青云河水庫防洪標準復核分析

劉長高

(大連金石灘國家旅游度假區(qū)農(nóng)林管理中心，遼寧 大連 116650)

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青云河水庫防洪標準復核分析

劉長高

(大連金石灘國家旅游度假區(qū)農(nóng)林管理中心，遼寧 大連 116650)

青云河水庫位于遼寧省大連市金州新區(qū)得勝街道林家村，水庫樞紐工程主要由擋水壩、溢洪道、輸水洞組成。水庫防洪標準為100a設計，1000a校核。文章對青云河水庫防洪標準進行了復核計算分析，通過復核與分析評價該水庫運行情況，最終確定復核防洪標準為A級。水庫防洪標準的復核為今后水庫工程運行管理提供了依據(jù)。

防洪標準；設計洪水；計算；青云河水庫；大連市

1　水庫概況

青云河水庫位于遼寧省大連市金州新區(qū)得勝街道林家村。水庫樞紐工程主要由擋水壩、溢洪道、輸水洞組成。大壩由黏土心墻壩和漿砌石重力壩組成，大壩全長527m。水庫防洪標準為100a設計，1000a校核。壩址以上流域面積64.5km2，主河道長度16.04km，河道平均比降為3.29‰，總庫容為1 607 萬 m3。下游保護200 hm2耕地、得勝街道、大李家街道、金猴公路、丹大高速等[1]。

2　水庫設計洪水復核

2.1工程等級及洪水標準

青云河水庫最大庫容1607萬m3，最大壩高11.5m，屬中型水庫。按照山區(qū)、丘陵區(qū)永久性水工建筑物防洪標準的劃分，結合水庫重要性與位置等綜合因素確定青云河水庫防洪標準為：100a一遇洪水設計，1000a一遇洪水校核。主要建筑物為3級，次要建筑物為4級[2]。

2.2設計洪水復核計算

青云河水庫所在流域內無洪峰流量水文觀測站，盡管水庫修建較早，但水庫無雨量觀測資料[3～4]。雖然計算流域內有一座小(Ⅰ)型水庫，但由于水庫流域面積較小，其調洪能力有限，故本次按不考慮水庫的調蓄作用，直接按全流域進行設計洪水計算。本流域屬遼寧省水文分區(qū)的Ⅳ區(qū)[5]。設計暴雨參數(shù)見表1。

表1　設計暴雨參數(shù)表

計算匯流時間。

(1)

式中：τ為匯流時間，h；L為河道長度，16.04km；J為河道平均坡度，3.29‰；x、y為地區(qū)參數(shù)，查附表3-1為0.78、0.71。

匯流時間>1h，由附圖1-12，t=24h，查點面折減系數(shù)，計算：

并根據(jù)P1P面/P6P面、P6P面/P24P面查附表1-2，得到n1P、n2P，由此計算τ歷時設計雨量及面暴雨強度iP：

PτP面=P24P面×24n2p-1×6n1p-n2p×τ1-n1p

ip=PτP面/τ

查附表3-2，得到φp、α三P、α(三-24)P。

計算洪峰流量Qp=0.278φp×ip×F。

計算洪量。

W三P=0.1×α三P×P三P面×F

W(三-24)P=0.1×α(三-24)P×(P三P面-P24P面)×F

W三P=W三P-W(三-24)P

各頻率設計洪水形狀系數(shù)γP均>0.05，設計洪水過程采用雙峰概化過程線[6]。

1)主峰過程線：查附表3-3γP的t～Qt/QP表，將Qt/QP值乘以QP并加上基流即得主峰洪水過程線。

2)前峰洪水過程線：為漲水9h，落水12h的三角形。計算Q21。

Q21=Qt/QP×QP

前峰最大流量按下式計算：

Q9=QP′=W(三-24)P/3.78-4Q21/7

3)基流按公式Q0=0.05W三P/25.9計算。

各種頻率洪水計算成果見表2。

3　水庫洪水調節(jié)計算

3.1泄量曲線復核

溢洪道堰型為克奧-I型實用堰，堰頂總凈寬45m，為5孔，堰頂高程17.85m。根據(jù)《青云河水庫汛期調度運用計劃》，當水位低于19.35m時，5孔閘門各抬高0.75m；當水位高于19.75m時，3孔全開；當水位高于21.35m時，5孔全開。當閘門開度為0.75m時，水位18.85m以下為堰流，高于18.85m為閘孔出流，當閘門全開時，為堰流[7]。溢洪道下泄流量根據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》按如下公式計算：

1)堰流

(2)

2)閘孔出流

(3)

溢洪道泄流能力計算結果見表3。

表2　各頻率洪水計算成果表

3.2洪水調節(jié)方式及調度原則

青云河水庫為閘門控制式溢洪道。根據(jù)《青云河水庫汛期調度運用計劃》，起調水位為19.35m，當水位低于19.35m時，5孔閘門各抬高0.75m；當水位高于19.75m時，3孔全開；當水位高于21.35m時，5孔全開。壩下涵管不參加調洪[8]。

表3　溢洪道泄流能力計算成果表

3.3洪水調節(jié)計算

根據(jù)前述資料，采用以下調洪公式進行調洪演算。

(4)

設計洪水調洪成果見表4：

表4　設計洪水調節(jié)成果表

4　壩頂高程復核

4.1波浪要素計算

采用莆田試驗站公式：

(5)

式中：hm為平均波高，m；W為計算風速，m/s。正常運用條件下，采用多年平均最大風速的1.5倍；非常運用條件下，采用多年平均最大風速15.6m/s；Hm為水域的平均水深，m；D為風區(qū)長度，m；Tm為平均波周期，s；Lm為平均波長，m。

詳細計算結果見表5。

表5　波浪要素計算表

4.2風壅水面高度計算

(6)

式中：e為計算點處的風壅水面高度，m；K為綜合摩阻系數(shù)，計算取K=3.6×10-6；W為水面上10m處的風速，m/s；D為吹程，m；Hm為水域的平均水深，m；β為風向與水域中線的夾角，°。

詳細計算結果見表6。

表6　風壅水面高度計算表

4.3波浪爬高計算

按《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL274—2001)附錄A.1.12中的公式[9]：

(7)

詳細計算結果見表7。

表7　波浪爬高計算表

4.4壩頂高程計算

壩頂高程分別按以下運用情況計算，取其最大值：

1)設計洪水位加正常運用情況的壩頂超高；

2)校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高；

3)正常蓄水位加正常運用情況的壩頂超高；

4)正常蓄水位加非常運用情況的壩頂超高，再加地震安全加高。

壩頂超高按下式計算：

y=R+e+A

(8)

式中：y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上的爬高，m；e為風壅高度，m；A為安全加高，m。

壩頂高程按下式計算：

Z=Z1+y+A1

(9)

式中：Z為壩頂高程，m；Z1為計算水位，m；y為壩頂超高，m；

A1—地震涌浪高度，m，根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》(DL5073—1997)中相關規(guī)定選取[10]。

壩頂高程計算結果詳細見表8。

表8　壩頂高程計算表

經(jīng)計算，取4種計算水位情況下的壩頂高程最大值為22.94m。水庫現(xiàn)狀壩頂高程為22.38m，防浪墻頂高程23.48m。根據(jù)《碾壓式土石壩設計導則》(SL274-2001)中的規(guī)定，防浪墻頂高程高于計算的壩頂高程；壩頂高程高于設計洪水時靜水位+0.5m，高于校核洪水時靜水位；心墻頂高程21.38高于設計洪水時靜水位，故滿足規(guī)范要求。

5　結　論

青云河水庫防洪標準為洪水設計100 a一遇，校核洪水為1000a一遇。主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。根據(jù)復核結果，水庫大壩實際抗洪能力滿足100a設計，1000a校核洪水標準。安全級別為A，復核防洪標準為A級。

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[2]中華人民共和國水利部.水利水電工程等級劃分及洪水標準SL252—2001[S].北京：中國水利水電出版社，2007.

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[6]張艷麗.海龍川水庫溢洪道加固設計與計算分析[J].水利技術監(jiān)督，2015(01)：49-51.

[7]沈英浩，楊桂紅.鬧德海水庫防洪標準復核評價[J].水利科技與經(jīng)濟，2010(03)：319-321.

[8]中華人民共和國水利部.碾壓式土石壩設計規(guī)范SL274—2001[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

[9]邢喜梅.卡爾塔水庫大壩抗震安全評價[J].水利技術監(jiān)督，2014(01)：13-15.

[10]中華人民共和國水利部.水工建筑物抗震設計規(guī)范SL203—1997[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

1007-7596(2016)07-0037-04

2016-06-12

劉長高(1974-)，男，遼寧大連人，工程師，研究方向為水利水電工程、水利工程施工、水資源管理、農(nóng)田水利設施管理等。

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