許家崖水庫影響費縣新時代水源工程設計洪水分析

邵澤斌

（費縣水利工程保障中心，山東 臨沂 273400）

1 引言

新時代水源工程建設旨在緩解費縣及周邊區域水資源短缺問題，上游許家崖水庫對此影響較大，水庫調節對擬建水源工程的設計洪水參數影響極大。因此，在確定設計洪水參數時需要充分考慮許家崖水庫的調洪影響。

2 許家崖水庫下泄水量調算

2.1 時歷法水庫調算原理

水庫調節計算采用長系列時歷法。基本計算供水為：

式中：Vi、Vi+1分別為水庫第i時段初及時段末的蓄水量；W來、∑W用、W損、W棄分別為第i時段來水量、用水量之和、蒸發、滲漏等損失量之和、棄水量。

水庫損失水量主要為蒸發、滲漏損失，蒸發損失采用許家崖實測蒸發資料計算求得。根據水庫加固前后大壩、壩基滲漏量計算成果以及庫區地質情況，調算中，除險加固前后壩體、壩基以及庫區滲漏量分別采用月平均庫容的1%、0.50%計算，月滲漏損失水量隨月庫容而變化。

調算中按興利水位控制，超興利水位則棄水。許家崖水庫調節計算起調水位為死水位131 m，相應庫容661萬m3；上限水位采用興利水位147 m，相應庫容為16 700 萬m3，超興利水位后棄水。用水保證率按年計算。

為提高許家崖水庫作為縣城生活及工業供水水源的供水保證率，調算過程中設置水庫最低限制庫容，當水庫可用庫容低于限制庫容時將暫停農田灌溉供水，以提高縣城生活及工業供水保證程度。以最充分地利用水資源為原則，經綜合調算分析計算，現狀年最低限制庫容按1 000 萬m3（不含死庫容）考慮。

2.2 選取調算水平年

2.2.1 現狀年

優先考慮費縣縣城2.50 萬m3/d 用水（設計供水保證率按95%）和國電費縣電廠1 500萬m3/a（合2.74萬m3/d）用水（供水保證率按97%）；剩余水量進行農田灌溉，灌溉保證率按50%，現狀灌溉水利用系數0.50，滲漏損失系數按月庫容的0.50%。

2.2.2 規劃年

優先考慮費縣縣城6 萬m3/d 用水（設計供水保證率按95%），國電費縣電廠4 959.20萬m3/a（合12.70萬m3/d）用水（設計供水保證率按97%），其中許家滲漏損失系數按月庫容的0.50%。水庫下游灌區農田灌溉用水全部轉由下游規劃姜莊湖水庫解決。

2.3 調算結果

對許家崖水庫時歷法調算結果見圖1。

圖1 許家崖水庫下泄水量圖

3 新時代水源工程壩址處來水量計算

許家崖水庫～新時代水源工程區間來水把同屬溫涼河流域許家崖水庫的天然徑流系列按面積比折算后移用。許家崖水庫的下泄水量與許家崖水庫～新時代水源工程區間來水量之和即為新時代水源工程壩址處來水量。結果見圖2。

圖2 新時代水源工程現狀年來水圖

4 設計洪水計算方法

4.1 設計暴雨計算

4.1.1 資料選取

橡膠壩所在溫涼河流域內有吳家莊、關陽司、書房、棠梨樹和王家邵站等5處國家雨量站，各站均有30年以上觀測資料，以上5站觀測資料精度高，代表性強，宜選為代表站。

4.1.2 設計點雨量計算

暴雨資料的統計選樣采用固定時段（年）最大值法獨立選樣。將統計資料組成年最大24 h點雨量資料系列進行頻率和統計參數計算。計算公式：

式中：Pm為資料系列中第m 項的經驗頻率；m 為資料系列序位；n為資料系列項數；X為降雨量。

地區暴雨綜合頻率法適線成果：均值為113 mm，Cv=0.57，Cs=3.5Cv，求得設計頻率點雨量P5%=242 mm，P2%=300 mm。

用降雨徑流關系P＋Pa～R 計算凈雨R 時，前期影響雨量Pa 采用1 號線取40 mm，3 號線取45 mm。水庫匯流單元相應頻率的雨量按照全流域徑流總量守恒來控制：

式中：R全為設計斷面以上全流域設計雨量產生的凈雨深（mm）；R區為設計斷面以上區間匯流單元設計雨量產生的凈雨深（mm）；R庫為設計斷面以上水庫相應頻率雨量產生的凈雨深（mm）；S全、S區、S庫分別為設計斷面以上全流域、區間、水庫的流域面積（km2）。

設計凈雨成果見表1。

表1 各設計斷面凈雨計算成果表 單位：mm

4.2 設計洪水成果

4.2.1 匯流計算方法

溫涼河河口斷面以上流域均屬山丘區，瞬時單位線參數計算采用一般山丘區綜合瞬時單位線參數綜合方程計算。

一般山丘區公式如下：

式中：m1瞬時單位線參數，是單位線的流域滯時m1=nk；m2瞬時單位線參數，與匯流速度有關，m2=1/n；C 為山丘地區系數，C＝0.196；F 為集水面積（km2）；J 為河道平均坡度；R 為凈雨量（mm）；Tc為凈雨歷時（h）。

各區間流域F、J、R、Tc代入公式（4）求得m1后，根據瞬時單位線參數與1 小時單位線關系，疊加匯流計算。

4.2.2 設計洪水過程的推求

4.2.2.1 各控制斷面洪水過程許家崖水庫～新時代橡膠區間、許家崖水庫控制流域設計洪水結果見表2。

表2 各控制斷面洪水過程表

4.2.2.2 水庫調洪

許家崖水庫以汛限水位145 m起調，安全泄量為600 m3/s，當水位高于20年一遇防洪高水位時不再控泄，溢洪閘全部自由出流敞泄，以確保水庫大壩安全。許家崖水庫調洪結果見圖3。

圖3 許家崖水庫調洪過程圖

4.2.2.3 各控制斷面設計洪量

根據河道比降并參照河道水面線計算成果估算洪水傳播速度，山丘區洪水傳播速度為2.50 m/s，T＝0.278 L/V，經計算許家崖水庫壩址～新時代水源工程壩址區間洪水傳播時間用時3 h。即新時代水源工程址位置設計洪水過程線由許家崖水庫泄洪過程線滯后3 h并與新時代水源工程址斷面～許家崖水庫壩址區間的洪水過程線疊加而成。不同頻率新時代水源工程控制斷面設計流量見表3。

表3 新時代水源工程不同頻率設計流量表 單位：m3/s

5 結論

許家崖水庫調洪過程對下游新時代水源工程建設有重大影響。為了準確確定新時代水源工程的設計洪水參數，為擋水建筑設計提供參考，收集了許家崖水庫的洪水調節方案及洪水參數，綜合確定新時代水源工程的設計洪水參數。該參數結合了流域范圍內重要水利工程的運行方案，結果較為可靠，為后續工程設計提供參考。