角洞水库初步设计报告水文水利专题

角洞水库初步设计水文水利计算书
1．工程概况
角洞水库位于惠州市惠城区汝湖镇，离惠州市区仅12km。

该水库于1956年建成，是一座以灌溉为主，兼顾下游防洪、供水、渔业用水等的综合利用水库。

库区总控制集雨面积37.8km²，坝址以上干流河长13.6km，河床比降5.02‰。

角洞水库溢洪道下泄洪水流经小金镇（东渠）和汤泉水一起汇入小金河主河道，最后经九孔闸排入东江。

小金河水上游建有象头山七级电站，共有七座小型水库。

库区工程主要由主坝、副坝、输水系统、溢洪道等组成，其中主坝长406m，坝顶宽5m，坝顶高程30.0m，最大坝高19.5m。

副坝长143m，坝顶宽4m，最大坝高10m。

放水涵底进口高程15.05m，相应库容45.0万m³。

溢洪道原为开敞式明渠，现规划为闸门控制，3孔，净宽12m，溢流堰为宽顶堰，堰顶高程25.0m。

水库正常水位25.0m，相应库容1860万m³，属中型水库。

此次角洞水库初步设计水文水利计算，是根据广东省水利厅《关于报送惠州市角洞水库安全加固工程可行性研究报告初审意见的函》的审批意见，在可行性研究水文水利计算的基础上加以修改补充。

2．采用基面
此次计算统一采用珠江基面。

3．参考资料
①《广东省水文图集》（1991年版，简称《图集》）；
②《角洞水库设计洪水复核及防洪安全校核报告》（1999年）；
③《广东省一年三熟灌溉定额》（1999年）；
④《广东省暴雨径流查算图表》（1991年版，简称《图表》）；
⑤《广东省水资源》；
⑥《水利工程水利计算规范SL104-95》。

4. 水文基本资料
根据调查，角洞水库自1959年~至今有雨量、库水位观测资料。

①雨量资料复核
与邻近相距约10km的惠州水文站（原惠阳站）长系列雨量资料（1950~2000年）进行对比分析。

两站年雨量资料见下表4-1，经频率计算，惠州水文站：Qa=1665.0mm，Cv=0.21，R=2；角洞水库站：Qa=1673.0mm，Cv=0.21，R=2，结果较为接近（详见电算附表）。

考虑到惠州水文站属省级重点水文站，实测资料较长，整编方法合理，数据可靠，而角洞水库站雨量资料系列较短，由于仍采用人工观测，观测精度还不高，且缺乏短历时雨量记录，无法进行时段点、面暴雨量计算。

因此，本阶段设计年径流的计算仍采用惠州水文站雨量推求的方法，水库暴雨有关参数根据《广东省水文图集》查算。

②水位资料复核
经复核发现，水库只有日平均统计资料，高水位有缺测和漏测、测次不足现象，且观测精度、资料整编还存在问题，此次计算不予采用。

表4-1 角洞水库站、惠州水文站年雨量表
5．径流调节计算
5．1基本资料
⑴库区集雨面积37.8km²，设计灌溉面积A=1.5万亩，灌溉保证率为P1=90%；设计水平年供水规模27000t/d，供水保证率定为P2=95%。

⑵库区附近土壤以壤土为主，根据《广东省一年三熟灌溉定额》，查得该地区毛灌溉定额为M P=90%=1075.7m³/亩，其中渠道水利用系数取为0.7。

⑶水库特性曲线(见表5-1-1及水文附图1、2)
表5-1-1 水位~面积~库容关系表
⑷根据《图集》查得该水库有关水文参数如下：
A．多年平均降雨量H=1700mm；
B．多年平均径流深h=1000mm，相应变差系数Cv=0.37；
C．多年平均水面蒸发深度h水面=1320mm。

5．2 计算方法
水库灌溉和供水具有不同的保证率，应用库容选大值法。

依据不同保证率的灌溉和供水水量，先按低保证率（P=90%）的来水过程求出满足灌溉和供水要求的库容，再按高保证率（P=95%）的来水过程，求出满足供水和折减后的灌溉用水要求(按灌溉需水量的0.9倍)所需的调节库容，取两者中的大值。

5．3 径流调节类型的确定
⑴多年平均径流量W平
W平=h*F=1000*10-3*37.8*106=3780.0(万m³)
⑵设计年径流量Wp
根据皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数Kp值表：
Cs=2Cv，Cv=0.37
P=90%时,Kp=0.566,W p1=W平*Kp=2139.48(万m3)；
P=95%时,Kp=0.480,W p2=W平*Kp=1814.4(万m3)。

⑶综合用水量
P=90%，W灌1=A*Mp=1.5*1075.7=1613.55(万m³)，W供1=2.7*30.4*12=984.96(万m³),
则：W综1=1613.55+984.96=2598.51(万m³)；
P=95%，W灌2=A*Mp*0.9=1452.2(万m³)，W供2=2.7*30.4*12=984.96(万m³), 则：W综2=1452.2+984.96=2437.16(万m³)。

因W p1<W综1<W平,W p2<W综2<W平
故：水库径流调节需采用多年调节。

5．4 兴利计算
5．4．1 设计年径流年内分配
由于库区没有年径流观测资料，故设计年径流年内分配由降雨资料推
求。

以惠阳站为参考站，并根据其降雨年内分配资料选取1967.5~1968.4、
1969.5~1970.4、1985.5~1986.4、1990.5~1991.4四个水文年进行分析比较，
而1969.5~1970.4水文年的枯季时期长，雨量枯，年内分配偏于不利，故选
作典型分配，年降雨量H年=1156.8mm。

径流总量由地下径流量和地面径流
量组成，地下径流量按径流总量的12%计，并按月平均，地面径流量按典
型年降雨分配，详见5-4-1。

表5-4-1 设计年径流年内分配计算表
5．4．2 用水量、用水分配
灌溉用水分配比采用《广东省一年三熟灌溉定额》枯水典型年的用水分配，而供水分配按各月平均计，见表5-4-2。

表5-4-2 用水分配计算表
5．4．3 水库水损计算
水库的水量损失主要考虑蒸发和渗漏损失。

⑴蒸发损失
蒸发损失采用多年平均蒸发损失。

水库额外水量蒸发深度ΔH：
ΔH=H水面×η-(H-h)=1320×0.91-(1700-1000)=501.2mm
式中：h水面――多年平均水面蒸发深度(mm)；
η――水面蒸发器折算系数，取0.91(E601型蒸发器)；
H――多年平均降雨量(mm)；
ｈ――多年平均径流深(mm)。

蒸发损失逐月分配比由《广东省水资源》查得，并计算逐月分配，见表5-4-3。

表5-4-3 蒸发损失分配计算表
⑵渗漏损失
由于库区无渗漏试验资料，该库地质条件中等，损失采用经验值，取水库平均蓄水量的1.3%(按月计)。

5．4．4 计算成果
角洞水库是一座以灌溉、供水为主的多年调节水库，兴利计算采用数理统计法，兴利库容Vn等于年库容V年和多年库容V多之和。

其中，年库容V年采用来水量等于用水量进行完全年调节求得，多年库容V多则由普列什柯夫线解图查算而得。

由于灌溉、供水具有不同的保证率，根据库容选大值法的计算原理，分别以不同保证率的来用水过程计算水库的兴利库容，取两者中的大值，计算结果为95%保证率计算得兴利库容较大，为采用值，详见表5-4-4。

由此表求得年库容V年为968.56（104m³），而W用为2585.91(104m³)，W平为3780.0(104m³)，则调节系数а计算为0.684，由P=95%，Cv为0.37及а为0.68，查普列什柯夫线解图得：库容系数β为0.22。

则多年库容：V多=βW平=0.22×3780.0=831.6(万m³)
求得兴利库容Vn＝V年＋V多=968.56+831.6=1800.16(万m³)
水库现有正常库容1860.0万m³，死库容45.0万m³，即现有兴利库容1815.0万m³，大于计算兴利库容1800.16万m³，而且相差不大，故水库按现有正常库容不变，相应正常水位25.0m。

另外，本工程输水灌溉面积1.5万亩，所要求最大输水流量2.4m³/s即可。

经计算，利用输水涵管输水发电最大装机90.0kw，年利用小时数为2500h，年发电量22.34万kw·h。

因装机不大，指标不优，故不采用于输水涵管出口修建电站、利用电站尾水灌溉的方案。

6．洪水计算
洪水主要由暴雨产生。

主要雨型分锋面雨和台风雨两种，锋面雨多发生于5~7月份，台风雨多发生于7~10月份。

6．1 洪水标准
6．1．1角洞水库
根据《防洪标准GB50201-94》和《水利水电工程等级划分及洪水标准SL 252—2000》规定，角洞水库属中型水库，工程等别为Ⅲ等，正常运用洪水标准为50年一遇(P=2%)，非常运用洪水标准为1000年一遇(P=0.1%)，主要建筑物属3级，消能防冲设计洪水标准为30年一遇(P=3.33%)。

临时性水工建筑物属5级，施工洪水标准定为5年一遇。

6．1．2小金镇和小金河
角洞水库除本身的防洪安全外，还担负下游2.7km小金镇和3.7km小金河干流两岸堤防的防洪任务。

小金镇属一般城镇，人口4万多，国内生产总值11.82亿元（2000年统计）。

小金河堤防保护农田1万多亩，根据《防洪标准GB50201-94》和《堤防工程设计规范GB50286-98》规定，工程等别为5级，防洪标准定为10年一遇（P=10%）。

6．2 计算方法
6．2．1角洞水库入库洪水
本工程为中型水库，由于未设站观测，洪水资料缺乏，故根据《广东省暴雨径流查算图表使用手册》规定，须同时采用“广东省综合单位线方法”和“推理公式法(1988年修订)”两种方法计算，并结合工程集雨区域下垫面条件，合理选取参数。

协调两种方法算得的洪峰流量值相差不超过
20%后，原则上采用广东省综合单位线方法的计算成果。

6．2．1．1基本资料
参数选择：本水库集雨区域位于《图表》分区的东江中下游分区，应采用东江中下游设计雨型（代号4），暴雨低区的αt～t～F关系图，内陆区产流参数，广东省综合单位线滞时m1～Q关系线中的大陆高区关系线（即A线），广东省综合单位线Ⅱ号无因次单位线ui～xi，大陆地区推理公式（1988年修订）汇流参数m～Q关系线。

6．2．1．2地理参数
根据1:50000航测地形图量算复核，各项地理参数：集雨面积F=37.8km2，干流河长L=13.6km，干流坡降J=0.005，集雨区域特征参数θ=79.53。

6．2．1．3暴雨参数
由于库区降雨资料短缺，又无流量观测资料，故本次洪水计算采用1991年版《广东省水文图集》降雨（Ht、Cv）等值线图资料，具体数据见表6-2-1。

表6-2-1 统计参数表
6．2．1．4点面换算系数
根据各区域集雨面积，查《图表》图2-1，得各历时的暴雨点面换算系数аt，具体数据见表6-2-1。

6．2．1．5皮尔逊Ⅲ型曲线Kp值
由《图表》附表2查得Kp值，见表6-2-1。

6．2．1．6汇流参数
本水库集雨区域内大部分属高丘陵，局部为低山和低丘，土壤以壤土为主，透水性中等，植被中等，以针叶林为主的灌木草坡。

综合单位线滞时m1查得2.62，推理公式汇流参数m查得0.86。

6．2．1．7 洪水计算成果
根据流域所取各参数，利用“广东省综合单位线”和“广东省推理公式(1988年修订)”两种方法计算得结果见表6-2-2，详细计算见电算附表。

表6-2-2 洪水计算成果表单位：（m3/s）
由表6-2-2可知，综合单位线与推理公式算得的洪峰流量值不超过20%，故洪水计算采用综合单位线的计算成果。

6．2．2小金镇渠道和小金河洪峰流量计算
洪峰流量计算，根据《广东省暴雨径流查算图表使用手册》采用推理公式法进行。

6．2．2．1基本资料
参数选择：本河集雨区域位于《图表》分区的东江中下游分区，采用东江中下游设计雨型，暴雨低区αt～t～F关系图，内陆区产流参数，大陆地区推理公式（1988年修订）汇流参数m～Ｑ关系线。

地理参数：根据1:10000航测地形图量算得小金河干流（分水岭至东渠汇合口），总集雨面积80.53km2，扣除上游三个小⑴型水库集雨面积10.33km2后为70.2km2（其余小⑵型水库按无调节能力计），河长20.965km，河床坡降2.66%，集雨区域特征参数θ=70.23。

小金镇渠道（又称东渠）集雨面积4.14km2，河长5.116km，河床坡降0.004，集雨区域特征参数θ=32.23。

6．2．2．2暴雨参数
暴雨参数计算采用1991年版《广东省水文图集》降雨（Ht、Cv）等值线图资料，具体数据见表6-2-1。

6．2．2．3汇流参数
本河集雨区域的大部分属高丘陵，局部为低山和低丘，土壤以壤土为主，透水性中等，植被中等，以针叶林为主的灌木草坡，推理公式汇流参数m小金河查得为0.8，东渠为0.74。

6．2．2．4洪峰流量计算
应用推理公式计算得小金河干流10年一遇洪峰流量459m3/s，加上错开叠加三个小⑴型水库总下泄流量12.1m3/s，合计为471.1m3/s，相应水位14.45m。

其中，三个小⑴型水库的洪峰流量采用“广东省洪峰流量经验公式”进行计算。

计算得东渠10年一遇洪峰流量27.0m3/s，相应渠出口水位为14.45m（详见电算附表）。

6．2．3小金河和东渠安全流量
⑴小金河干流（东渠汇合口处）堤顶高程16.21m，减去1.2m的安全超高，则安全水位为15.0m，以此水位在水位～流量关系曲线上（31#断面）查得安全流量为645m3/s，（该断面水位～流量关系曲线见附图5）。

⑵东渠长约 1.6km，中下游段右岸未筑渠堤，高水时部分民房受淹，中游段有广汕公路桥涵穿过渠道，由于涵孔过水面积太小影响过流，所以现状的东渠过水能力较小，根据10年一遇洪峰流量27.0 m3/s，和东渠出口处10年一遇水位14.45m推算水面线的成果（详见下表6-2-3），下游右岸部分民房受淹，中上游段广汕公路和金源花园住宅区均受淹。

其中广汕公路路面水深0.12m，金源花园地面水深0.02～0.3m，据此推算得东渠现状的安全流量约为20 m3/s，因此，东渠急须规划整治。

该段渠道整治规划已列入《惠州市江河流域综合规划报告书》（2000.6.18），但具体整治措施还未出台。

为充分发挥水库对下游的防洪作用，减小小金河汛期防洪压力，拟采用10年一遇洪水水库不泄流的调洪原则，即可行性阶段拟定的调洪原则不变。

经复核，溢洪道水位～泄流量关系曲线正确。

同时，建议主管部门据此进行小金镇防洪整治规划。

表6-2-3 东渠水面线成果表
7．调洪演算
7．1 基本资料
⑴输水涵管
现状：方涵，位于主坝右坝端，输水涵过水断面尺寸1.7×1.7m(宽×高)，涵底进口高程14.9m，其最大限泄流量5.0m³/s；
规划：改为圆管，直径1.4m，涵底进口高程为15.05m。

⑵溢洪道
现状：为开敞跌坎式溢洪道，从水库主库区到溢洪道跌坎长555.0m，跌坎下游修建消力池一个，实测池长10m，池深1.0m。

为提高水库的抗洪能力，降低防限水位，1989年底从溢洪道跌坎处断面往上游，由底部挖深2.5m形成一条梯形断面的抢排沟，底宽3m，边坡1:0.5，长110m，设置一座闸门，分为两孔，单孔过水断面1.5m×2.5m(宽×高)，使得跌坎上游110m 范围内的过水断面是梯形复式断面。

规划：在距原跌坎110m处设立闸门，新闸址距主库区还有445m。

7．2调洪方式
根据小金河干流和东渠安全流量计算成果可知，小金河干流安全流量大于10年一遇洪峰流量，通过10年一遇流量尚有余地；东渠安全流量小于10年一遇洪峰流量，当东渠发生10年一遇洪水时，就是角洞水库不放水，本区间产生的27.0m3/s洪峰流量也超过了渠道的安全流量20m3/s。

因此，东渠必须加以扩宽并在中下游右岸修筑渠堤进行整治。

为了充分发挥水库对下游防洪的作用，减少洪水灾害，采用10年一遇洪水水库不泄流的调洪方式，据此计算得10年一遇防洪库容774万m3，相应水库防洪高水位为27.16m（详见电算附表）。

7．3 泄洪操作原则
⑴输水涵除负责正常供水外，不担负泄洪的任务，以免加重下游陈塘区的排涝负担；
⑵库水位在25.0~27.16m时，关闸蓄水；
⑶当库水位超过27.16m时，闸门全开泄洪，直到水位降至25.0m。

7．4溢洪道
现有溢洪道为开敞式，为配合下游防洪，改建为溢洪闸，闸底高程25.0m 不变，闸孔尺寸采用两种方案进行比较。

方案一：3孔闸门，每孔净宽4.0m；
方案二：5孔闸门，每孔净宽3.0m。

7．5 溢洪道库水位~泄流量关系
角洞水库溢洪道是由一天然山坳开挖而成，从水库主库区通过该山坳往下游约445.0m处建闸，在闸下建立水位~流量关系曲线（由水工专业提供），再以该流量及相应水位为起推条件，利用省水利厅HD-5.BAS程序，往上游逐断面推求至主库区，所得最后断面水位即为相应泄量Q所对应的库水位Z，见表7-5-1（详见电算附表）。

表7-5-1 角洞水库水位Z~泄流量Q关系表
根据此表，绘出库水位Z~泄流量Q的曲线图(见水文附图3、4)。

7．6调洪计算成果
根据库水位~泄流量关系曲线、库容曲线及广东省综合单位线法推求出的设计洪水过程线，依据所拟定的调洪原则，利用省水利厅调洪演算程序TH-3.BAS进行电算，所得成果见表7-6-1。

表7-6-1 角洞水库调洪演算成果表
根据上表成果可知，两方案的计算水位，考虑坝顶超高影响外，均能
满足现有的坝顶高程要求。

考虑到方案一水闸规模较小，投资较省，经分析比较，最后决定采用方案一的计算成果。

8. 输水涵管施工洪水计算
根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，角洞水库主要建筑物属3级，次要建筑物属4级，临时性水工建筑物属5级。

施工期10月~3月，施工洪水标准取为5年一遇。

由于库区洪水资料缺乏，采用分期雨量推求施工洪水的方法。

采用临近惠州水文站的雨量资料，由于水文站枯水期短历时雨量资料未进行整编，因而只统计历年（1981~2001年）10月~3月的最大24小时、连续3天最大降雨量值，其余1小时、6小时采用由暴雨力Sp推求的方法。

求得P=20%
时，H3
天=103.93mm，H24小时=86.51mm，H6小时=54.1mm，H1小时=29.4mm。

采用小汇水面积法（推理公式TL-1A）推求相应的设计施工洪水（详见电算附表），得5年一遇洪水总量152.0万m3。

输水涵底高程15.05m，5年一遇洪水全部滞留库内时水位为17.31m。