混凝土翻板閘設計洪水計算及泥沙特性分析

鄒立博

（遼寧省凌源市水利建筑勘測設計院，遼寧凌源122500）

混凝土翻板閘設計洪水計算及泥沙特性分析

鄒立博

（遼寧省凌源市水利建筑勘測設計院，遼寧凌源122500）

結合遼寧省雹神廟水文站的設計洪水成果，采用水文比擬法，確定叨爾登閘址的設計洪水情況。通過分析流域的暴雨洪水特性，計算歷史洪水重現期和洪峰頻率，據此對混凝土翻板閘進行設計洪水計算，進而確定施工期的設計洪水，并對該流域的泥沙特性進行分析，得出了懸移質輸沙量年內分配情況，為今后混凝土翻板閘的洪水設計提供參考。

混凝土；翻板閘；洪水設計；泥沙特性

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.017

1 工程概況

青龍河流域地處燕山山脈東段，蜿蜓于群山之中，叨爾登水閘位于青龍河干流上。河道全長246km，流域總面積6500km2，遼寧省境內53.3km、流域面積1633km2，叨爾登水閘上游流域面積1101km2。叨爾登水閘擋水壩段長178m，其上修建27孔滑塊式水利自動翻板閘總長176m和2m的過水溢流壩。沖沙閘、進水閘各1座位于壩體右側，壩體左岸加固堤防500m（上游300m、下游200m），壩體右岸修建5m寬砂石路面上壩防汛路725m。其178m擋水壩段上有4孔7m共計28m的混凝土翻板閘，堰頂高程328.00m、擋水高度3.0m，翻板閘左側60m、右側90m均為溢流壩體。由于該混凝土翻板閘年久失修，管理部門擬對其進行加固處理。

2 設計洪水成果分析

2.1 洪水特征值分析

青龍河在遼寧省境內設有雹神廟水文站，該站位于遼寧省凌源縣雹神廟鄉，東經119°04’，北緯40°55’，于1958年設立，1962年撤消，1978年6月恢復測流，又于1992年底撤消。水文站控制流域面積454km2。另在青龍河流域建有4個（已撤銷1個）雨量站和3個汛期雨量站。在青龍河流域東側附近的大凌河西支上設有哈巴氣水文站，實測資料系列較長。哈巴氣水文站位于遼寧省凌源縣烏蘭白鄉北哈巴氣村，控制面積1846km2。

雹神廟站有實測資料年份為1958～1961年、1978～1992年，資料系列較短，需插補延長洪水資料。本文采用臨近流域哈巴氣水文站為相關站，對雹神廟水文站的洪水資料進行了插補延長，得到了至今共51年的洪水系列資料。在雹神廟河段共調查到1938年、1949年、1962年3次洪水，洪峰流量分別為2770m3/s、2200m3/s、1910m3/s。

2.2 洪峰頻率計算

根據文獻記載，歷史洪水在鄰近大凌河流域上有1886年、1930年、1949年、1962年，而青龍河僅在1979年做過歷史洪水調查，查到的歷史洪水有1938年、1949年和1962年。可以看出大凌河發生大洪水時，青龍河亦有大洪水發生，兩流域比較一致。因此洪水重現期也按1886年至今130年考慮。

根據歷史洪水分析：認為1886年以來青龍河大洪水有1886年、1938年、1949年、1962年，1886年沒有數據，按大于其它3年考慮，第1位空出，故1938年排在第2位，1949、1962年分別按順序排在第3、4位。實測洪峰系列1957～2015年計58年，1962年提出后，其他各年按連序系列處理［1］。洪峰頻率計算基于繪線讀點補矩法，變差系數Cs取偏差系數Cv的3倍，線型按PⅢ型曲線，Cv參數根據適線情況確定［2_4］。雹神廟站洪峰經驗頻率計算見表1，頻率曲線如圖1所示。

表1 雹神廟水文站設計洪峰流量成果表（m3/s）

圖1 雹神廟站洪峰流量頻率曲線

2.3 設計洪水計算

根據雹神廟水文站的設計洪水成果，采用水文比擬法對混凝土翻板閘進行設計洪水計算。計算式為［5］：

式中：Q設為閘址設計洪峰流量，m3/s；F設為閘址以上控制流域面積，km2；F參為參考站控制面積，km2；Q參為參證站設計洪峰流量，m3/s。

已知雹神廟水文站控制面積為454km2，叨爾登水閘控制面積為1101km2。代入上式得：Q設=1.805Q參。

由此計算出叨爾登水閘設計洪水成果，20年一遇設計洪峰流量為2440m3/s。50年一遇校核洪水標準洪峰流量為4350m3/s。而在叨爾登水閘1984年的原設計中，系采用桃林口水文站的系列洪水分析成果，其統計參數為多年平均洪峰流量1808m3/s，Cv=1.26，Cs=2Cv［6］。桃林口站控制面積5250km2，叨爾登閘控制面積1101km2，采用水文比擬法計算得出叨爾登閘20年一遇設計洪峰流量為2224m3/s，50年一遇設計洪峰流量為3090m3/s。2組設計洪水成果比較，20年一遇成果接近，50年一遇洪水原設計值偏小。經分析認為：原設計采用的洪水系列較短，缺失歷史洪水資料，頻率分析參數不盡合理。而雹神廟水文站的設計洪水成果與叨爾登水閘的相關系數較大，且在地區綜合設計洪水成果比較中關系較好，如圖2所示。

圖2 雹神廟站與鄰近站設計洪峰與面積關系

水閘施工期洪水設計標準按規范要求為5年一遇，該汛前設計洪峰流量為171m3/s，汛期設計洪峰流量為543m3/s，汛后設計洪峰流量為54.2 m3/s。具體設計洪水成果見表2。

表2 水閘施工期設計洪水成果表（單位：m3/s）

3 泥沙特性分析

叨爾登水閘運行多年來，沒有泥沙觀測記錄，由于大水時開啟沖沙閘放水沖沙，大量泥沙被帶走，因此，也不能從閘前淤積形態計算泥沙量。本次泥沙分析系參照青龍河上游雹神廟水文站的泥沙分析成果。

經統計，雹神廟站多年平均實測懸移質輸沙量為49.32萬t，多年平均含沙量為17.04kg/m3。由于雹神廟站實測泥沙資料系列較短，需要插補延長。分別對雹神廟站汛期和非汛期的徑流量～輸沙量做出相關關系，其多年平均懸移質輸沙量為63.26萬t，多年平均含沙量為18.94 kg/m3。懸移質泥沙特征值見表3。

表3 雹神廟水文站懸移質泥沙特征值表

青龍河泥沙在時間分布上具有北方河流的明顯特點，即年際年內的不均勻性。年實測最大輸沙量出現在1959年，雹神廟水文站輸沙量為191.37萬t，最小輸沙量出現在1992年，雹神廟水文站輸沙量為0.76萬t，最大最小值比為253.2。沙量的年內分配比水量分配更為集中，汛期的水量占全年的比重為56.35%，而沙量則占98.75%。

叨爾登閘址位于雹神廟水文站下游，該處無泥沙觀測資料。閘址處的泥沙來量仍參考雹神廟水文站的泥沙分析成果。根據雹神廟水文站的泥沙分析，其多年平均懸移質輸沙量為63.26萬t。雹神廟水文站控制面積為454km2，計算其年均輸沙模數為1393t/km2。叨爾登閘址處控制面積為1101km2，采用雹神廟水文站分析的懸移質輸沙模數計算閘址處的多年平均懸移質輸沙量為153.37萬t。年內分配見表4。

據青龍河的泥沙特點，閘址處的推移質輸沙量按懸移質輸沙量的15%考慮，計算得閘址處的多年平均推移質輸沙量為23.0萬t。

T V 122

B

1008_1305（2015）06_0041_03

鄒立博（1984年—）男，工程師。