桃林口水庫分水樞紐工程對區間支流洪水影響

繆萍萍，任喜龍，李博超，高 蛟，嚴 闊

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津300250）

1 研究背景

桃林口水庫下游分水樞紐，俗稱桃林口小壩，距桃林口水庫壩下7.6km，始建于1978年，受當時條件限制，設計、施工存在質量缺陷，原設計標準偏低。經過30年運行，庫區淤積嚴重，調節庫容僅170萬m3，不能滿足供水和電站調節需要。工程嚴重老化，壩面剝蝕嚴重，對水庫工程安全運用、水資源優化配置和合理利用造成了限制，影響了水庫效益的正常發揮。

為解決分水樞紐存在問題，2009年秦皇島市水務局組織實施了分水樞紐清淤改造工程。工程建設有：非溢流壩段改造，溢流壩段加高加固，增設排沙底孔，修建跨河交通橋，原沖沙閘及引青渠首進水閘（原防洪閘）改造，庫區清淤，護地堤迎水坡防護，完善管理設施及觀測設施等。2011年5月主體工程完工。

2 洪水分析

2.1 設計洪水推求

《秦皇島市水文手冊》 中提供了3種設計洪峰流量計算的經驗公式，即單因子公式、多因子經驗公式和推理公式。

2.1.1 單因子公式

式中 Qm，p為某一頻率的設計洪峰流量（m3/s）；Cp為某一頻率的洪峰模系數（無量綱）；為多年平均洪峰流量模系數；F為設計流域面積（km2）。

2.1.2 多因子經驗公式

式中 H24，p為某一頻率的年最大24h降雨量（mm），CS＝3.5CV；Ψ為流域形狀系數（無量綱），Ψ＝F/L2，L為主河道長度（km）；J為主河道比降（‰）；C為經驗系數（無量綱）。

2.1.3 推理公式

式中 τ為匯流歷時（h）；Hτ為歷時內最大降雨量（mm）；tc為凈雨歷時（h）；R為次洪水徑流深（mm）；μ為產流參數（mm/h）；m為匯流參數（無量綱）；J為主河道比降。

本次計算主要通過流域設計暴雨產匯流推算出河道洪峰流量。其中相關參數取值主要依據《河北省中小流域設計暴雨洪水圖集》、SL44—2006 《水利水電工程設計洪水計算規范》和《秦皇島市水文手冊》分析確定。分別采用經驗公式計算20年一遇、10年一遇和5年一遇設計洪峰流量，計算成果見表1。

應該積極探索將鎮街非稅收入納入非稅收入征繳系統，鎮街按照實現收入的真實情況，自行繳入非稅收入征繳系統，由稅務部門根據收入性質分類匯總后按規定時間要求劃解至國庫，由國庫統一進行資金結算并撥款，鎮街按照“鄉財縣管鄉用”的有關規定使用非稅收入款項，以提升鎮街非稅收入管理水平。

若從防洪不利的角度出發，當桃林口水庫最大下泄流量遭遇到支流洪峰時，對于桃林口水庫下游分水樞紐和支流的防洪最為不利，流量遭遇情況見表3。

表1 設計洪水計算成果 單位：m3/s

表3 設計洪水遭遇方案 單位：m3/s

計算結果可知，單因子公式與推理公式計算成果基本一致，多因子公式計算結果略偏大，考慮到推理公式是通過推理而得出的雨洪計算推理公式，且在我國無資料地區的小流域應用比較廣泛和成熟，因此，本次石門子村支流設計洪水采用推理公式計算成果。

2.2 設計洪水遭遇分析

桃林口水庫下游分水樞紐坐落在盧龍縣桃林口村南，距桃林口水庫壩下7.6km。桃林口水庫與桃林口水庫下游分水樞紐之間有石門子村支流匯入，支流距桃林口水庫下游分水樞紐2.6km。本次主要分析不同設計標準下桃林口下泄流量與區間支流洪峰的遭遇情況。

按照桃林口水庫初步設計文件，桃林口水庫不承擔下游防洪任務，洪水調度起調水位為正常蓄水位143.4m。但根據河北省防汛抗旱指揮部辦公室1999年6月編制的《河北省大型水庫防洪預案》，在實際運用中，“考慮到豐水年泄量較大，因而將正常蓄水位適當降低，以利錯峰”。因此，調度原則確定為：保工程安全運行，保持興利庫容，兼顧下游防洪，充分發揮興利與除害效益。

根據青龍河流域的降水特點，參考氣象預報及水情測報數據，采取沿時程動態控制蓄水位的調度運行方式，汛后蓄水位143.4m，下泄流量與潘家口、大黑汀水庫進行聯合調度，7月31日前蓄水水位確定140m，相應調洪庫容1.60億m3，8月1日至10日為141.15m，相應調洪庫容1.05億m3。

調度運用方式：①對5年一遇洪水，根據水情自動測報系統，只靠底孔進行泄洪，表孔弧門不打開；②對10年、20年一遇洪水，先按5年一遇標準調度，根據水情自動測報系統，當洪峰流量達到10年以上標準時，由底孔及表孔弧門聯合泄洪，調洪演算成果見表2。

表2 桃林口水庫調洪演算成果 單位：m3/s

3 分水樞紐改造前后水面線分析

3.1 下游分水樞紐設計洪水位

桃林口水庫下游分水樞紐加高加固后，泄洪設施包括溢流壩（堰頂高程由83.8m加高至85.0m，凈寬300m）、左岸兩孔排沙閘（閘底高程79.2m，閘室凈寬8m×2m，孔口高3.5m）和新建2個底孔沖沙閘（閘底高程72.0m，底孔斷面4m×2m），改造前后泄洪設施泄流曲線見圖2。

圖2 下游分水樞紐改造前后水位泄量關系

根據不同重現期洪水桃林口水庫下游分水樞紐入庫流量及水位泄量關系，可以插值出不同重現期的設計洪水位，見表4。

表4 桃林口水庫下游分水樞紐改造前后設計洪水位（壩址處）

3.2 改造前后設計洪水水面線分析

桃林口水庫下游分水樞紐以上及石門子村支流設計水面線按照天然河道一維恒定非均勻流方法計算，計算公式如下：

式中 Z上、Z下為上、下斷面洪水位（m）；V上、V下為上、下斷面平均流速（m/s）；Q為設計流量（m3/s）；△L為上、下斷面間距（m）；α為動能校正系數；ζ軃為平均局部阻力系數；K軍為上、下斷面平均流量模數，計算公式為，其中；n為河床糙率；ω為過水斷面面積（m2）；R為過水斷面水力半徑（m）。

水面線推算起始斷面為桃林口水庫下游分水樞紐（樁號0+000），起調水位按設計洪水位考慮。河道糙率根據河道流量、河床組成、床面特征、河道平面形態等，參考《水力計算手冊》確定。

為了分析桃林口水庫下游分水樞紐改造前后對石門子村支流洪水位的影響，對20年、10年、5年一遇標準的洪水分別進行改造前后水面線推求，推求成果見圖3～圖5。

圖3 改造前后20年一遇洪水水面線

圖4 改造前后10年一遇洪水水面線

圖5 改造前后5年一遇洪水水面線

當發生20年一遇標準洪水，改造前后起調水位分別為87.69m和88.78m，起調水位抬高了1.09m，支流與主流交匯處水位抬高了0.31m，支流受下游水位抬高而壅高的影響范圍為900m；當發生10年一遇標準洪水，改造前后起調水位分別為86.30m和87.32m，起調水位抬高了1.02m，支流與主流交匯處水位抬高了0.35m，支流受下游水位抬高而壅高的影響范圍為670m；當發生5年一遇標準洪水，改造前后起調水位分別為85.48m和86.42m，起調水位抬高了0.94m，支流與主流交匯處水位抬高了0.23m，支流受下游水位抬高而壅高的影響范圍為650m。

4 結語

通過計算桃林口水庫下游分水樞紐改造前后洪水位，結合桃林口水庫泄洪情況，推算分析桃林口水庫下游分水樞紐改造工程對石門子村支流洪水位的影響，對于20年、10年、5年一遇標準洪水，改造前后小壩壩址（0+000）處洪水位受影響最大，增幅范圍為0.94～1.09m；石門子村支流與主流交匯處（2+700）水位增幅范圍為0.23～0.35m。由于支流為山區性河流，河底坡降較大，支流受下游水位抬高而壅高的影響范圍為900，670，650m（20年、10年、5年標準）。

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［3］芮孝芳.水文學原理［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

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