水利厅2011年3月编著）计算，以下简称《手册》。由《手册》查得该流域位于水文分区的中区，坝址上游多年平均降雨量为618.9mm。水文下垫面为黄土丘陵阶地。
2.4设计流域年径流复核
2.4.1年径流均值计算
年径流均值计算包括地表年径流均值计算和基流均值计算两部分。地表年径流均值计算分为等直线法、幂函数模型法和双曲正切模型法三种方法，本次采用精度比较高的幂函数模型法和双曲正切模型法。基流均值计算分为水文调查比拟法和模型法两种方法，根据本设计流域的具体情况，采用模型法进行计算。
1）地表年径流计算
（1）幂函数模型法
设计流域为单类下垫面，计算公式为：
（2.4.1）
式中：——设计流域多年平均地表年径流深(mm)，
——设计流域多年平均相对降水，即流域平均年降水均值与全省多年平均年降水值（507.6mm）的比值，=618.9/507.6=1.22
α——设计流域水文下垫面产流地类复合参数，查手册表4.2.1.1，中区黄土丘陵阶地下垫层取21（一般值），
b——水文分区参数。
（2）双曲正切模型法
计算公式为
（2.4.2）
式中：——设计流域某产流地类多年平均地表年径流均值(mm)；
——设计流域多年平均年降水量，取618.9mm；
——不产流地类可能最大损失，查手册表4.2.1.7；
——双曲正切函数符号。
2）基流均值计算模型法，公式为：
（2.4.3）
式中：——设计流域多年平均基流量；
c——反映流域水文下垫面综合补给条件的参数，反映 设计流域的导水性与透水性，查手册表4.2.1.9；
——无效相对降水，查手册表4.2.1.9；
——设计流域多年平均相对降水，即流域平均年降水均值与全省多年平均年降水值（507.6mm）的比值，=618.9/507.6=1.22。
3）年径流均值计算
（2.4.4）
（2.4.5）
4）设计流域年径流变差系数Cv及偏态系数CSR计算公式为：
（2.4.6）
（2.4.7）
（2.4.8）
（2.4.9）
式中：——设计流域年径流变差系数；
——设计流域年降水变差系数，查手册附图7得0.24；
——年径流系数；
k、m、n——分区参数，由手册表4.2.2.1查的。
5）设计流域年径流计算
设计年径流由下式进行计算
（2.4.10）
（2.4.11）
（2.4.12）
式中：——某频率的年径流；
——某频率的设计年径流；
——皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数；
——皮尔逊Ⅲ型曲线离均系数。
6）结果选取
以上计算参数选取及结果见表2-1～2-4。
基础参数表
表2-1
水文分区
流域面积(km2)
流域面雨量(mm)
流域雨量变差系数
中区
2.06
618.9
0.25
幂函数法参数值
表2-2
下垫面类型
单地类面积
参数a
参数c
参数K0
黄土丘陵阶地
2.06
9.0
35.5
0.73
双曲正切法参数值
表2-3
下垫面类型
单地类面积
可能最大损失量Zm
参数c
参数K0
黄土丘陵阶地
2.06
2400.0
35.5
0.73
两种方法年径流计算对比表
表2-4 单位:万m3
计算方法
地表年径流均值
基流均值
年径流均值
变差系数
偏态系数
幂函数模型法
3.26
3.58
6.84
1.29
3.82
双曲正切模型法
2.75
3.58
6.33
1.31
3.98
本工程选用幂函数模型法的计算成果
2.4.2 设计年径流年内月分配
设计年径流年内分配采用水文比拟法，成果见表2-5
设计年径流年内月分配表
表2-5
保证率
项目
姚暹渠大庙
　　　　　　　　　　　　　　 年径流量月分配
单位：万m3
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
全年
50%
参证站比例(%)
4.3
5.2
6.2
4.1
3.0
0.0
5.5
4.3
34.2
22.6
7.1
3.6
100
设计径流量
0.1
0.2
0.2
0.1
0.1
0.0
0.2
0.1
1.1
0.7
0.2
0.1
3.2
75%
参证站比例(%)
26.5
17.4
7.0
8.3
8.3
1.7
25.2
2.6
2.2
0.4
0.4
0.0
100
设计径流量
0.6
0.4
0.2
0.2
0.2
0.0
0.6
0.1
0.1
0.0
0.0
0.0
2.3
2.5 洪水计算
2.5.1 防洪标准
根据《水利水电工程等级划分标准及洪水标准》（SL 252—2000）规定，水泛沟水库总库容为104.4万m3，属Ⅳ等工程，其主要建筑物为4级，结合本工程特点确定本次复核选用防洪标准为30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。
2.5.2 流域特征
流域特征参数包括流域的面积、主河道长、平均宽度和平均坡度等。以上参数中流域面积、主河道长在1:1万、1:5万的地形图上量测，其它参数根据式（2.5.1）、（2.5.2）、（2.5.3）计算：
流域平均宽度： （2.5.1）
式中：B—流域平均宽度，km；
F—流域面积，km2；
L—流域主河道长，km。
流域平均坡度：
（2.5.2）
式中：J—流域平均坡度，m/km；
Z0，Z1…Zn—自计算断面开始的沿程各计算点高程，m；
L1，L2…Ln—相应各计算点与相邻前一点之间距离，km。
洪水计算特征参数表
表2-6
项 目
流域面积F（km2）
流域长度L(km)
平均宽度
平均纵坡
下垫面
B（km）
J（‰）
黄土丘陵阶地
特征
2.06
2.58
0.8
30.7
2.06
2.5.3 洪水计算
流域内及邻近流域没有水文站，水库从建库以来也无实测水文资料，洪水计算按无资料地区考虑。水文分析采用我省2010年出版的《山西省水文计算手册》进行计算。
2.5.3.1 设计暴雨
本次计算选取一个控制点进行计算。
①点雨量设计
（2.5.3）
式中：—历时为t的设计点暴雨量，mm；
—历时为t的设计暴雨均值量，mm；
—频率为P的模比系数；
从《手册》暴雨等值线图上查的该流域形心处不同历时的暴雨均值、Cv等暴雨特征值及模比系数K3.3%、K0.33%。根据（2.5.4）式计算，参数选取及计算。
②面雨量设计： （2.5.4）
式中：—标准历时、设计标准为p、流域面积为A的设计面雨量，mm；
—设计点雨量的流域平均值，mm；
—设计暴雨点～面折减系数，按下式计算：
（2.5.5）
式中：A—流域面积，km2；
C、N—经验参数。
（2.5.6）
式中：—设计雨力，即1h设计雨量，mm/h；
t—暴雨历时，h；
—经验参数；
—设计面雨量修正值。
暴雨公式的三个参数SP、、需要根据同频率个标准历时设计雨量，以残差相对值平方和最小为目标求解，其中SP的查图误差控制在±50%以内；。当不被满足时，适当调整查图的均值和CV，至满足约束为止。
③时程分配
时段雨量序位法：
(2.5.7)
利用（2.5.8）式计算时段雨量，其中j为《手册》中雨型分配模板中的主雨日时段雨量排位序号。
百分比法：
主雨峰前后时段雨量分配：
(2.5.8)
(2.5.9)
式中：—《手册》雨型分配模板中查得的百分数。
非主雨日的日雨量分配：
(2.5.10)
非主雨日的时段雨量分配：
(2.5.11)
式中：—《手册》雨型分配模板中非主雨日日雨量占非主雨
日雨量之和的百分比；
—非主雨日设计日雨量，mm。
根据式（2.5.7）至（2.5.11）计算
④计算主雨历时和主雨雨量
根据《手册》中规定，采用瞬时雨强大于等于2.5mm/h的降水作为主雨。
本次主雨历时计算使用图解法，令：
(2.5.12)
在普通坐标系中绘制f（t）～t曲线，然后再纵坐标上截取f（t）=2.5得点A，过点A作水平线，交f（t）～t曲线于P点，P点的横坐标即为主雨历时。
由式（2.5.13）计算主雨雨量：
(2.5.13)
非主雨日的主雨历时及主雨雨量按雨强大于2.5mm/h的标准统计计算。暴雨计算结果见表2-7～2-11。
不同历时定点暴雨参数
表2-7
10min
60min
6h
24h
3d
均值
Cv
均值
Cv
均值
Cv
均值
Cv
均值
Cv
12.2
0.52
44.6.9
0.50
43.9
0.50
58.7
0.73.4
78.0
0.54
P=3.3%各定点雨量及参数
表2-8
10min
60min
6h
24h
3d
Sp
λ
ns
27.2
58.6
95.6
123.2
178.4
57.6
0.106
0.64

P=3.3%设计暴雨参数
表2-9
项目
10min
60min
6h
24h
3d
Sp
λ
ns
点雨量
27.2
58.6
95.6
123.2
178.4
57.6
0.106
0.64
折减系数
0.94
0.94
0.97
0.98
0.99

面雨量初值
25.5
55.1
93.0
121.1
176.7

设计面雨量
25.6
54.5
94.0
120.6
176.7
54.5
0.103
0.63
P=0.33%各定点雨量及参数
表2-10
10min
60min
6h
24h
3d
Sp
λ
ns
41.1
87.3
142.4
179.8
272.4
86.3
0.107
0.65
P=0.33%设计暴雨参数
表2-11
项目
10min
60min
6h
24h
3d
Sp
λ
ns
点雨量
41.1
87.3
142.4
179.8
272.4
86.3
0.107
0.65
折减系数
0.94
0.94
0.97
0.98
0.99

面雨量初值
38.4
81.9
138.0
176.6
44.69.5

设计面雨量
38.5
81.4
138.8
176.2
44.69.5
81.4
0.104
0.64
2.5.3.2 流域产流计算
流域产流计算又包括设计洪水净雨深和净雨过程计算两部分。
（一）设计净雨深计算
设计净雨深计算采用双曲正切模型，双曲正切模型的结构为：
（2.5.14）
式中：th—双曲正切运算符；
—设计暴雨的主雨历时，h；
—设计暴雨的主雨面雨量，mm；
—主雨历时内的流域可能损失，mm。流域可能损