考慮水庫(kù)影響麻磡河治理工程設(shè)計(jì)洪水確定

付樂(lè)宜

（江西省誠(chéng)鄉(xiāng)給水工程有限公司,江西 南昌 330000）

1 引言

設(shè)計(jì)洪水參數(shù)是影響水利工程設(shè)計(jì)、施工的重要參數(shù)[1-2]。河道、水庫(kù)等均具備一定的調(diào)洪能力,在進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水確定時(shí),考慮水庫(kù)等對(duì)設(shè)計(jì)洪水的影響是十分必要的[3-5]。

麻磡河綜合治理工程旨在改善片區(qū)水質(zhì),提升防洪能力,準(zhǔn)確分析片區(qū)設(shè)計(jì)洪水參數(shù)對(duì)工程實(shí)施具有重大影響。

2 河道設(shè)計(jì)流量

2.1 洪水計(jì)算方法

根據(jù)區(qū)域內(nèi)工程現(xiàn)狀及規(guī)劃工程建設(shè)方案,流域面積小于10 km2,洪水計(jì)算方法如下：

式中：Qp為設(shè)計(jì)頻率為P 的洪峰流量,m3/s；C 為與設(shè)計(jì)頻率P 有關(guān)的參數(shù),P=0.5%時(shí)的C 為0.056,P=1%時(shí)為0.053；H24p為頻率為P 的24 小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨量；F 為匯水面積,km2。

2.2 設(shè)計(jì)流量

根據(jù)工程方案布置,利用改造現(xiàn)狀麻磡河建成區(qū)河段,作為麻磡清水通道,將麻磡河建成區(qū)上游的清潔山洪水轉(zhuǎn)輸?shù)铰榇|河建成區(qū)下游,標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇；麻磡建成區(qū)50 年一遇洪水通過(guò)麻磡河雨水通道轉(zhuǎn)輸至麻磡新建調(diào)蓄池；王京坑建成區(qū)50 年一遇洪水則在王京坑河截流后,通過(guò)新建轉(zhuǎn)輸箱涵轉(zhuǎn)輸至麻磡新建調(diào)蓄池,與麻磡建成區(qū)50 年一遇洪水匯合。

根據(jù)工程方案布置,麻磡建成區(qū)與王京坑建成區(qū)50 年一遇的水匯入麻磡新建調(diào)蓄池后,同時(shí)通過(guò)新建管道將2 m3/s流量轉(zhuǎn)輸至麗水河上游,最終匯入大沙河。

針對(duì)以上河流分別進(jìn)行洪水計(jì)算,洪水成果見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)洪水成果表

（1）麗水河

根據(jù)工程總體方案,本次徑流調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸工程,麻磡、王京坑建成區(qū)50 年一遇的洪水采用邊蓄邊排的方案,通過(guò)新建管道往麗水河上游新增轉(zhuǎn)輸2 m3/s 流量,故需分析麗水河的設(shè)計(jì)洪水。麗水河集雨面積小于10 km2,采用經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算,洪水成果見(jiàn)表2。

表2 工程前、后麗水河明渠段設(shè)計(jì)洪水表

（2）大沙河

根據(jù)本工程總體方案,本次徑流調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸工程,麻磡、王京坑建成區(qū)50 年一遇的洪水采用邊蓄邊排的方案,通過(guò)新建管道往麗水河上游新增轉(zhuǎn)輸2 m3/s 流量,最終轉(zhuǎn)輸至大沙河中下游樁號(hào)7+000 處（留仙大道以北約150 m）,故需分析大沙河中下游段設(shè)計(jì)洪水。大沙河各主要控制斷面的流域自然地理參數(shù)見(jiàn)表3。大沙河流域?qū)儆谥榻侵薹謪^(qū)的VⅢ1分區(qū),Um=0.750,K=1.547。

表3 流域特征參數(shù)表

2.3 考慮水庫(kù)影響設(shè)計(jì)洪水

2.3.1 西麗水庫(kù)影響分析

1）水位-庫(kù)容關(guān)系曲線

西麗水庫(kù)水位-庫(kù)容關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

圖1 西麗水庫(kù)水位-庫(kù)容關(guān)系表

2）水位-泄洪能力關(guān)系曲線

西麗水庫(kù)溢洪道為弧形閘門(mén)控制的2 孔開(kāi)敞式駝峰堰型,每孔凈寬4 m,堰頂凈寬8 m,由喇叭形進(jìn)口的進(jìn)水渠、平流段、控制段、泄槽段、防沖段和出水渠等組成。

閘孔出流量計(jì)算公式：

堰流流量計(jì)算公式：

式中：e 為閘門(mén)開(kāi)啟高度；σs為淹沒(méi)系數(shù)；b=4 m；n=2；為弧形閘門(mén)的閘孔自由出流流量系數(shù)；H0包括行近流速水頭的堰前水頭,忽略行近流速水頭,即H0=H；m 為流量系數(shù),P/H≤0.34 時(shí),m=0.385+0.224×（P/H）0.934；P/H＞0.34時(shí),m=0.452×（P/H）-0.032,P（堰高）=1 m。

本工況下溢洪道水位～泄量關(guān)系曲線見(jiàn)表4。

表4 西麗水庫(kù)水位～泄量關(guān)系表

3）西麗水庫(kù)調(diào)洪演算原則

（a）50 年一遇洪水時(shí),起調(diào)水位為Z0=29.59 m,水庫(kù)第一級(jí)限泄流量為q1限=90.8 m3/s,相應(yīng)50 年一遇洪水的閘前水位為Z2%=30.73 m。

（b）100 年一遇洪水時(shí),起調(diào)水位為Z0=29.59 m,在水位未超過(guò)30.73 m 時(shí),水庫(kù)第一級(jí)限泄流量為q1限=90.8 m3/s；當(dāng)水位超過(guò)30.73 m 時(shí),按水庫(kù)第二級(jí)限泄流量為q2限=94.2 m3/s,相應(yīng)閘前水位為Z1%=30.93 m,即水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位。

（c）200 年一遇洪水時(shí),起調(diào)水位為Z0=29.59 m,在水位未超過(guò)30.73 m 時(shí),水庫(kù)第一級(jí)限泄流量為q1限=90.8 m3/s；當(dāng)水位超過(guò)30.73 m 時(shí),按水庫(kù)第二級(jí)限泄流量為q2限=94.2 m3/s,相應(yīng)閘前水位為Z1%=30.93 m；當(dāng)水位超過(guò)30.93 m 時(shí),按水庫(kù)第三級(jí)限泄流量為q3限=94.2 m3/s,相應(yīng)閘前水位為Z0.5%=31.15 m。

（d）2000 年一遇洪水時(shí),起調(diào)水位為Z0=29.59 m,在起調(diào)水位在Z2%之前按（a）操作,水位在Z2%與Z1%之間時(shí)按（b）操作,水位在Z1%與Z0.5%之間時(shí)按（c）操作,水位超過(guò)Z0.5%時(shí)閘門(mén)四級(jí)全開(kāi)敞泄,相應(yīng)閘前洪水位Z0.5%=31.80 m,即水庫(kù)校核水位。

4）工程前、后調(diào)洪演算成果

工程將白芒河、大磡河、麻磡河流域范圍內(nèi)2.19 km2建成區(qū)的50 年一遇以下的洪水轉(zhuǎn)輸至下游大沙河,50 年一遇以上的洪水仍然進(jìn)入西麗水庫(kù)。工程前、后調(diào)洪演算成果見(jiàn)表5。

表5 本工程前、后西麗水庫(kù)調(diào)洪演算成果

2.3.2 長(zhǎng)嶺皮水庫(kù)影響分析

1）水位-庫(kù)容-泄量曲線

溢洪道泄流能力關(guān)系曲線按式計(jì)算：

式中：Q 流量,m3/s；B 總凈寬,m,取B=6.0 m；H0計(jì)入流速水頭的堰上總水頭,m；m 二元水流寬頂堰流量系數(shù)；H 不計(jì)入行進(jìn)流速的堰上水頭；ε閘墩側(cè)收縮系數(shù)。

結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 水位、庫(kù)容及泄流能力關(guān)系（起調(diào)水位62.50 m）

2）調(diào)度原則

長(zhǎng)嶺皮水庫(kù)擴(kuò)容后調(diào)洪演算原則如下：

（a）50 年一遇洪水時(shí),起調(diào)水位為Z0=62.5 m,水庫(kù)第一級(jí)限泄流量為Q1限=26 m3/s,相應(yīng)50 年一遇洪水的閘前水深為Z2%=63.7 m。

（b）100 年一遇洪水時(shí),起調(diào)水位為Z0=62.5 m,在水位未超過(guò)63.7 m 時(shí),水庫(kù)第一級(jí)限泄流量為Q1限=26 m3/s；當(dāng)水位超過(guò)63.7 m 時(shí),按水庫(kù)第二級(jí)限泄流量為Q2限=30.5 m3/s,相應(yīng)閘前水位為Z1%=63.9 m,即水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位。

（c）1000 年一遇洪水時(shí),起調(diào)水位為Z0=62.5 m,在起調(diào)水位在Z2%之前按（a）操作,水位在Z2%與Z1%之間時(shí)按（b）操作,水位超過(guò)Z1%時(shí)認(rèn)為已超過(guò)100 年一遇洪水,相應(yīng)閘前洪水位Z0.1%=64.8,即水庫(kù)校核水位。

3）調(diào)洪演算成果

表6 長(zhǎng)嶺陂水庫(kù)調(diào)洪演算成果

3 設(shè)計(jì)洪水成果

3.1 設(shè)計(jì)洪水成果

在計(jì)算工程設(shè)計(jì)洪水時(shí)計(jì)算兩種洪水組合,洪水組合一為上游水庫(kù)洪水與設(shè)計(jì)斷面洪水同頻率,區(qū)間為相應(yīng)洪水的洪水組合方式；洪水組合二為區(qū)間洪水與設(shè)計(jì)斷面洪水同頻率,上游水庫(kù)為相應(yīng)洪水的洪水組合方式；最后選取不利組合作為水庫(kù)下游防洪工程的設(shè)計(jì)洪水。

根據(jù)本工程總體方案,本次徑流調(diào)蓄轉(zhuǎn)輸工程,麻磡、王京坑建成區(qū)50 年一遇的洪水采用邊蓄邊排的方案,通過(guò)新建管道往麗水河上游新增轉(zhuǎn)輸2 m3/s 流量,最終轉(zhuǎn)輸至大沙河中下游樁號(hào)7+000 處（留仙大道以北約150 m）。

表7 大沙河中下游段200 年一遇設(shè)計(jì)洪水成果

3.2 成果合理性分析

根據(jù)流域洪峰模數(shù)成果表8,同頻率下洪峰模數(shù)隨著流域面積的增大而減小,而同一斷面的洪峰模數(shù)隨著頻率的增加而降低,符合洪水的變化特性。

表8 流域內(nèi)洪峰模數(shù)成果表

4 結(jié)論

結(jié)合麻磡河綜合治理工程實(shí)施方案,考慮流域范圍內(nèi)水庫(kù)調(diào)洪作用對(duì)片區(qū)設(shè)計(jì)洪水的影響,綜合確定了工程的設(shè)計(jì)洪水參數(shù)。通過(guò)合理性分析,考慮水庫(kù)影響作用后,設(shè)計(jì)洪水參數(shù)成果較為合理,可作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。