小型水庫庫容調洪計算的常用方法

蔡景禮

(黑龍江省八五六農場水務局，黑龍江虎林158418)

，則式(1)可化為:

在規劃水庫建設工程時，首先要做的工作是庫址比較、查勘、地質勘探、水文調查、土石料調查和灌區調查以及必要的地形測量;之后是庫容的確定、壩型的選擇及壩的斷石放水、泄水建筑物設計。本文側重小型水庫的庫容調洪計算。

1 調洪計算

在取得庫址以上集水面積和降雨(設計暴雨)資料后，根據溢流建筑堰頂初步擬定高程及堰底市程，使可進行調洪計算。

總庫容在100萬m3以下的小型水庫，溢洪道為不設閘門的自由出流，即以設計頻率的洪峰流量設計溢洪道的尺寸，再以校核頻率的洪峰流量校核過水能力。

對于總庫容＞100萬m3的水庫，要求進行比較精確的分時段調洪計算。

分時段調洪演算是根據洪水過程中各時段進庫、出庫流量與調洪庫容之間的水量平衡關系來進行的:

即

式中:Δt為調洪時段，采用0.5～1 h;Q1、Q2為時段初、末進庫流量，從設計洪水過程線查得;Q'1、Q'2為時段初、末出庫流量，由溢洪道水深與泄洪流量關系曲線查得;V2、V1為時段初、末水庫庫容，由水位庫容關系曲線查得。

令

，則式(1)可化為:

根據式(2)，即可列表用試算法計算或作輔助曲線法求得調洪后的洪峰流量。

上式用到的洪水過程線，有的根據實測資料用單位過程線推算，有的用同頻率設計洪水線，某些省小型水庫一般采用后一種辦法。

2 采用同頻率設計洪水線方法

這種方法調洪步驟如下:

2.1 選定暴雨歷時和雨型

調洪計算采用多長的設計暴雨歷時，應根據具體工程的調洪能力而定。小型水庫集雨面積小，洪水暴漲暴落，連續洪峰對它影響較小，因此，凡以開敞式溢洪道泄洪的，建議采用24 h暴雨洪水過程線進行調洪演算。

洪水過程線是與雨量在時間上的分配相適應的，如果雨量分布比較均勻，則出現的洪峰流量較小，若暴雨集中，相應的洪峰流量就大，同時出現洪峰的時間越早，對調洪越有利，因若洪峰來得遲，一部分調洪庫容已為先來的洪水填充，從而減小了水庫對洪峰的調節能力。所以，選擇不同的雨型得出不同的調洪成果。參照浙江省臺風期經常出現的暴雨雨型的統計資料，同時考慮到工程的安全與經濟，建議按照以下原則繪制同頻率的24 h暴雨雨型。

以匯流時間τ為單位，把24 h劃分為24/τ個時段。各時段的暴雨強度及暴雨量可根據同頻率原理推導出來的公式進行計算。

式中

BK為暴雨分配系數

n為暴雨衰減指數。

在我省某些流域建議n值采用0.5～0.7。

BK值可查表，如確定n值為0.67和0.60情況下，其BK值查表1。

表1 暴雨分配系數BK值表

將各時段的暴雨強度按下列原則排列組成設計雨型:即把雨峰放在第18 h，老二、老三放在雨峰之前，然后按一后一前順序排列，當峰后6 h排滿后即把余下的順序排列在前面。τ=1 h、τ=2 h、τ=3 h的設計雨型，并繪制相對應τ值時的設計雨型圖。當τ為其它數值時可依此類推。

2.2 推求設計洪水過程線

根據前述設計雨型并假定各時段的暴雨均為一孤立暴雨，相應的洪水過程線均為一等腰三角形，其底寬為2τ，縱高為各分時段的洪峰流量QK。

式中:洪峰流量QMp=0.278ψ·ip·F。

將上述各分段洪水過程線疊加起來，即為同頻率設計24 h暴雨洪水過程線。在實際應用中可用圖解法，即把各個時段的峰頂順序逐點作連線，即為要求的設計洪水過程線，見圖1。

圖1 同頻率設計洪水過程線

求得同頻率設計洪水過程線后，即可進行分時段調洪，其步驟如下:

1)確定調洪時段Δt:一般選用0.5～1 h或采用匯流時間τ的分數如τ/2、τ/3等。調洪時段的劃分應從洪水過程線峰值所在時刻按時段大小向峰前、后逐段進行，這樣可以防止洪峰值由于時段劃分不善而被漏掉，以致影響調洪計算成果的精確性。

表2 調洪輔助曲線繪制表

表2中第①欄起始庫水位即起調水位，一般即溢洪道底高。以后根據溢洪水深大小每隔0.1～0.5 m作為一個計算點，一直算到可能出現的最大水深以上。

第②欄為與庫水位相應的溢洪道過水深度。

第③欄為與溢洪水深相應的下泄量Q'。計算時可參考未調洪前的洪峰流量定出溢洪道的需要長度B，并根據不同的溢洪水深h，由(6)式計算下泄流量及繪制Q'～H關系曲線:

式中:Q'為過堰流量，m3/s;ε為收縮系數，一般自由溢流式溢洪道可采用1.0;B為溢洪道堰頂長度，m;h為溢洪水深，m;M為流量系數，見表3。

表3 流量系數取值

如果有較大泄水洞可同時排泄洪水時，上述泄流量應增加相應庫水位下的洞泄流量。

第④欄為溢洪水深相應的調洪庫容。

第⑤欄為Q'Δt，其中的Δt是調洪時段，以秒為單位。

3)調洪演算:列成表4進行:

表4中:第②欄——入庫流量Q可從洪水過程線中查得;

第③欄——Qcp為前后兩時段入流量的平均值;

第④欄——Qcp·Δt為時段平均入流量Qcp與時段Δt的乘積;

表4 繪制Q'～H關系曲線表

3 結論

依上述方法，可求出溢洪建筑的最大下泄流量和相應水庫最高水位H，從而確定較為合理的防洪設計庫容。

［1］ 浙江省水利電力局.小型水庫［M］.北京:水利電力出版社，1975.