小（2）型水庫無資料地區設計洪水及調洪計算方法的應用

□（營口市水利勘測建筑設計院）

小（2）型水庫無資料地區設計洪水及調洪計算方法的應用

□董明玥（營口市水利勘測建筑設計院）

遼寧省小（2）型水庫所在地區一般沒有水文氣象資料，設計洪水的計算方法大多采用無資料地區設計洪水方法計算，文章以高士溝水庫為實例，高士溝水庫位于大石橋市湯池鎮高士溝村東的二道河。通過對高士溝水庫設計洪水及調洪的推求為其他相關工程提供參考。

小型水庫；無資料；設計洪水；調洪

1 工程概況

高士溝水庫是一座以灌溉為主綜合效益的小（2）型水庫。壩址以上流域控制面積1.06 km2，河長1.12 km，河道比降99.11‰。設計洪水標準為20 a一遇，校核洪水標準為200 a。

2 暴雨洪水特性

水庫所在流域位于大石橋東部地區，暴雨成因主要是由于西方或西北方移來的冷空氣和東南方來的太平洋暖濕空氣的交綏作用而產生。流域暴雨多集中在7-8月，大暴雨持續時間一般1-2 d。

3 設計暴雨、洪水計算

3.1 設計面雨量計算

本次主要依據《遼寧省中小流域設計暴雨洪水計算方法》進行設計暴雨、洪水計算。設計面雨量為各時段暴雨的均值與模比系數、折減系數的乘積。該地區水文分區為Ⅳ區，各時段暴雨的均值和變差系數Cv由各時段暴雨均值等值線圖和暴雨變差系數等值線圖查得。模比系數、折減系數由附表查得，計算成果見表1。

表1 不同頻率設計暴雨成果表

3.2 設計洪峰流量Qp與24 h洪量W24計算

下面公式中t為匯流歷時，由壩址以上河道長度與河道平均坡度及匯流參數求得，P10p、P1p與Ptp分別為10 min、1 h和t歷時的設計面雨量，mm；式ip為暴雨強度，mm；F為流域面積，km2；ψp、α72p、α（72-24）p分別為洪峰徑流系數、72 h洪量徑流系數、72 h減24 h洪量徑流系數，按不同水文分區及頻率由《計算方法》附表查得。

由于t歷時＜1h洪峰流量采用計算公式如下：

不同頻率設計洪水計算成果見表2。

表2 不同頻率設計洪水計算成果表

3.3 設計洪水過程線的計算

流域洪水主要由暴雨產生，一次洪水過程大部分在1d之內，其洪水過程線多為單峰型。由于rP＜0.05，采用以設計洪峰QP為最大流量，以T為洪水歷時的簡化三角形過程線。

計算公式如下：

式中：W調P為參與調洪的洪量，T為洪水歷時，rP為過程線形狀系數。

不同頻率設計洪水過程成果見表3。

表3 不同頻率設計洪水過程成果表

4 調洪計算

高士溝水庫溢洪道位于大壩右岸岸邊，屬于寬淺式溢洪道，由進口平底槽段、陡槽段、跌水段、海漫段組成。水庫防洪限制水位為207.15 m，溢洪道進口平底槽段（樁號為0+000～0+023.5）長23.50 m，寬9 m，高程為207.15 m。當汛期來水超過207.15 m時，溢洪道全斷面泄洪，輸水洞不參與調洪演算。

4.1 寬淺式溢洪道進口的水力計算

對于進口為棱柱體的平底槽，當2.50 m＜δ/H＜10 m（δ為棱柱體平底槽的長度，H為堰上水頭）時進口水流為寬頂堰水流，溢洪道水位流量關系按寬頂堰泄流能力公式計算。當δ/ H＞10時可采用試算法來計算水位流量關系。設一流量Q，然后根據溢洪道0+023.5處的臨界水深hk向上游推算水面線得到進口段面0+000處的水深hs，繼根據寬頂堰淹沒流的公式得到Q，若該值與原假設的流量Q值相一致則為所求。

分段求和法公式：

式中：ΔL－流段的長度；J－流段的平均水力坡度。水位流量關系見表4。

表4 水位流量關系表

寬頂堰公式：

根據《溢洪道設計規范》SL253-2000的寬頂堰流公式計算：

式中：Q—流量，m3/s；B—溢流堰總凈寬，本工程為9 m；H0—計入行進流速水頭的堰上總水頭，m；g—重力加速度，g=9.80m/s2；m—流量系數；ε—閘墩側收縮系數；σ—淹沒系數。

寬頂堰水位流量關系見表5。

表5 寬頂堰水位流量關系表

4.2 調洪計算

本次調洪計算防洪限制水位為207.15 m，作為起調水位。根據計算出的不同頻率下參與調洪洪量W調p，推算出各頻率洪水所對應的庫容、最大泄量。計算公式為：

其中qm為一定頻率的調洪出流量，m3/s；V防為防洪庫容，萬m3。水位庫容關系曲線見圖1。

圖1 水位庫容關系曲線圖

高士溝水庫洪水調節計算結果見表6。

表6 水庫調洪計算參數及成果表

5 結論

經計算高士溝水庫正常高水位為207.15 m，相應庫容為10.57萬m3；設計洪水位為208.68 m，相應庫容為14.14萬m3；校，相應庫容為16.38萬m3。

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2016-11-08

（編輯：左英勇）

董明玥（1984-），女，工程師，主要從事水利工程設計方面工作。