人工湖特征水位及湖顶高程推求浅谈

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摘要：本文以长白山人工湖建设项目为例，论述特征水位形成及湖顶高程的推求步骤及方法，仅供同仁参考。

关键词：人工湖、暴雨、特征水位、风浪爬高、风壅高度

项目位于吉林省白山市，是重要景观工程，是整个项目区的有机组成部分。项目区属我国东北部山区寒温带湿润气候区。平均降水量在600―800mm，全年降水量在600-1340毫米，多集中于生长季节，约占总降水量的76.9%。

1暴雨分析

暴雨通过当地暴雨图集查本地区暴雨参数，然后用P―Ⅲ型线推求各时段的设计暴雨，流域面积很小，点面折减系数取1.0。采用的暴雨参数及设计暴雨成果见表1。

为工程偏安全考虑，与当地1960年8月22日～24日在该流域发生的一次特大暴雨比较，一日最大降水量为162.9mm。本次推求的百年一遇设计24h雨量为170mm，与特大暴雨成果基本一致，故本次依据暴雨等值线图推算的设计暴雨成果是合适的。

2确定人工湖等级标准

人工湖容积15.69万m3，参照《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000，确定为水利行业小（二）型水库，工程等级为Ⅴ等，重要永久性建筑物级别为5级。洪水标准参照《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000及《防洪标准》GB 50201-94相关内容， 洪水标准确定为：10年一遇设计，20年一遇校核。

3湖体特征值

据相关内容：确定人工湖水面标高851.0米，水深5.0米，湖底大面积标高846.0米。人工湖水面面积5.26万m2，湖体容积为15.69万m3。

4人工湖特征水位确定

人工湖总汇水面积162400（含人工湖），其中851m水面高程对应的湖水面面积为52600。由于总的汇水面积较小，坡面雨水流进入人工湖后，人工湖水面抬高程度与入湖水总量有关，按水文相关公式计算洪峰量实际意义不大。参照附近区域水文资料及计算成果，径流系数取0.673。本次将人工湖汇水面积内不同频率24h的降雨流入人工湖内由此引起的水面水位作为人工湖的设计水位。水位确定计算成果见下表：

5湖顶高程推求

区域内冬季多偏西风，夏季多西南和东南风，多年平均风速为2.8m/s，多年平均最大风速为15.5m/s，极端最大风速22m/s。

人工湖顶高程确定方法由静水位＋超高确定，其超高值按下式计算：

y=R+e+A

式中:

y――坝顶安全超高。

R――最大波浪在坝坡上的爬高，m；

e――最大风壅高度，m；

A――安全加高，m。 坝的级别5级,查表得设计取0.5m，校核取0.3m。

（1）波浪爬高推求

本工程波浪的波高和平均波长采用莆田试验站公式计算确定。

式中： ―斜坡的糙率渗透系数，根据护面类型查表确定；

―经验系数，由风速v、坡前水深d、重力加速度g所组成的无维量 查表确定；

―爬坡累积频率换算系数；

m―斜坡的坡度系数，m=ctga，a为斜坡的坡角；

―平均波长，m；

―平均波长，m；

其中，波高 周期根据设计条件按蒲田试验站公式计算。

蒲田试验站公式为：

式中： ―平均波高，m；

D―吹程，m；

W―计算风浪的风速，采用水域上空10m高度处的风速；

H―水域的平均水深，m；

―平均波周期（s）。

波长 可按下列理论公式计算：

当 时，

当 时，

式中： 、 ―同 ，均为平均波长（m）；设计爬高值按工程等级确定。

（2）风壅高度推求

风壅水面高度在有限风区的情况下，按下式计算：

¬¬－计算点的风壅水面高度（m）；

－综合摩阻系数，可取 ；

－设计风速，按计算波浪的风速确定；

－由计算点逆风向量到对岸的距离（m）；

－水域的平均水深（m）；

－风向与垂直于堤轴线的法线的夹角（度）。

湖顶高程计算成果见下表。

由上表计算成果可看出当湖顶高程不小于852.249m。

6结论

本次推求人工湖顶高程为852.25m，正常水位851.00m，设计水位851.265m，校核水位851.310m。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看