淤地壩調洪演算探討

楊世鋒 張獻才

在淤地壩工程設計中,正確地進行調洪演算是確保工程安全性與經濟性的重要內容,其結果決定大壩的高度和溢洪道的尺寸。

在壩系調洪中,擬建工程上游設置了溢洪道的骨干壩時,調洪演算采用SL 289-2003水土保持治溝骨干壩工程技術規范中:

其中,qp為頻率為p的洪水時溢洪道最大下泄流量,m3/s;q′p為頻率為p的上游工程最大下泄流量,m3/s;Qp為區間面積頻率為p的設計洪峰流量,m3/s;W′p為本壩泄洪開始至最大泄流量的時段內,下游工程的下泄洪水量,104m3;Wp為區間面積頻率為p的設計洪水總量,104m3;Vz為滯洪庫容,104m3。

在公式中存在一個假定,即上游工程的下泄流量和下游工程的區間洪峰是同頻率、同步達到最大值,該假定明顯具有局限性,是一種偏安全的設想,勢必會造成工程設計的不合理。

針對上述問題,可以應用洪水過程線進行壩系的調洪演算,即對上游工程進行庫容詳調,繪制泄洪過程線;與下游工程的區間洪水過程線疊加,求出的曲線作為下游工程的入庫洪水過程線,然后擬定溢洪道的尺寸,采用入庫出庫水量平衡公式進行調洪演算,校核修正溢洪道的尺寸,使工程設計合理化。

1 工程實例

以陜西省富縣沙西溝小流域壩系工程為例,根據以上方法進行調洪演算。

1.1 基本資料

沙西溝骨干壩流域面積57.92 km2,區間面積6.27 km2,沙西溝骨干壩(GG12)上游分布有太安2號(GG08)、亂石溝 2號(GG10)及碾子河(GG11)三座骨干壩,其中GG08太安2號和GG10亂石溝2號設置有溢洪道。

沙西溝小流域建設時序見表1。

表1 沙西溝小流域建設時序

1.2 調洪演算

根據建設時序,故將本次調洪計算分為了以下三種情況:

1)建成后第一年。此時GG08太安2號、GG10亂石溝 2號及GG11碾子河三座骨干壩尚未建成,應按全流域洪水調洪。

采用入庫出庫水量平衡公式,繪制雙輔助曲線,采用半圖解法進行水庫調洪演算,溢洪道泄流采用寬頂堰公式,溢洪道凈寬取10 m,經計算,洪水過程線及泄流過程線見圖1。

經計算,30年一遇設計洪水位 978.77 m,最大下泄流量143.74 m3/s,最大溢流水深4.17 m。

2)建成后第二年。此時GG10亂石溝 2號及GG11碾子河兩座骨干壩已建成,GG08太安2號尚未建成,應考慮GG10亂石溝2號骨干壩的洪水調洪。

疊加上游工程泄流過程線與下游工程區間洪水過程線得到下游工程的入庫洪水過程線如圖2所示。

調洪演算后,30年一遇洪水過程線及泄流過程線見圖3。

經計算,30年一遇設計洪水位 978.33 m,最大下泄流量121.36 m3/s,最大溢流水深3.73 m。

3)建成后第三年。此時GG08太安2號,GG10亂石溝2號及GG11碾子河三座骨干壩都已建成,應考慮GG10亂石溝2號及GG10亂石溝2號骨干壩的洪水調洪。

疊加上游工程泄流過程線與下游工程區間洪水過程線得到下游工程的入庫洪水過程線如圖4所示。

調洪演算后,30年一遇洪水過程線及泄流過程線見圖5。

經計算,30年一遇設計洪水位 977.82 m,最大下泄流量97.44 m3/s,最大溢流水深 3.22 m。

1.3 調洪演算成果分析

分析以上計算過程及結果,從經濟性出發,最終可選擇第三種情況時的計算成果,但是在工程建成的第一年和第二年,洪水期應設置汛限水位,拿出一定的庫容作為滯洪庫容存蓄洪水。

2 結語

本文根據淤地壩設計的實踐,利用洪水過程線的方法計算了陜西省富縣沙西溝小流域壩系,給工程設計以指導,更寄望能拋磚引玉,求出壩系調洪演算更合理的計算方法。