戶主東水庫洪水風險圖繪制的實例分析

李成龍

（滕州市戶主水庫管理所，山東 滕州277533）

戶主東水庫位于滕州市東郭鎮上戶主村北700 m，城河支流上，控制流域面積9.25 km2，總庫容437.57 萬m3，興利庫容260 萬m3，是一座具有防洪、灌溉、養殖等綜合效益的小（1）型水庫。戶主東水庫大壩為黏土心墻砂殼壩，最大壩高12.1 m，壩頂寬5.0 m，壩長658 m，壩頂高程129.0 m。迎水坡干砌石護坡，背水坡碎石護坡。戶主東水庫興利水位124.17 m，設計洪水位127.31 m，校核洪水位128.00 m，設計洪水下泄流量98.39 m3/s，校核洪水下泄流量167.62 m3/s。 本文是按發生校核洪水時發生潰壩情況下，計算洪水淹沒范圍，繪制洪水風險圖。

1 計算過程

由于幸福河是戶主水庫（中型，最近處距戶主東水庫0.7 km，泄洪通道與戶主東水庫共用）的泄洪通道，當戶主東水庫發生超標準洪水時，戶主水庫也極有可能發生超標準洪水而正在進行泄洪，因此戶主東水庫的下游流量應考慮和戶主水庫相應標準的洪水泄洪量疊加計算。戶主東水庫泄洪通道沿幸福河距上級河流城河距離為10 865 m，洪水在3 000 m 處和戶主水庫洪水匯流疊加。經查證戶主水庫在校核洪水位時泄洪量為432 m3/s。

1.1 洪水流量分析

根據上述大壩結構形式以及流域洪水特征，水庫潰壩形式為漸潰式，潰壩最大流量計算公式如下：

其中，b=K（V1/2B1/2H）1/2

式中：Qmax為最大潰壩流量，m3/s；L 為庫水面（垂直壩軸方向）長度，戶主東水庫為1 853 m；B為潰壩時沿壩軸方向水面寬或壩頂長度，戶主東水庫為654 m；b 為潰口寬度，m；H 為潰壩時壩前水深，m；V 為潰壩時水庫庫容，萬m3；K 為經驗系數，黏土取0.65，壤土取1.3；g 為重力加速度，取值9.81 m/s。

經計算，在校核洪水位下潰壩時壩址處最大潰壩流量為7 612 m3/s。

2）潰壩下游流量計算。經查證《水庫汛期控制運用方案編制計算手冊》為方便計算，采用經驗公式：

式中：QLM為當最大潰壩流量演進至距壩址處時，在該處出現的最大流量，m3/s；QM為壩址處最大潰壩流量，m3/s；V 為水庫潰壩時的庫容，m3；L 為距壩址的距離，m；U 為河道洪水期斷面最大平均流速，如無資料，一般山區可取3.5～5.0 m/s，半山區可取2～3 m/s，平原可取1～2 m/s；K 為經驗系數，山區河道取1.3，丘陵河道取1.0，平原河道取0.85；UK 取值：山區河道UK=7.15，半山區河道UK=4.76，平原河道UK=3.13。

依潰壩泄流導致的在任何典型斷面處的水位要與利用最大潰壩流量和水力學公式計算確定的流量所對應的水深相一致的原則，確定各典型斷面的水深。

式中：S 為河流坡降；n 為曼寧系數，根據河流地形、地面建筑物情況選取；A 為水流斷面面積，m2；R 為水力半徑，R=A/P，m；P 為斷面濕周，m。

為確定潰壩后的淹沒范圍，根據下游工程和重要保護目標所在位置，分別設立斷面進行計算，按上述公式得到各斷面的淹沒水位，根據高程確定洪水淹沒邊界，繪制出《戶主東水庫洪水風險圖》。

3）考慮洪水疊加。由于幸福河是戶主水庫的泄洪通道，當戶主東水庫發生超標準洪水時，戶主水庫也極有可能發生超標準洪水正進行泄洪，因此戶主東水庫的下游流量在3 km 以下應考慮和戶主水庫相應標準的洪水泄洪量疊加計算。經查證，戶主水庫在校核洪水位時泄洪量為432 m3/s。經計算，結果見表1。

表1 校核洪水位時潰壩不同斷面的最大流量計算表

潰壩洪水至城河時由于面積較大，進入城河后流量較小，經過城河泄洪后，影響較小，故不再考慮城河以下的洪水淹沒。

1.2 淹沒范圍計算

根據以上計算過程，推算出戶主東水庫泄洪通道上每1 000 m 處的最大洪水流量，根據洪水流速可推算出每個斷面的過水面積，在1∶10 000的地形圖上繪制橫斷圖，根據過水面積試算出淹沒寬度范圍。

1）試算流速。戶主東水庫下游幸福河段沒有洪水期斷面最大平均流速記錄，根據實際河道比降，流速在0～2 km 處取2 m/s，4 km 以下取1 m/s。據此可推算出每個斷面的洪水斷面面積。

選取典型斷面驗算流速。

下游1 km 處：v=R2/3S1/2/n=2.15 m/s

與半山區取用的2 m/s 相近，可以取用。

下游8 km 處：v=R2/3S1/2/n=0.892（m/s）

與平原地區選取的1 m/s 相接近，可以取用。

2）校核洪水時潰壩各斷面最大洪水過水面積經計算如表2。

表2 校核洪水位時潰壩不同斷面的過水面積計算表

1.3 洪水風險圖繪制

在1∶10 000 的地形圖上，經多次試算，繪出戶主東水庫的主流泄洪通道的中軸線，然后每隔1000 m 選取一個典型斷面，根據在地形圖上量取平面距離和高程繪制橫斷面圖，估算水位高程查詢面積與上述計算面積比較試算，然后調整洪水位高程直至查詢面積和計算面積相等。

繪橫斷圖后查詢橫斷面邊界線至中軸線的距離，連線成圖。

2 計算中遵循的原則及注意事項

1）淹沒范圍內局部建筑物、樹木和道路等，考慮洪水的破壞性和安全起見，不計其對洪水的阻礙影響。

2）洪水經過狹窄通道后進入平坦地段時，如果地勢平坦或者低洼，理論上洪水淹沒范圍會隨之擴大，水位高程一直淹沒至水位等高線。但隨著范圍的擴大，水位會降低。當計算至水位低于0.5 m 以下時，不再外延，和上一個斷面淹沒寬度相順延。

3）在每個1 000 m 斷面附近選取具有代表性的斷面垂直于中軸線繪橫斷面圖，橫斷面圖要能代表附近地形的高程走向。

4）多條洪水主線分析。以上計算是通過一條洪水中軸線分析計算，但在實際上洪水在漫溢過程中會有很多條流向分支，尤其是在下游，盡管計算流量已經變小，但洪水淹沒范圍會在兩側垂直等高線繼續漫延，所以，根據地勢等高線考慮下游淹沒范圍修正。