水保工程学-第八章小型水库

第八章目录第八章小型水库................................................................................................................1第一节概述..............................................................................................................................1一、库址选择..........................................................................................................................2二、地质调查..........................................................................................................................2三、地形测量..........................................................................................................................4第二节水库的特征曲线和特征水位.........................................................................................5一、水库的特征曲线..............................................................................................................5二、水库的特征水位一般表示水库工作状况的水位有4个（图8-7）。...........................7第三节死库容和死水位的确定..............................................................................................8一、死水位应保证水库自流灌溉..........................................................................................8二、死库容应满足泥沙淤积的要求.......................................................................................8第四节水库兴利调节计算及设计蓄水位的确定.................................................................12一、水库的调节性能............................................................................................................12二、年调节水库....................................................................................................................13一、水库防洪规划的目的和任务........................................................................................17二、设计洪水和设计标准....................................................................................................18三、小流域设计洪水的计算................................................................................................19四、水库调洪计算的基本原理和方法.................................................................................23第八章小型水库第一节概述水库由挡水坝、溢洪道、放水建筑物三部分组成，通常称为水库的“三大件”。见图8-1。挡水坝是横栏河道的挡水建筑物，用以拦蓄水量，抬高水位。溢洪道是排泄洪水的建筑物，当水库水位超过计划高度时，洪水就由溢洪道排出，保证大坝安全。放水建筑物包括放水洞和放水设备两部分，库内蓄水通过放水洞送至下游灌溉渠道，由放水闸门或放水卧管控制放出的水量。水库是综合利用水利资源的有效措施，除灌溉农田外还可防洪、发电、养鱼、改变自然面貌。在我国干旱、半干旱的水土流失地区，以灌溉为主，同时考虑综合利用、坝高在30m以下的小型水库是我们研究的主要对象。按国家规定标准，库容100万～l000万m3的叫“小I型水库”，库容10万～100万m3的叫“小Ⅱ型水库”。一、库址选择库址选择是水库工程中有关全局的问题，应从经济、安全、合理几方面考虑。根据经验应注意下列几个问题：1.地形要肚大口小。肚大是指库址内地形宽广，河流或沟道纵坡平缓，能多蓄水，效益大；口小是指坝短，工程经济，同时应便于布置溢洪道和放水洞。否则也会加大工程费用。2.有适宜的集水面积。集水面积过小，则水源不足；过大则洪峰高、洪量大，需要开挖很大的溢洪道。因此，集水面积必须和蓄水库容相适应。3.坝址和库址地质良好，基础稳固，无下陷情况。库底和边坡不漏水，如有裂缝，要能够修补。4.库址靠近灌区且比灌区高。这样可以自流灌溉，引水渠短，渠道建筑物少，沿途渗漏蒸发损失小，比较经济。5.坝址附近要有足够和适用的建筑材料。小型水库挡水坝多采用土坝，因此，要有足够的合乎质量要求的土料和砂、石料。6.坝址附近要有适宜开挖溢洪道的山垭。最理想的是距坝不远的马鞍形岩石山垭，没有这个条件，也可在比较平缓的山坡上开挖。7.水库上游宜草木丰茂，因光秃的山岭易受雨冲刷，水库容易淤积，影响水库寿命，另外，淹没损失要小。除以上各点外，选择库址还要考虑施工、交通运输等条件。二、地质调查水库地质是决定性因素，主要调查库底是否漏水，坝基是否坚固。根据经验，主要调查下列几个问题：1.调查库区、坝址区的岩石种类、性质、分布规律及岩石的透水条件。坚硬的岩石（如花岗岩、花岗片麻岩、石英岩、石灰岩、石英砂岩）一般坚固、致密、强度大，只要没有构造现象就不会漏水，宜于修建各种类型的坝。半坚硬的岩石（如页岩、胶结疏松的砂岩、泥炭岩、砂质页岩）修建小型水库，一般问题不大，但对其软弱夹层必须认真处理，使坝能直接置于比较完整、新鲜的岩石上。黏土和黄土层一般漏水很小或不漏水，可以筑坝。砂卵石层渗漏较大，坝址最好不要选在砂卵石层很厚的地方。2.调查库区、坝址区范围内的地质构造（断层、岩层产状、节理裂隙发育程度及规律、溶洞的分布范围及规律）。断层是兴建水工建筑物的不利地质因素，地质调查时必须将库内、坝址附近的断层构造搞清（断层规模、产状、胶结程度），见图8-2（a）。岩石产状与漏水和坝的稳固有很大关系，岩层倾向下游（库外）一般有漏水及滑动的可能，见图8-2（b）；反之，岩层倾向上游对蓄水坝的稳定有利，见图8-2（c）。岩石节理裂隙发育程度与水库在的渗漏和水工建筑物的稳固有密切关系，一般节理发育、岩石破碎强烈的地段，往往是漏水的主要通道，而大量的渗漏又会改变基础地质条件，引起后患。（a）（b）（c）图8-2几种地质剖面图（a）断层（b）向库外倾斜（c）向库内倾斜对表面坚固而易溶于水成为溶洞的石灰岩、大理岩，要调查溶洞的发育范围及其规律，并做好处理。以免漏水。3.调查库区、坝址区的水文地质特征（含水层岩性、水位深度、水的化学性质、地下水的成因类型），在坝基最好没有承压水或高承压水。为了查明坝址和库内的地质情况，需要进行勘察，特别是对主要的枢纽建筑物要详细勘察，进行比较，给选择水库工程地址提供可靠的依据。三、地形测量（一）坝址地形测量坝址地形测量是为了正确设计枢纽建筑物和估算工程量。测量范围包括坝身、溢洪道及放水洞等。比例尺用1/1000～1/2000。对小水库可采用断面法进行：先沿坝轴线测一横断面，再在与坝轴线垂直的方向，用皮尺测定几个桩，分别在桩处测出其横断面（图8-3）。然后依据横断面之间的关系及高度变化情况，制成平面图，绘出地形等高线。图8-3坝址简易测量示意图（二）集水面积测量集水面积是指向水库里汇集雨水径流的面积，又叫流域面积（图8-4），它是估计水库蓄水量和洪水量的主要依据之一。具体方法可参考第七章“淤地坝”。（三）库容测量与计算库容测量在于绘出水库的水位—库容关系曲线，为规划设计提供依据。具体方法可参考第七章“淤地坝”。（四）建筑材料调查建筑材料是决定坝型、工程造价、施工方法的主要因素之一。必须调查坝址附近建筑材料的种类、质量、数量及其分布比较重要的工程尚应通过试验取得土坝设计的数据（如土料的内摩擦角、凝聚力、渗透系数等）。（五）水文资料的搜集与调查水文资料是水库工程规划与设计的一项关键性资料。水库来水量计算、库容确定、坝高、溢洪道设计都是根据当地的水文资料分析后决定的。水文资料的搜集内容包括以下3个方面：1.径流资料搜集当地的多年平均降雨量、多年平均径流深、年径流系数、径流年内分配以及蒸发量，作为计算有效库容和水库调节计算的依据。2.泥沙资料搜集库区泥沙淤积资料，作为计算死库容的参考。3.洪水资料在山溪、河沟不可能获得实测的洪水流量资料时，只有依靠洪水痕迹调查，了解历史上洪水发生的情况，调查各次洪水形成的暴雨、山洪到达坝址的时闻、洪水上涨与退落的时间等，作为设计溢洪道的参考。搜集水文资料除向当地群众询问外，可向附近水文站、气象站、雨量站了解，并可借助省、地水文手册查出。（六）流域覆被、淹没迁移及社会经济调查1.调查库区林木牛长、山坡陆缓等情况，为确定年径流系数、暴雨径流系数提供资料。并了解库区内现有水土保持治理程度及其对水库库容的影响，为水库规划提供依据。2.调查水库库区内的田地、成材林木及其他建筑物，作为计算淹没损失.的依据。3.调查灌区面积，灌区原有水利设施在水库兴建后如何配合运用，以及灌水定额、灌溉定额、灌水次数、用水时间、灌区土壤种类、渗漏情况等。4.了解灌区主要农作物种类、面积、生长期、耕作制度等，了解灌区人口、劳力、车辆、工具以及建筑材料的远近、运输条件和各种材料的单价等。第二节水库的特征曲线和特征水位一、水库的特征曲线水库的特征曲线用以描述水库库区地形特征，一般包括水库面积曲线和水库容积曲线，它是水库规划的基本资料之一。（一）水库面积曲线水库建成后，随着水库水位（高程）不同，水库的水面面积也不同，这个水位与面积的关系曲线简称为水库面积曲线。水库面积曲线的绘制可以根据库区地形图进行。相应于每一高程就有一等高线和坝轴线间围成的面积（图8-5中的阴影面积）。这个面积可以用求积仪或数方格的办法求得。然后以水库水位为纵坐标，水库水面面积为横坐标，点绘水库水位与水面面积关系曲线，即可得到水库面积曲线（图8-6）。图8-5库区地形图图8-6某水库特征曲线（二）水库容积曲线水库容积曲线是表示水库各种水位与库容之间关系的。它的绘制可以由水库面积曲线推算出来。由水库最低层算起，利用下式可算出每相邻二等高线这间的水库容积。)(211++=iiAAΔZΔV式中：ΔV——相邻二等高线间的水库容积，m3；