溪口水库坝顶超高计算2015.6.23

第五章. 水库大坝抗洪能力的复核

根据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000）4.5.1规定，根据规范（SDJ218-84）及其他坝型设计规范的有关大坝安全的规定和工程质量评价结果，复核并确定水库安全度汛的设计和校核洪水位及其相应的最大下泄流量。据此确定的设计和校核洪水位相应的设计洪水频率和校核洪水频率，即为水库大坝现状的抗洪能力。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）（替代SDJ218-84）5.3.1规定，土坝坝顶在水库静水位以上的超高按下式确定，要求分别计算最大波浪爬高R，最大风壅水面高度e和安全加高A。

y=R+e+A (5-1)

式中：y——坝顶超高，m；

R——最大波浪在坝坡上的爬高，m； e——最大风壅水面高度，m； A——安全加高，m。

5.1. 波浪爬高

采用莆田试验站公式计算波浪的平均浪高hm和平均波周期Tm。

0.45??gD???0.0018??0.7?2??gHm???gh??W??0.13th0.7th m (5-2) ????2?20.7?W???W????0.13th?0.7?gHm?????2???????W?????0.5 (5-3) Tm?4.438hm式中：

hm——平均波高，m； Tm——平均波周期，s；

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D——风区长度，根据规范SL274-2001附录A.1.3计算

风区长度计算公式： De?Dcos??s?co?2iiiii （5-4）

本次复核风区长度取1200.0m。

W——计算风速，m/s，正常运用条件下的3级坝，采用多年平均年最大风速的1.5倍，非常运用条件下，采用多年平均年最大风速。本次复核计算风速取15m/s。

Hm——水域平均水深，在库区地形图上分段计算得风区内水域平均底高程h0=23.55m，计算得Hm设计=30.19m，Hm校核=30.93m。

g——重力加速度，取9.81m/s2。 平均波长Lm计算公式为：

2gTm2?HLm?th() （5-5）

2?Lm式中：

H——坝迎水面前水深，坝迎水面前水域底高程H0=28.55m，计算得H0设计=25.19m，H0校核=25.93m。

梅溪水库各工况下风浪要素计算成果详见表5-1所示。

表5-1 梅溪水库各工况风浪要素计算成果表

重现期工况 （年） W（m/s） 常水位 设计 校核 50 2000 22.5 22.5 15 hm（m） 0.381 0.381 0.244 期Tm（s） Lm（m） 2.74 2.74 2.19 11.70 11.70 7.50 计算风速平均波高平均波周平均波长主风向垂直坝轴线，则溪口水库最大波浪爬高按正向来波计算。

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当m=1.50~5.0时，正向来波在单坡上的平均波浪爬高Rm计算公式为：

Rm?K?Kw1?m2hmLm （5-6）

当m≤1.25时，正向来波在单坡上的平均波浪爬高Rm计算公式为： Rm?K?KwR0hm （5-7） 式中：

m——单坡的坡度系数；

KΔ——斜坡的糙率渗透性系数，梅溪水库上游坝坡水位变动区为混凝土面护坡，查规范SL274-2001附录表A.1.12-1得到KΔ=0.8；.

Kw——经验系数，查规范SL274-2001附录表A.1.12-2可得。 溪口水库大坝计算上游坝坡m=1.7。

溪口水库工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级，设计波浪爬高值R应采用累积频率为1%的爬高值R1%，按规范SL274-2001附录表A.1.13可查得不同累积频繁下的爬高与平均爬高的比值Rp/Rm。

据此按内插法求得溪口水库各工况下最大波浪爬高成果，详见表5-2所示。

表5-2 溪口水库各工况最大波浪爬高计算成果表

重现期工况 （年） 常水位 设计 校核 50 2000 数m 1.7 1.7 1.7 性系数KΔ 0.80 0.80 0.80 数Kw 1.019 1.017 1.000 坡度系糙率渗透经验系R1%/Rm 2.23 2.23 2.23 平均波浪爬波浪爬高高Rm（m） R1%（m） 0.872 0.871 0.549 1.945 1.942 1.224 5.2. 风壅水面高度

风壅水面高度e计算公式为：

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KW2De?cos? （5-8） 2gHm式中：K——综合摩阻系数，取3.6×10-6；

β——计算风向与坝轴线法线的夹角，在库区地形图上量得β=0°； 根据以上条件，求得溪口水库各工况下风壅水面高度成果，详见表5-3所示。

表5-3 溪口水库各工况风壅水面高度计算成果表

重现期工况 （年） 阻系数K 常水位 设计 校核 50 2000 3.6×10-6 3.6×10-6 3.6×10-6 D（m） 1200 1200 1200 W（m/s） 22.5 22.5 15 0 0 0 综合摩风区长度计算风速β（°） 度e（m） 0.0038 0.0037 0.0016 风壅水面高5.3. 安全加高

溪口水库为中型水库，大坝级别为3级，根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》表5.3.1，在正常运用和非常运用下，安全加高分别取0.70m和0.40m。

5.4. 坝顶高程

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，应按以下运用条件计算，取其最大值：

（1）设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高； （2）校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；

溪口水库各运用条件下的坝顶超高复核结果详见表5-4所示。

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表5-4 溪口水库坝顶超高复核表

工况 常水位 设计 校核 重现期（年） 波浪爬高（m） 安全加高（m） 50 2000 1.945 1.942 1.224 0.7 0.7 0.4 风壅水面高度（m） 0.0038 0.0037 0.0016 结合最新测量资料，大坝现状防浪墙顶最低点高程为56.22m，现状坝顶最低点高程为55.04m。

根据规范SL274-2001的5.3.4条，当坝顶上游侧设有防浪墙时，坝顶超高可改为对防浪墙顶的要求。

防浪墙：

根据规范要求，设计及校核工况下，溪口水库防浪墙顶高程校核结果如表5-5所示。

表5-5 溪口水库防浪墙顶高程校核成果表

工况 常水位 设计 校核 重现期（年） 50 2000 最高洪水位（m） 52.55 53.74 54.48 波浪爬安全加风壅水面高高（m） 高（m） 度（m） 1.945 1.942 1.224 0.7 0.7 0.4 0.0038 0.0037 0.0016 要求防浪墙实际防浪墙顶高程（m） 顶高程（m） 55.20 56.39 56.11 56.22 由上表可知，溪口水库大坝现状防浪墙顶高程，满足现行规范要求。 大坝坝顶高程：

在正常运用条件下，坝顶应高出静水位0.5m；在非常运用条件下，坝顶应不低于静水位。根据规范要求，设计及校核工况下，溪口水库大坝坝顶高程校核结果如表5-3所示。

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表5-3 溪口水库大坝坝顶高程校核成果表

工况 常水位 设计 校核 重现期 （年） 50 1000 最高洪水位（m） 52.55 53.74 54.48 要求坝顶高程 （m） 52.55+0.5=53.05 53.74+0.5=54.24 54.48 55.04 实际坝顶高程（m） 是否满足 满足 满足 满足 满足 复核结果 由上表可知，溪口水库现状大坝坝顶高程，满足现行规范要求。 防渗体顶高程：

溪口水库采用坝脚采用混凝土防渗墙做基础防渗，防渗墙与趾板、面板一起构成了大坝的防渗体系，根据《混凝土面板堆石坝设计规范》（SL228-2013）条文5.1.3的规定，面板顶部高程不应低于正常运行的静水位。结合最新测量资料，溪口水库大坝现状面板顶部高程最低点为51.65。根据调洪演算推求的水库设计水位为48.23，小于51.65m，因此梅溪水库大坝防渗体高程满足现行规范要求。

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5.5. 水库大坝的抗洪能力评价

本次复核分别根据《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL251-2000）对坝顶高程及防渗体顶高程进行复核，大坝实际抗洪能力满足国家现行规范规定的防洪要求。

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