塔山水庫防洪標準復核計算

劉　宇

(遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順 113007)

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塔山水庫防洪標準復核計算

劉宇

(遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順 113007)

塔山水庫運行多年，出現部分工程老化等諸多病險隱患，水庫除險加固設計的關鍵就是防洪標準復核。水庫所在河流無水文資料，為此采用無資料地區設計暴雨洪水計算方法，對不同頻率設計暴雨、設計洪水進行復核計算與分析，復核后塔山水庫的防洪標準為10 a一遇設計，20 a一遇校核。通過復核為水庫下一步做好除險加固和工程運行管理提供依據。

無資料地區；設計暴雨；設計洪水；防洪標準復核；塔山水庫

1　概況

塔山水庫位于開原市威遠鎮塔山村塔山小流域上, 建于1958年，是一座以防洪為主兼有灌溉、養殖等效益的小(Ⅱ)型水庫，總庫容22.26萬m3。水庫原設計防洪標準20 a一遇，原校核洪水標準50 a一遇。由于1994年、1995年連續兩年特大暴雨引發山洪,并帶有大量泥沙及漂浮物涌入塔山水庫，超標準洪水使塔山水庫溢洪道全部被沖毀，輸水洞塌陷，水庫停止使用。2003年復建，2004年完工，盡管主體工程進行了全面改造，但由于施工質量差，雖然進行了小規模的檢修，但沒能解決根本問題。2007年經安全鑒定確認為三類壩，為病險水庫。根據“當山區、丘陵區的水庫樞紐工程擋水建筑物的擋水高度低于15 m，上、下游水頭差小于10 m時，其防洪標準可按平原區、濱海區的規定確定”規定，本次復核確定塔山水庫的設計標準按10 a一遇，校核標準按20 a一遇。

2　不同頻率設計暴雨復核

2.1設計暴雨均值P均的計算

塔山水庫地區無水文資料，根據《遼寧省中小河流(無資料地區)設計暴雨洪水計算方法》[1]，查得塔山水庫位于遼寧省水文分區Ⅲ6區，水庫暴雨匯流歷時計算見式(1)：

(1)

式中：τ為匯流歷時，h；L為河長，L=2.35 km；J為河道比降，J=31.08‰；F為集雨面積，F=2.71 km2；x、y為系數，x=0.96，y=0.73。

經計算，匯流歷時τ為0.51 h。

結合水庫所在區域，根據遼寧省“年最大10 min(1 h、6 h、24 h、三日)暴雨均值等值線圖”查得P均值。根據遼寧省“年最大10 min(1 h、6 h、24 h、三日)暴雨變差系數Cv等值線圖”查得Cv值。Cs一律采用3.5 Cv。再根據“皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數Kp值表(Cs=3.5 Cv)”查得P=10%、P=5%的Kp值。設計暴雨參數詳見表1。

表1 塔山水庫設計暴雨參數表

2.2設計暴雨面雨量PP面的計算

(2)

式中:KF為點面雨量折算系數，因塔山水庫流域面積很小，點雨量即代表面雨量，故KF取1。并依據表1中各時段的設計暴雨KP與暴雨均值P均，計算得到設計面雨量PP面見表2。

表2　塔山水庫設計面雨量PP面計算表

2.3設計暴雨強度ip計算

(3)

式中：τ為匯流時間，h；ip為定頻率下匯流時間歷時設計暴雨強度，mm/h；Ptp面為定頻率下匯流時間歷時設計面暴雨，mm。

不同頻率設計暴雨強度ip計算見表3。

表3　塔山水庫設計暴雨強度ip計算表

表3中的n0p、n1p、n2p分別為10～60 min、1～6 h和6～24 h的暴雨遞減指數，根據《遼寧省中小河流(無資料地區)設計暴雨洪水計算方法》中“暴雨指數n0p、n1p、n2p查用表”查得相應值。

3　不同頻率設計洪水復核

本流域洪水主要由暴雨產生，由于流域屬山區性河流，河道坡降陡，暴雨形成陡漲陡落的洪水，由于一次天氣過程造成的暴雨歷時較短，主要集中在1 d之內，只是較大的洪水呈單峰型。一次洪水歷時一般在2～3 d，漲落歷時短，一次洪水總量在24 h內。

3.1不同頻率設計洪水復核計算

設計洪峰流量計算公式[2]：

QP=0.278ψpipF

(4)

式中：QP為定頻率下的設計洪峰流量,m3/s；ψp為設計洪峰徑流系數；ip為定頻率下匯流時間歷時設計暴雨強度,mm/h；F為流域面積,km2。

設計洪量計算公式：

(5)

(6)

(7)

式中：W三p、W(三-24)p、W24P分別是一定頻率下三日洪量，三日減24 h洪量，24 h洪量,萬m3；a三p、a(三-24)p分別是一定頻率下三日洪量徑流系數，三日減24 h洪量徑流系數。F為流域面積,km2。

塔山水庫不同頻率設計洪水計算成果見表4。

表4　塔山水庫設計洪峰流量及洪量計算成果表

3.2設計頻率洪水調洪計算

推求洪水過程線形狀系數，見式(8)[3]：

rp=0.36×52W24P/QP

(8)

式中：rp為設計洪水過程線系數；W24p為定頻率下24 h洪量,萬m3；QP為定頻率下的設計洪峰流量,m3/s。

不同頻率參與調洪的設計洪量計算，見式(9)[3]：

(9)

式中：W調p為不同頻率參與調洪的洪量,萬m3；W24p為定頻率下24 h洪量,萬m3；QP為定頻率下的設計洪峰流量,m3/s；τ為匯流時間,h。

經計算，洪水過程線形狀系數rp在設計頻率10%和5%情況下分別為0.03、0.04；參與調洪的洪量W調p在設計頻率10%和5%情況下分別為19.3萬m3、27.1萬m3。

塔山水庫為開敞式溢洪道，起調水位按溢洪道堰頂高程150.7 m開始起調。因所求設計洪水過程線形狀系數rp<0.05，用簡化三角形過程線進行調洪。計算過程中不點繪H～qm關系線與H～q關系線，通過在交叉點附近加密堰上水頭H0進行計算，最后獲得水庫的最高洪水位和最大泄量。其中溢洪道凈寬B=8 m，寬頂堰流量系數m=0.33；側向收縮系數ε=1。

(1)10%設計頻率的洪水調洪計算

塔山水庫10%設計頻率洪水調洪計算見表5。

表5　塔山水庫10%設計頻率洪水調洪計算

經調洪計算10 a一遇的設計洪水水位152.11 m，相應庫容18.97萬m3，最大泄量19.58 m3/s 。

(2)5%設計頻率的洪水調洪計算

塔山水庫5%設計頻率洪水調洪計算見表6。

表6　塔山水庫5%設計頻率洪水調洪計算

經調洪計算20 a一遇的設計洪水水位152.47 m，相應庫容22.58萬m3，最大泄量27.54 m3/s。

3.3設計洪水特征值復核

塔山水庫除險加固設計設計洪水標準為10 a一遇，設計水位152.48 m，校核標準為20 a一遇，水位152.11 m。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252-2000)規定，現狀水庫設計標準為10 a一遇，設計水位152.47 m，校核標準為20 a一遇，水位152.11 m。除險加固設計值與本次復核值基本相符，除險加固設計值可用。復核設計洪水特征值與原特征值比較見表7。

表7　復核設計洪水特征值與原特征值比較

4　結　論

通過對塔山水庫防洪標準進行復核計算與分析，采用無資料地區設計暴雨、設計洪水計算方法計算水庫的設計頻率5%和10%的洪水過程，計算得到了入庫洪峰流量、相應庫容、相應最高水位及溢洪道相應的最大泄流量與原設計值基本一致，表明本次計算的結果是合理的。通過設計洪水的計算與分析為工程建設提供翔實的數據依據，同時為類似工程建設提供參考和借鑒，更為水庫除險加固后發揮其防洪、改善生態環境和經濟社會發展提供基礎保障。

[1]耿華. 《遼寧省中小河流(無資料地區)設計暴雨洪水計算方法》(98版)應用分析[J]. 城市道橋與防洪, 2015(9):119-120.

[2]李化.孟家店水庫除險加固工程壩頂高程復核[J].水利規劃與設計,2016(3):100-101,104.

[3]湯秀娥,鄭學華.海龍川水庫除險加固設計洪水計算及分析[J].陜西水利, 2016(1):73-74.

劉宇(1983-)，男，工程師，主要從事水利工程管理工作。

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2096-0506(2016)09-0089-03