無資料地區(qū)小型水庫設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算

胡紅亮，曾　敏

(江西水利職業(yè)學(xué)院，南昌 330013)

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無資料地區(qū)小型水庫設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算

胡紅亮，曾敏

(江西水利職業(yè)學(xué)院，南昌 330013)

摘要：水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核對(duì)于保證水庫安全運(yùn)行、充分發(fā)揮其防洪與興利等效益有著重要的意義。多數(shù)小型水庫建設(shè)屬“三邊”工程，設(shè)計(jì)粗淺，水文資料系列延長(zhǎng)為進(jìn)行洪水計(jì)算提供了條件。為了更準(zhǔn)確地掌握水庫大壩的防洪能力，合理調(diào)度運(yùn)行，需對(duì)防洪能力進(jìn)行復(fù)核，保證水庫的安全運(yùn)行。但小型水庫普遍缺乏原始資料，其復(fù)核方法具有一定的特殊性，文章以楊總水庫為例，著重論述其設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算的獨(dú)特方法。

關(guān)鍵詞：無資料地區(qū)；小型水庫；設(shè)計(jì)洪水復(fù)核；楊總水庫

0引言

防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核是根據(jù)大壩設(shè)計(jì)階段洪水計(jì)算的水文資料和運(yùn)行期延長(zhǎng)的水文資料，考慮建壩后上游地區(qū)人類活動(dòng)的影響和大壩工程現(xiàn)狀，進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水的復(fù)核和調(diào)洪計(jì)算，評(píng)價(jià)大壩工程現(xiàn)狀的抗洪能力是否滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求[1～3]。水庫建成投入運(yùn)行后，隨著運(yùn)行期的延長(zhǎng)，水文系列也不斷增加，規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的洪水頻率計(jì)算結(jié)果將發(fā)生變化，有的變化甚至很大。由于多數(shù)小型水庫建設(shè)屬“三邊”工程，設(shè)計(jì)粗淺，水文資料系列延長(zhǎng)為更準(zhǔn)確地進(jìn)行洪水計(jì)算提供了條件，加上水庫工程的性能與規(guī)模可能發(fā)生變化，因此為了更準(zhǔn)確地掌握水庫大壩的防洪能力，合理調(diào)度運(yùn)行，需對(duì)防洪能力進(jìn)行復(fù)核，必要時(shí)采取除險(xiǎn)加固措施，使水庫工程具有規(guī)范規(guī)定的抗洪能力，保證水庫安全運(yùn)行。但是小型水庫普遍缺乏原始資料，其復(fù)核方法具有一定的特殊性，下面以楊總水庫為例，全面論述無資料地區(qū)小型水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核的方法。

1水庫基本概況

楊總水庫位于遼寧省綏中縣高嶺鎮(zhèn)，所處河流名叫石河，壩址位置位于E120°00′,N40°11′處，是1座以防洪灌溉為主﹑養(yǎng)魚為輔的小(Ⅱ)型水庫。楊總水庫控制面積為1.24 km2，壩址以上河長(zhǎng)為1.5km，河道平均比降為21.5‰。庫區(qū)最大風(fēng)速為20.0 m/s，多年平均最大風(fēng)速為14.2 m/s。

水庫建庫時(shí)設(shè)計(jì)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇洪水設(shè)計(jì)，300 a一遇洪水校核。水庫原正常蓄水位為45.42m，相應(yīng)庫容為5.57 萬 m3；水庫原設(shè)計(jì)洪水位為46.37m，相應(yīng)庫容為9.18 萬 m3；水庫原校核洪水位為46.93m，相應(yīng)庫容為11.29 萬 m3[4]。

2設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算

2.1水庫水位～面積、庫容關(guān)系曲線

為得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，對(duì)水庫庫區(qū)進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量，選取若干代表斷面，進(jìn)行了復(fù)測(cè)、計(jì)算。本次復(fù)核測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1　楊總水庫水庫水位～面積、庫容計(jì)算成果表

2.2楊總水庫溢洪道水位～泄量復(fù)核計(jì)算

楊總水庫此次測(cè)量復(fù)核得到的溢洪道堰頂高程為44.90m，溢洪道為開敞式無閘門，泄流方式為自由溢流式，采用寬頂堰泄流公式進(jìn)行計(jì)算[5]：

(1)

式中：m為寬頂堰流量系數(shù)，m=0.32；b為溢洪道凈寬，b=28.7m； H為堰上水頭，m；ε為側(cè)收縮系數(shù)，ε為1。

楊總水庫溢洪道水位泄量關(guān)系曲線圖見圖1。

圖1　楊總水庫溢洪道水位～泄量曲線

2.3不同頻率設(shè)計(jì)暴雨復(fù)核

楊總水庫由于無水文觀測(cè)資料，所以本次復(fù)核根據(jù)《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》(以下簡(jiǎn)稱《計(jì)算方法》)進(jìn)行計(jì)算[6]，查詢附錄得出楊總水庫位于遼寧省水文分區(qū)Ⅵ2區(qū)。暴雨匯流歷時(shí)按下面公式進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式中：τ為匯流歷時(shí)，h；l為壩址以上河長(zhǎng)，l=1.5km；j為河道平均比降j=21.5‰；x、y為系數(shù)x=0.64，y=0.67，查表所得。算得τ=0.3。

1)設(shè)計(jì)暴雨均值P均的計(jì)算

楊總水庫設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)計(jì)算成果見表2。

2)設(shè)計(jì)暴雨面雨量PP面的計(jì)算

楊總水庫設(shè)計(jì)面雨量：

PP面計(jì)算式：即PP面=P均×KP×KF

(3)

式中：KP為點(diǎn)面雨量折算系數(shù)，因楊總水庫流域面積非常小，點(diǎn)雨量即代表面雨量，不需要點(diǎn)面折算，這里的折算系數(shù)可作為1，計(jì)算結(jié)果見表3。

表2　楊總水庫設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)表

3)設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度ip計(jì)算

楊總水庫設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度ip計(jì)算表見表4。

2.4不同頻率設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

楊總水庫不同頻率設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果見表5。

表3　楊總水庫設(shè)計(jì)面雨量PP面計(jì)算表

表4　楊總水庫設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度ip計(jì)算表

表5　楊總水庫設(shè)計(jì)洪峰流量及洪量計(jì)算成果表

2.5楊總水庫設(shè)計(jì)頻率洪水調(diào)洪計(jì)算

不同頻率設(shè)計(jì)洪水過程線形狀系數(shù)及參與調(diào)洪的設(shè)計(jì)洪量計(jì)算見表6。

表6　楊總水庫設(shè)計(jì)洪水過程線及參與調(diào)洪的設(shè)計(jì)洪量計(jì)算成果表

1)設(shè)計(jì)頻率洪水調(diào)洪計(jì)算

楊總水庫為開敞式溢洪道，起調(diào)水位按溢洪道堰頂高程44.90m開始起調(diào)，輸水洞不參與調(diào)洪。因所求設(shè)計(jì)洪水過程線形狀系數(shù)rp<0.05，則采用以設(shè)計(jì)洪峰流量QP為最大流量、按式W調(diào)p=0.67W24P+0.12QP×τ計(jì)算出的W調(diào)p為洪水總量，洪水歷時(shí)為T=5.56W調(diào)p/QP的簡(jiǎn)化三角形過程線[7]。用計(jì)算出不同頻率參與調(diào)洪的洪量W調(diào)p(104m3)代入簡(jiǎn)化公式：

(4)

進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算。

楊總水庫10%設(shè)計(jì)頻率洪水調(diào)洪計(jì)算見表7。

同理，其它設(shè)計(jì)頻率洪水調(diào)洪計(jì)算略，成果見表8。

2)設(shè)計(jì)洪水特征值復(fù)核

復(fù)核設(shè)計(jì)洪水特征值與原特征值比較見表8。

表7　楊總水庫10%設(shè)計(jì)頻率洪水調(diào)洪計(jì)算

表8　復(fù)核設(shè)計(jì)洪水特征值與原特征值比較

3)設(shè)計(jì)洪水特征值復(fù)核結(jié)論

水庫建庫時(shí)設(shè)計(jì)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇洪水設(shè)計(jì)，300 a一遇洪水校核。由表8可知，現(xiàn)狀水庫庫容明顯減少，因?yàn)樗畮旖?jīng)過多年運(yùn)行，泥沙淤積所致。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)規(guī)定，復(fù)核后水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇洪水設(shè)計(jì)，20 a一遇洪水校核，經(jīng)計(jì)算水庫最大庫容為6.79 萬 m3，<10 萬 m3，工程規(guī)模達(dá)不到小(Ⅱ)型水庫標(biāo)準(zhǔn)[8]。

3壩頂高程復(fù)核

為了保證水不從壩頂漫過，土壩壩頂高程應(yīng)在水庫校核水位以上，而且應(yīng)有足夠的超高，超高的數(shù)值等于波浪在壩坡上爬高R和風(fēng)雍高度e與安全超高A之和。壩頂超高計(jì)算：

Y=R+e+A

(5)

式中：Y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上爬高，m；e為最大風(fēng)壅水面高度，m；A為安全加高，m；楊總水庫波浪的平均波周期和平均波高采用莆田試驗(yàn)公式計(jì)算。平均波浪爬高計(jì)算公式：

(6)

式中：Rm為平均波浪爬高，m；m為單坡的坡度系數(shù)，若坡角為α，即等于cotα；KΔ為斜坡的糙率滲透性系數(shù)；KW為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)[9]。

壩頂高程計(jì)算結(jié)果見表9。

表9　壩頂高程復(fù)核計(jì)算成果表

由表9可以看出，本次復(fù)核計(jì)算壩頂高程采用值選擇設(shè)計(jì)及校核兩組計(jì)算結(jié)果的最大值，楊總水庫計(jì)算壩頂高程明顯要比現(xiàn)狀壩頂高程低好多，所以楊總水庫現(xiàn)狀壩頂高程滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

4結(jié)論

無資料地區(qū)小型水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時(shí)，采用由雨量資料推求設(shè)計(jì)洪水的思路，并結(jié)合當(dāng)?shù)乇┯旰樗謨?cè)推求得到設(shè)計(jì)洪水成果，經(jīng)合理性分析后認(rèn)為該成果是合理的[10]。接著利用調(diào)洪計(jì)算將各種特征水位予以確定，然后檢查壩頂高程和大壩溢洪道控制段的頂部高程是否符合規(guī)范要求，最后對(duì)水庫大壩的安全性作出評(píng)價(jià)，這樣為以后水庫的進(jìn)一步除險(xiǎn)加固提供堅(jiān)實(shí)的決策參考依據(jù)。

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中圖分類號(hào)：TV122.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

[作者簡(jiǎn)介]胡紅亮(1989-)，男，江西南昌人，碩士研究生，助理講師；曾敏(1987-)，男，湖南邵陽人，碩士研究生，助理講師。

[收稿日期]2015-11-12

文章編號(hào)：1007-7596(2016)03-0019-04