大藤峽水利樞紐工程庫區防護排澇閘站設計參數選取

徐忠民，關傳弢

(中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021)

1 工程設計標準

1.1 防護標準

黔江左岸武宣縣城主城區防洪標準為50 a一遇，右岸防洪標準為20 a一遇[1]。武宣縣城排澇標準為20 a一遇暴雨重現期，24 h暴雨24 h排除[2]。

1.2 設計暴雨

主汛期設計暴雨采用新版《廣西暴雨統計參數等值線圖研究》中成果圖表查算，次汛期和非汛期設計暴雨根據武宣站實測暴雨資料統計，設計暴雨成果見表1。

表1 武宣防護區最大24 h設計暴雨成果 mm

1.3 設計洪水

山丘區的設計洪水采用廣西推理公式計算，根據設計流域地理位置及下墊面情況查流域分區的產流參數，穩定入滲率取4 mm/h，流域最大蓄水量Wm取120 mm，流域初始蓄水量W0取84 mm。

洪峰流量計算采用廣西壯族自治區暴雨徑流查算圖表中推理公式：

(1)

(2)

式中：τ為流域匯流歷時，h；hτ為相應于τ時段的最大凈雨，mm；m為匯流參數；L為河長，km；J為河道比降；F為流域面積，km2。

根據分區查表：

m=0.107θ0.581

(3)

(4)

通過上述公式計算后采用圖解法確定各頻率洪峰流量。

武宣縣城防護平原區流量根據《城市防洪工程設計規范》中的排澇模數公式(5)計算:

(5)

式中：qd為旱地設計排澇模數，m3/(s·km2)；R為旱地設計澇水深，mm；T為排澇歷時，d。

各排水區洪峰流量由山丘區計算流量與平原區排水流量相加而得[3-4]。

2 排澇站設計

2.1 排澇站排水流量計算

武宣縣城防護平原區基本為城區，城區排水流量按排澇模數公式(5)計算[5]。

排澇歷時按24 h暴雨1 d排出，徑流系數根據調查的防護區當地的地面種類、建筑物密集情況，在0.55～0.70之間選用，排澇模數乘以匯水面積即為排澇設計流量。

2.2 排澇分區劃分

武宣縣排水體系的自然水體主要有黔江、七星河等，還有一些局部較分散的湖泊水塘。結合武宣縣城總體規劃，排澇分區按照就近分散、遵循自然地形地勢排放的原則進行流域劃分，雨水排放就近排入自然水體，并充分利用縣城中的洼地、池塘和湖泊調節雨水徑流。縣城雨水自流排放困難的地區，采用雨水泵站或與縣城排澇系統相結合的方式排放。

根據地形條件及承泄區不同，將武宣縣排水體系劃分為四個大的排水分區，位于黔江左岸的支溝老虎溝、書房山、崩沖口三塊，直排入黔江；位于支流七星河上的東環城路、土蔭塘、新區、新路橋、清水村五塊，直排七星河后排入黔江；位于黔江左岸的獨嶺山1、獨嶺山2、對河三塊，直排入黔江；位于武宣縣城下游的長壽溝1、長壽溝2、長壽溝3三塊，直排長壽溝后排入黔江。

2.3 確定排澇方式

武宣防護區排澇閘站設計參數選擇與常規排澇閘站不同，常規閘站通常設計流量固定，進出水池水位也可按規范規定直接選取，但本工程由于大藤峽水庫特殊的調度運行方式，壩前水位變化較大，將一年劃分成主汛期、次汛期、非汛期三個階段，不同階段相應頻率的排澇流量完全不同，內外江水位也完全不同。所以，在選取設計參數前，首先要分析干支流大洪水同頻遭遇情況，研究洪水遭遇組合，根據各個排澇閘站所處的位置以及內外江水位的變化情況確定不同時期每個閘站的排水方式，選取最不利的情況作為設計工況，進而確定排澇閘站的設計參數選擇。

根據大藤峽水庫運行調度方式，大藤峽水庫在主汛期和次汛期不同來水流量情況下，壩前水位由正常蓄水位分別降至59.6～44 m，城區排水按照不同運行期外江水位情況分別考慮采取自排和抽排措施。

經分析，大藤峽干支流不會發生大洪水同頻遭遇的情況，即當支流發生2 a一遇洪水時，遭遇干流5 a一遇及以上洪水；當支流發生5 a一遇及以上洪水時，遭遇干流2 a一遇及以下洪水。

根據洪水遭遇及水庫運行調度方式，考慮以下工況組合分析各泵站的排水方式。

(1) 主汛期干流發生2 a一遇洪水，支流發生20 a一遇洪水；(2)主汛期干流發生2 a一遇洪水，支流發生10 a一遇洪水；(3)主汛期干流發生5 a一遇洪水，支流發生2 a一遇洪水；(4)主汛期干流發生10 a一遇洪水，支流發生2 a一遇洪水；(5)主汛期干流發生20 a一遇洪水，支流發生2 a一遇洪水；(6)次汛期干流發生2 a一遇洪水，支流發生20 a一遇洪水；(7)次汛期干流發生2 a一遇洪水，支流發生10 a一遇洪水；(8)次汛期干流發生5 a一遇洪水，支流發生2 a一遇洪水；(9)次汛期干流發生10 a一遇洪水，支流發生2 a一遇洪水；(10)次汛期干流發生20 a一遇洪水，支流發生2 a一遇洪水；(11)非汛期水庫保持正常蓄水位61 m，支流發生20 a一遇洪水；(12)非汛期水庫保持正常蓄水位61 m，支流發生10 a一遇洪水。

根據不同流量對應不同壩前水位的水庫回水水面線計算成果，老虎溝泵站等8個泵站，當主汛期城區內部發生10 a一遇及20 a一遇暴雨遭遇干流2 a一遇洪水情況下，均可以自排；當城區內部發生2 a一遇暴雨遭遇干流5 a一遇以上洪水時，不能自排，需要抽排；次汛期當城區內部發生10 a一遇及20 a一遇暴雨遭遇干流2 a一遇洪水及以下時，不能自排，需要抽排；當城區內部發生2 a一遇暴雨遭遇干流5 a一遇以上洪水時，由于壩前水位降低，可以自排；非汛期水庫水位維持在正常蓄水位61 m情況下，不能自排，均需要抽排。

武宣縣城城市景觀需要，在七星河河口設計有壅水閘一座，使七星河水位常年保持在61 m，新路橋泵站等四處泵站在此水位下不具備自排條件，各種工況均需要抽排，東環城路泵站所處位置較高，只有在主汛期內部發生2 a一遇暴雨遭遇干流10 a一遇及20 a一遇洪水時需要抽排，其余工況可以自排。

3 排澇閘站設計參數選擇

3.1 抽排流量選擇

根據實際地形條件，老虎溝泵站等5個泵站排水區域處于武宣縣城市區，沒有明顯的溝道或溝道短淺，沒有洪水調蓄能力，這幾個泵站的抽排流量采用平均排除法計算。經比較新路橋泵站的設計流量采用主汛期內發生20 a一遇暴雨的流量，東環城路泵站的設計流量采用主汛期內發生2 a一遇暴雨的流量，其余3個泵站設計流量采用非汛期內發生20 a一遇暴雨的流量。獨嶺山泵站等8個泵站，所處溝道具有一定的洪水調蓄能力，清水村和新區泵站設計流量采用主汛期內發生20 a一遇洪峰流量，其余6個泵站設計流量采用非汛期內發生20 a一遇洪水過程線經調蓄后的洪峰流量。

3.2 自排流量選擇

經分析，只有在主汛期干流發生2 a一遇以下洪水及次汛期干流發生5 a一遇以上洪水時，水位滿足自排條件；主汛期干流發生2 a一遇以下洪水時將遭遇5 a、10 a及20 a一遇暴雨，其中遭遇20 a一遇暴雨為最不利工況，所以各排澇閘的設計流量采用主汛期內發生20 a一遇暴雨的洪峰流量。

3.3 排澇水位選擇

(1)根據規范要求，武宣縣城各排澇站除澇水位按以下原則確定[6]：

進水池最高運行水位取排水區允許最高澇水位推算到站前水位。

設計水位取排水區設計澇水位推算到站前的水位。

最低運行水位取與設計水位相同的水位。

出水池最高運行水位取大藤峽主汛期干流發生20 a一遇洪水情況下的回水水位。

設計水位取大藤峽水庫非汛期正常蓄水位情況下的回水水位。

最低運行水位取大藤峽主汛期發生5 a一遇洪水情況下的回水水位與次汛期干流發生6000 m3/s流量時的回水水位的低值。

(2)各排澇閘特征水位按以下原則確定:

上游側最高運行水位取排水區允許最高澇水位推算的站前水位。

設計水位與最高運行水位相同。

下游側設計水位取主汛期大藤峽水庫遭遇2 a一遇洪水情況下的回水水位。

防洪水位根據排水閘設計等級相應洪水標準選取。

4 結 語

排澇閘站的設計參數選取是工程設計的重要依據，大藤峽水庫由于特殊的調度運行方式，導致排澇閘站的設計參數選取極其困難。通過實際工作，與相關設計人員經過反復分析、計算、論證，最終確定了設計參數的選取原則和方法，此方法尚未完全成熟，僅供廣大水利工程設計人員探討和研究。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.防洪標準：GB 50201—2014[S]. 北京：中國標準出版社，2015.

[2] 中華人民共和國建設部.室外排水設計規范：GB 50014—2006[S]. 北京：中國計劃出版社，2012.

[3] 中華人民共和國水利部.水利水電工程水文計算規范：SL 278—2002[S].北京：中國電力出版社，2009.

[4] 中華人民共和國水利部.水利水電工程設計洪水計算規范：SL 44—2006[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.城市防洪規劃規范：GB 51079—2016[S]. 北京：中國計劃出版社，2017.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.泵站設計規范：GB 50265—2010[S].北京：中國計劃出版社，2011.