淺析塘壩等小型蓄水工程的水文與水力計(jì)算

王 茜 張立紅 李 淼

佳木斯水文局，黑龍江佳木斯 154002

淺析塘壩等小型蓄水工程的水文與水力計(jì)算

王 茜 張立紅 李 淼

佳木斯水文局，黑龍江佳木斯 154002

塘壩是在山區(qū)或丘陵地區(qū)修筑的一種小型蓄水工程，攔截和貯存當(dāng)?shù)氐乇韽搅鞯男钏坎蛔?0萬的蓄水設(shè)施。用來積聚附近的雨水和泉水以灌溉農(nóng)田，塘壩作為抗旱蓄水工程越來越受到水利部門和農(nóng)民的重視。隨著我省小I和小II型水庫除險(xiǎn)加固工程臨近尾聲，眾多小塘壩成為下一步的整治目標(biāo)，本文以集賢縣新立塘壩的設(shè)計(jì)過程為例，簡要說明塘壩等小型蓄水工程的水文與水利計(jì)算過程。

塘壩；蓄水工程；水文與水力計(jì)算

1 基本情況

2 水文

2.1 測(cè)站分布

集賢縣新立塘壩附近無水文資料，只有鄰近流域四方臺(tái)站水文資料與其最相近,1962年建站,有45年實(shí)測(cè)水文資料,且塘壩處與四方臺(tái)站兩處自然地理特征和降水量相近，因此本次水文計(jì)算采用水文比擬法和水文圖集法兩種方法進(jìn)行。

2.2 徑流

本次新立塘壩年徑流采用以水文比擬法計(jì)算的徑流深成果。多年平均年徑流深R0=60mm，變差系數(shù)Cv=0.64，再由Cs=2.0Cv，設(shè)計(jì)保證率P=75%，查得Kp=0.54，分別計(jì)算壩址處多年平均年徑流量和P=75%設(shè)計(jì)年徑流

2.3 洪水

2.3.1 洪水特性

塘壩處洪水多發(fā)生在7、8、9月份，7、8、9月份出現(xiàn)的洪水次數(shù)占總數(shù)的80%。

2.3.2 設(shè)計(jì)洪水

本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算根據(jù)黑龍江省水利廳1996年頒發(fā)的《黑龍江省水文圖集》并參考四方臺(tái)站設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行選用，洪水過程線采用概化過程線法進(jìn)行計(jì)算。

(1)設(shè)計(jì)洪峰

由滲透矩陣疊加原則可以看出，整體滲透矩陣中的元素kij僅僅與i節(jié)點(diǎn)和j節(jié)點(diǎn)在含有該節(jié)點(diǎn)單元的局部位置有關(guān)系，與疊加時(shí)選擇單元的先后順序沒有關(guān)系。因此，本文在編制程序時(shí)，首先分別對(duì)裂隙系統(tǒng)和孔隙系統(tǒng)進(jìn)行整體滲透矩陣的組裝，最終對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，組裝成整個(gè)滲流系統(tǒng)的整體滲透矩陣。

由《黑龍江省水文圖集》成果圖17-圖18查得最大流量參數(shù)參考四方臺(tái)站設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行修正，根據(jù)相應(yīng)頻率模比系數(shù)Kp，根據(jù)公式：

分別計(jì)算設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及校核標(biāo)準(zhǔn)洪峰流量。

(2)試算概化過程線總歷時(shí)T

①計(jì)算洪水集中段歷時(shí)t⑤⑥⑦

t=0.22F0.412（t以天計(jì)，F(xiàn)以平方公里計(jì)）

②洪量計(jì)算

由《黑龍江省水文圖集》成果圖19-圖22查得最大流量參數(shù)參考四方臺(tái)站設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行修正，根據(jù)相應(yīng)頻率模比系數(shù)Kp，根據(jù)公式分別計(jì)算設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及校核標(biāo)準(zhǔn)一日、三日洪量。

③一次集中洪量計(jì)算

當(dāng)t＜3天

式中：t以天計(jì)，Wt以萬立方米計(jì)

④計(jì)算概化過程線洪水總歷時(shí)

比較t與T，兩者接近可用概化線計(jì)算洪水過程，兩者相差較大，則假設(shè)一個(gè)洪水集中段歷時(shí)t,重新計(jì)Wt，T，直至兩者較近為所求。最大24小時(shí)洪量（W24）與最大一日洪量（W1）比值取1.16。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及校核標(biāo)準(zhǔn)洪峰、洪量成果見表1。

計(jì)算洪水集中段歷時(shí)t、集中洪量Wt。

3 水利計(jì)算

新立塘壩工程的主要任務(wù)是灌溉農(nóng)田，其工程規(guī)模主要取決于農(nóng)田灌溉面積，本次灌溉面積為105畝。考慮泥沙淤積需要，確定死庫容為0.21×104m3，相應(yīng)死水位為159.42m，水庫興利規(guī)模經(jīng)過興利調(diào)節(jié)計(jì)算后，興利總庫容為3.35×104m3，相應(yīng)興利水位為161.92m。

3.1 塘壩容積特性曲線

新立塘壩水位H～面積F～庫容V關(guān)系表見表2。

3.2 調(diào)節(jié)性能及調(diào)節(jié)計(jì)算方法

根據(jù)來水情況，考慮綜合損失，塘壩采取不完全年調(diào)節(jié)方式可灌溉0.01×104畝農(nóng)田。徑流調(diào)節(jié)計(jì)算采用典型年法推求滿足設(shè)計(jì)保證率P=75%的興利庫容。

3.3 死水位

根據(jù)塘壩泥沙淤積情況要求，確定死庫容為0.21×104m3，相應(yīng)死水位為159.42m。

表1 設(shè)計(jì)洪峰、洪量計(jì)算表

3.4 正常蓄水位

新立塘壩水庫興利規(guī)模主要由農(nóng)田灌溉需水量決定。按照灌溉用水需要(F=0.01×104畝)進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算，確定所需的興利總庫容為3.35×104m3，興利水位為161.92m。

表2 水位H～面積F～庫容V關(guān)系表

3.5 泥沙

總輸沙量為懸移質(zhì)和推移質(zhì)之和。本流域無泥沙觀測(cè)資料，根據(jù)1996年《黑龍江省水文圖集》查得本區(qū)多年平均懸移質(zhì)輸沙模數(shù)30t/km2.a，乘以壩址以上集水面積2.57km2及1.5修正系數(shù)，計(jì)算懸移質(zhì)多年平均輸沙量為115.65t，推移質(zhì)按懸移質(zhì)20%考慮，計(jì)算多年平均推移質(zhì)輸沙量為23.13t，則多年平均總輸沙量為139t。多年平均總輸沙量乘以20即為20年的入庫泥沙總量0.28×104t。容重采用1.3，則20年需占庫容0.21×104m3，故運(yùn)行二十年所需淤積庫容為0.21萬m3。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)集賢縣新立塘壩工程的水文與水力計(jì)算，得出了死庫容和興利總庫，死水位和興利水位等重要設(shè)計(jì)參數(shù)，為工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。同時(shí)也可為類似的小型蓄水工程的水文與水力計(jì)算提供參考和借鑒。

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.06.019