茂墩水庫調(diào)洪方案分析

何平波

(黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計(jì)研究院 廣州分院，廣州 510000)

1 概 述

水庫工程建設(shè)具有良好的防洪、蓄水、發(fā)電、灌溉、生態(tài)等綜合效益，水庫修建后的攔蓄水作用，可有效改善流域內(nèi)蓄洪、排澇條件。影響水庫調(diào)洪的因素眾多，在確定水庫調(diào)洪方案時(shí)，需要充分考慮發(fā)電、灌溉、下游安全以及水庫泄洪能力等多個(gè)要素[1-4]。水庫工程調(diào)洪方案需要從宏觀、微觀方面進(jìn)行考慮，全面獲取流域情況，從而制定合理的調(diào)洪方案。

2 水庫概況

茂墩水庫以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電。根據(jù)收集的相關(guān)資料顯示，該水庫總庫容為0.14×108m3，大于0.1×108m3，設(shè)計(jì)灌溉面積約為0.084 32×104hm2，下游總裝機(jī)容量為485 kW。茂墩水庫安全達(dá)標(biāo)工程設(shè)計(jì)洪水采用50年一遇設(shè)計(jì)，1 000年一遇校核，工程等別為Ⅲ等，水庫規(guī)模為中型。

設(shè)計(jì)洪水參數(shù)是影響水庫調(diào)洪方案的重要因素，為了保證方案的可靠性，采用廣東省綜合單位線法、推理公式法兩種方法計(jì)算壩址區(qū)設(shè)計(jì)洪水[5-7]。當(dāng)兩種方法設(shè)計(jì)洪峰流量值相差不超過20%時(shí)，采用廣東省綜合單位線法成果。

設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果見表1。

表1 茂墩水庫大壩壩址設(shè)計(jì)洪水成果表

3 調(diào)洪原則

茂墩水庫實(shí)行分期控制運(yùn)用，設(shè)定汛期防汛水位，在汛期調(diào)度運(yùn)行中，嚴(yán)格執(zhí)行三防部門規(guī)定的分期控制運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)及泄洪方式。蓄水運(yùn)行分期防限水位分別為：

4-6月份為96.36 m，相應(yīng)庫容為978.75×104m3；7-9月份為97.66 m，相應(yīng)庫容為1 100×104m3。

茂墩水庫溢洪道為開敞式寬頂堰，堰頂高程為95.66 m，水庫正常蓄水位為97.66 m。根據(jù)2001年《茂墩水庫防洪安全復(fù)核報(bào)告》中的調(diào)洪原則，茂墩水庫以正常蓄水位97.66 m起調(diào)，庫上游持續(xù)來水，先用閘門控制，來水多少泄多少，保持庫水位在97.66 m左右；如庫上游來水愈來愈大，閘門開度相應(yīng)增大。當(dāng)庫水位仍持續(xù)上升，說明來水大于泄水，閘門不起調(diào)控作用時(shí)，此時(shí)可將閘門全部打開；當(dāng)庫水位回落至97.66 m時(shí)，逐步關(guān)閉閘門，使庫水位維持在97.66～97.71 m之間；當(dāng)遭到超過水庫校核標(biāo)準(zhǔn)的洪水時(shí)，要及時(shí)報(bào)警，經(jīng)批準(zhǔn)同意后，將茂墩水庫泄水、輸水建筑物閘(閥)門全開泄洪。

根據(jù)茂墩水庫管理處提供的資料，確定茂墩水庫的水位-庫容曲線，見圖1。

圖1 水位-庫容關(guān)系曲線

4 泄流建筑物水位-泄量關(guān)系曲線

茂墩水庫的主要泄洪建筑物為溢洪道，溢洪道型式為駝峰堰(a型)，堰高1 m，堰頂高程95.66 m，堰頂寬4.5 m，堰頂設(shè)平板鋼閘門，門高2.3 m。

4.1 泄流能力計(jì)算

溢洪道泄流能力按敞開式堰流計(jì)算，公式如下：

(1)

式中：Q為過閘流量，m3/s；g為重力加速度，m/s2；B為堰頂總凈寬，m，茂墩水庫溢洪道凈寬4.5 m，單孔；H0為計(jì)入流速水頭的堰上總水頭，m；m為寬頂堰流量系數(shù)；ε為側(cè)收縮系數(shù)。

經(jīng)過計(jì)算，茂墩水庫溢洪道泄流能力計(jì)算成果見表2。

正常蓄水位97.66 m下，閘孔泄流流量計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Q為閘孔出流流量，m3/s；σs為淹沒系數(shù)；e為閘門開啟高度，m；n為閘孔孔數(shù)，單孔；H0為包括行近流速水頭的閘前水頭，m；μ0為閘孔自由出流的流量系數(shù)。

茂墩水庫溢洪道閘門為平板鋼閘門，μ0按下式計(jì)算：

(3)

經(jīng)計(jì)算，正常蓄水位97.66 m下閘孔泄流流量計(jì)算成果見表3。

表2 溢洪道泄流能力計(jì)算成果表

續(xù)表2

表3 正常蓄水位97.66m下溢洪道閘孔泄流能力計(jì)算成果表

4.2 茂墩水庫水位-泄流量關(guān)系合理性分析

將本次計(jì)算的泄流量與《廣州市從化區(qū)茂墩水庫大壩安全評價(jià)報(bào)告》進(jìn)行對比，對比結(jié)果見圖2。

圖2 茂墩水庫水位-泄流量關(guān)系對比圖

由圖2可知，設(shè)計(jì)泄流量復(fù)核計(jì)算成果與原有的設(shè)計(jì)結(jié)果相差不大。考慮到本次設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范選取計(jì)算參數(shù)，并考慮了溢洪道入口處的水頭損失，故本次計(jì)算成果是合理的。綜合考慮，本次安全達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)泄流量采用最新的計(jì)算成果。

5 調(diào)洪成果

根據(jù)茂墩水庫設(shè)計(jì)洪水過程線、水庫泄水建筑物的泄流曲線及水庫的庫容曲線，以97.66 m為起調(diào)水位，采用廣東省水利廳調(diào)洪程序進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，成果見表4。圖3為1 000年一遇暴雨洪水下水庫水位、入庫流量、下泄流量隨時(shí)間變化的過程。

調(diào)洪演算成果合理性分析：將本次計(jì)算成果的設(shè)計(jì)洪水位與1976年復(fù)核成果、2001年《茂墩水庫防洪安全復(fù)核報(bào)告》和2017年《廣州市從化區(qū)茂墩水庫大壩安全評價(jià)報(bào)告》(廣東省水利水電科學(xué)研究院)的成果進(jìn)行對比，相關(guān)成果見表5。

表4 茂墩水庫調(diào)洪計(jì)算成果表

圖3 茂墩水庫1 000年一遇暴雨洪水計(jì)算成果圖

表5 設(shè)計(jì)洪水位對比表 /m

由表5可知，本次設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)(P=2%)復(fù)核計(jì)算水庫設(shè)計(jì)洪水位為99.54 m，相應(yīng)庫容1 172.42×104m3；校核洪水位(P=0.1%)為100.18 m，相應(yīng)庫容為1 339.1×104m3。

從表5可以看出，歷年水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核成果差異較大，2001年的復(fù)核成果數(shù)值明顯高于其他3次，本次復(fù)核成果與2017年較為接近。本次復(fù)核中采用了2003年最新版《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》查算相關(guān)暴雨參數(shù)，并且按照庫區(qū)實(shí)際情況對匯流參數(shù)做出合理調(diào)整；同時(shí)水位-庫容曲線采用最新的測量成果，使計(jì)算結(jié)果更加接近水庫實(shí)際情況；調(diào)洪演算調(diào)度規(guī)則采取先用閘門控制，使水位保持在正常蓄水位97.66 m，按洪水過程線，即來多少水泄多少水；當(dāng)持續(xù)來水且閘門不再起作用時(shí)，再采用完全放開閘門自由泄洪的調(diào)度原則。而2001年的調(diào)洪計(jì)算書中，沒有充分考慮閘門的調(diào)蓄作用。

6 結(jié) 論

根據(jù)茂墩水庫實(shí)際情況，結(jié)合水庫調(diào)洪原則，經(jīng)過計(jì)算，確定茂墩水庫的水位-泄量關(guān)系。在保證水庫安全、效益、下游安全、上游安全等條件下，制定了茂墩水庫不同洪水頻率的調(diào)洪方案，計(jì)算結(jié)果可為茂墩水庫調(diào)洪實(shí)施提供參考。