海龍川水庫除險加固設計洪水計算及分析

湯秀娥　鄭學華

（海城市河務管理處　遼寧　海城　114200）

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海龍川水庫除險加固設計洪水計算及分析

湯秀娥鄭學華

（海城市河務管理處遼寧海城114200）

摘要海龍川水庫經過多年運行，加上冬季氣溫較低，經過反復凍融破壞，風化巖堆積加劇。工程存在老化等諸多病害隱患，急需除險加固工程建設。本文對該水庫的除險加固洪水進行了計算與分析，從中可以看出，本次計算設計暴雨、設計洪水成果及壩下泄洪流量均在合理范圍內。該次水庫洪水分析為水庫除險加固工程建設提供了詳實數據依據，也為類似工程建設提供參考和借鑒。

關鍵詞海龍川水庫；設計洪水；除險加固；計算分析

1　工程概況

海龍川水庫位于海城市南部，壩址位于岔溝鎮海龍川村，水庫集雨面積2.94km2，屬于山區小型水庫。水庫主要由攔河大壩、輸水洞、開敞式溢洪道組成。水庫原設計總庫容20.6萬m3，防洪庫容為10.2 萬m3，興利庫容9.9萬m3，屬于小（二）型水庫，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級。該水庫工程始建于1958年，屬于“三邊”、“三無工程”，施工質量差，施工質量得不到保證，存在著先天不足，雖然經過幾次加固改造，但已運行多年，加上冬季氣溫較低，經過反復凍融破壞，風化巖堆積加劇。工程存在老化等諸多病害隱患[4]。

2　水文與氣象

2.1流域概況

海龍川水庫距海城市內40km，位于岔溝鎮海龍川村。該水庫修建在海城河支流上，壩址以上河道長度2.33km，河道平均比降為1.24‰，多年平均徑流量69.6萬m3。水庫集雨面積2.94km2，屬于山區小型水庫[1]。

2.2氣象情況

海城河流域屬溫帶季風氣候區，四季分明、雨量充沛，主要氣候特點是降水偏多，主要集中在7、8月間，夏季平均氣溫較高。流域內多年平均氣溫8.7℃左右，12月～2月平均氣溫在0℃以下，一月最冷，實測極端最低氣溫達- 34.9℃，7月～8月平均氣溫最高，平均氣溫高于23℃，極端最高氣溫達36.6℃。氣溫年內變化較大，一般超過40℃，多年極端溫差超過70℃。流域內多年平均降水量703.6mm。降水量的年際變化較大，豐水年和枯水年相差2倍以上，年最多降水量（1964年）達1081.0mm，年最少降水量（2000年）僅為447.1mm。降雨在年內分配極不均勻，雨量多集中在夏季，6月～9月約占全年降水量的72%以上，其中7、8月更為集中，占全年51%。流域內多年平均蒸發量1659.4mm。5月～6月份相對濕度小，氣溫上升快，風速大，是蒸發量最大時期，為536mm。11月～2月為結凍期，蒸發量最小。流域內多年平均日照小時數2624.5h，5月份最多，多年平均為268.4h，12月日照時數最短在172.7h。流域內冬季受西伯利亞冷空氣南下及地形影響，海城站多年平均最大風速16.5m/s，最大風速為20m/s，其相應風向為SSE。春季最大風速為20m/s，汛期最大風速為13.5m/s。流域內初霜一般在9月下旬，最早在9月14日；終霜期一般在5月上旬，最晚在5月11日。流域內降雪最早日期在10 月3日，最晚終雪日在4月29日。流域內極端最高地溫63.1℃，發生在1961年的6月26日，極端最低地溫- 41.7℃，發生在1987年的1月13日。最大凍土深度為118cm[2]。

3　設計洪水計算與分析

3.1暴雨洪水特性分析

本流域洪水主要由暴雨產生，一次洪水過程大部分在1天之內，最長可達3天，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪河流。一次降雨即形成一次洪峰，其洪水過程線多為單峰型[5]。

3.2設計洪水推求方法

由于海龍川水庫無實測流量資料，且流域面積較小，采用無資料地區設計暴雨計算方法《遼寧省中小河流（無資料地區）設計暴雨洪水計算方法》（遼寧省水文水資源勘測局1998年8月編），可只采用推理公式法計算設計洪水[6]。

3.3設計暴雨的計算

海龍川水庫壩址以上河道長度2.33km，河道平均比降為1.24‰，多年平均徑流量69.6萬m3。水庫集雨面積2.94km2，屬于山區小型水庫。該地區南近渤海，為暖溫帶季風氣候區，本次進行設計暴雨計算，采用設計暴雨計算公式PP=KP×P（式中KP為皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數，腳碼P為某一頻率值。），其計算結果如表1[7]。

3.4洪水過程線的計算

（1）τ值計算：

其中匯流參數x、y由遼寧省水文手冊可查得為0.96、0.73。

計算1、6、24小時和三日的設計面雨量及n1P、n2P值，Cs采用3.5Cv。當F=0.6km2，t=24小時，點面折減系數KF=1。計算W三p及W（三-24）p和W24。各值見表2。

3.5設計洪水成果合理性分析

本次采用遼寧省中小河流設計暴雨洪水計算公式QP=0.278φP×iP×F進行計算洪峰流量。兩次設計洪水采用的計算方法基本相同。本次計算設計暴雨、洪水成果與原設計成果比較見表3，復核結果與原設計成果接近，在合理范圍內，基本吻合。說明歷次設計洪水成果相近，基本合理[4]。

表1　海龍川水庫設計面雨量計算表

表2　設計洪水和各種不同頻率的洪峰表

表4　下游河道水位～流量關系表

圖1　海龍川水庫下游河道水位～流量關系曲線圖

4　壩下流量關系分析

本次分析計算了溢洪道消力池下游泄水渠樁號0+111.2斷面的水位～流量關系曲線。按公式Q=A×R2/3×i1/2計算，式中Q、A、R、i、n分別為流量、過水斷面面積、水力半徑、水力坡度、糙率。橫斷面數據為實測；河道糙率根據河段特征為無沙灘、多石、多草，取值為0.035；水力坡度為實測，取值為89‰。（高程系統為假定高程，斷面資料測量時間2011年。）水位流量關系曲線見表4；并根據下游河道水位～流量關系數據點繪下游河道水位～流量關系曲線，詳見圖1。

根據海龍川水庫壩下泄流量計算結果和點繪海龍川水庫下游河道水位～流量關系曲線，從中可以看出該次設計洪水計算結果均在泄流量的合理范圍內；水庫下游河道水位～流量關系曲線平緩圓滑，沒有特殊情況發生。壩下泄流量和河道與泄流量關系穩定。

5　結語

通過對海龍川水庫除險加固工程洪水的計算與分析，水庫的設計洪水在安全泄洪的防御范圍之內，不會發生潰壩情況，同時計算結果為今后水庫除險加固工程建設提供了可靠、詳實的基礎數據依據。水庫除險加固工程實施后，將確保水庫行洪安全，保證下游人們群眾生命和財產安全，為經濟社會可持續發展打下堅實基礎。陜西水利

參考文獻

[1]楊艷英.上英水庫除險加固工程設計洪水計算與分析[J].水利規劃與設計，2015（06）：37.39+62.

[2]張艷麗.海城市海龍川水庫溢洪道加固設計與計算分析[J].水利技術監督，2015（01）：49.51.

[3]趙珩；羅希；萬珍；楊祖強.前進水庫溢洪道消能防沖設計[J].中國水能及電氣化，2013 （12）：57.60.

[4]徐強.水庫工程管理存在的問題及措施[J].水利規劃與設計，2014（09）：8.9+59.

[5]敖立飛.基于某實例水庫工程設計洪水的分析[J].黑龍江水利科技，2013（10）：170.172.

[6]陳民，薛茜.密云水庫后汛期設計洪水分析[J].水利水電工程設計，2000（02）：41.42.

[7]王卓娟，喬娟.湖北省小型水庫設計洪水計算[J].三峽大學學報，2011（03）：13.14.

（責任編輯：唐紅云）

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