山谷型火电厂贮灰场设计洪水计算

谢直卉

（四川省电力设计院，成都 610071）

火力发电厂贮灰场是火电厂水工建筑的重要组成部分，考虑到山谷型贮灰场的防洪要求，常在其周围山坡上设置截洪沟等防洪工程。为了对防洪工程的设计提供建议和必要的资料依据，须对贮灰场区域进行设计洪水计算，以保证贮灰场的安全运行。

山谷型火电厂贮灰场的排洪计算实质为小流域暴雨洪水问题，通常需推算设计洪峰流量、设计洪水总量和设计洪水过程线等水文要素。目前，小流域设计洪水计算方法较多，大体上可分为半成因半经验方法和区域性经验公式法。半成因半经验方法以暴雨形成洪水的原理为基础，经过若干概化及对某些参数的经验处理，推导出洪水要素与有关因素之间的关系公式，常采用推理公式法。区域性经验公式法则是在大量实测资料分析的基础上，对各相关区域划分区片进行地区综合，建立洪水要素及其影响要素之间的经验关系；其优点是公式结构型式简单、计算方便，而不足在于若考虑的参数越少，则反映不同流域自然地理条件的特殊差异性也越差［1］。

贮灰场坝址以上集水面积一般小于10 km2，其洪水计算属特小流域洪水计算。灰场截洪沟等防洪工程的设计多受设计洪峰所控制，灰场一般库容较小，对洪水调蓄能力有限，设计洪峰对灰库影响较大，对洪水总量及洪水过程线要求相对较低，因此，电力工程小流域设计洪水计算多数情况着重于设计洪峰的推算。特小流域设计洪峰流量计算方法有推理公式法和经验公式法，由于各地区地形、下垫面植被、土壤等因素不尽相同，各类计算方法公式各有特点和一定的适用性。经验公式具有显著的地区相关性，无论在公式之间或地区上，其参数均不得任意移用。而推理公式计算简便，对原始资料要求相对不高，所以，此法在火力发电工程中得到广泛应用。本文以四川某一山谷型电厂贮灰场为例，结合当地区流域情况，主要采用推理公式法计算贮灰场设计洪水。

1 基本原理

推理公式法是把流域的产汇流条件进行均化及概化后，以暴雨形成洪水的成因分析为基础，利用等流时线原理得出推算洪峰流量公式。使用时有两个基本假定：一是流域汇流符合线性规律；二是在流域汇流历时τ之内，产流强度为时空均匀不变的常数。这一假定实质上是不考虑汇流过程中流域的调蓄作用，认为汇流速度沿流程不变。这样才可由等流时线的线性叠加原理，推导出洪峰流量公式。

根据净雨历时tc与汇流历时τ之间的关系，将洪峰流量的形成条件分为全面汇流（tc＞τ）和部分汇流（tc＜τ）两种情况。水科院法以全面汇流造峰为理论基础，认为设计洪峰流量Qm是净雨历时tc等于流域汇流历时τ的设计暴雨所形成，得出设计洪峰流量公式为［2］：

当tc≥τ时，

当tc＜τ时，

式中Qm为设计洪峰流量（m3／s）；ψ为洪峰径流系数；Sp为设计频率的雨力（mm／h）；H24p为设计频率p的最大24 h雨量（mm）；τ为汇流时间（h）；n为暴雨衰减指数；F为流域面积（km2）；μ为损失参数，即产流历时内流域平均入渗率（mm／h）。

为了满足山谷型贮灰场防洪建筑物的设计，除需要一定频率的设计洪峰外，还需要设计洪水总量及设计洪水过程线。设计洪水总量由设计暴雨来推求，即

式中WP为设计洪水总量（万m3）；α为径流系数；HTP历时为T的设计暴雨（mm）；F为设计流域面积（km2）；h为径流深（mm）。

用典型洪水过程线放大为设计洪水过程线。通过分析实测典型洪水，结合本地区自然地理条件和暴雨洪水特性，进行综合得出概化过程线。

2 算例分析

2.1 流域概况

某贮灰场位于大渡河左岸支流临江河的右岸一级小支流曹沟的上游支沟，灰场坝址以上集水面积0.192 km2，沟长0.620km，流域平均坡降51.36‰；流域为丘陵地貌，形状呈扇形，沟谷为V形，边坡多为陡岩；地层主要为砂岩、泥岩，坡地覆盖较薄，一般0～3 m；域内植被较好，山坡多成片松林和灌丛，局部竹林，覆被度60%以上。

2.2 设计暴雨

暴雨强度是随时间而变化的，且在地区上分布不均匀，但在特小流域推求设计暴雨时，由于流域面积较小，因而假定暴雨强度不随时间而变化，并且忽略暴雨在地区上分布的不均匀性。本例根据《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》，贮灰场年最大（即10 min）、1 h、6 h、24 h设计暴雨由等值线图查读得出，即先查读出各历时暴雨均值和CV值，根据CV值和CS／CV＝3.5查Kp值表或Фp值表，根据下列公式计算出Hp值，该贮灰场设计暴雨成果见表1。

表1 贮灰场设计暴雨成果

2.3 设计洪峰流量

根据《四川省水文手册》可查算出相应的计算参数，其中四川省综合单站分析的汇流参数m值，建立了m～f（θ）的经验关系（θ为流域特征值），θ＝，该贮灰场坝址以上集水区域属青衣江～鹿头山暴雨区，汇流参数m＝0.318θ0.204，产流参数μ＝6F－0.19（CV＝0.15，CS／CV＝3.5），统计计算各相关参数如表2所示：

表2 参数统计表

采用水科院推理公式法，推算出该贮灰场坝址以上设计洪峰流量成果如表3所示。

表3 贮灰场坝址设计洪峰流量成果

2.4 设计洪水过程线及设计洪水总量

设计洪水总量由设计暴雨来推求，计算得出：W1%＝5.52（万 m3），W2%＝4.85（万 m3），W5%＝3.94（万 m3）。

由上述所计算出的设计洪水总量WP和设计洪峰流量Qm来计算设计洪水过程概化矩形历时TP＝查阅《四川省水文手册》，根据设计流域所在地区及暴雨洪水特点选定采用的概化过程线模型相对坐标y～x值，然后将其转换为设计洪水过程线Q｀t～t；再根据设计流域的集水面积和所在水系，选用基流量公式Qo＝0.245F0.795，将Qo平均加入Q｀t～t，即得出设计洪水过程线Qt～t。贮灰场P＝1%、P＝2%、P＝5%的设计洪水过程线见图1和表4所示。

图1 灰场坝址设计洪水过程线

2.5 经验公式法推求洪峰流量

影响洪峰流量的因素很多，采用经验公式法难以反映复杂的自然因素对洪水的影响，但可用经验公式法对洪峰流量作初步估算，以校核推理公式法推算的成果。

表4 灰场坝址设计洪水过程线成果

本区域属青衣江、鹿头山暴雨区，按照全国小流域暴雨洪水地区经验公式法，Q＝KFn（K、n为经验性参数），根据我国全国水文分区经验公式成果，选取K＝23.62，n＝0.69，计算该贮灰场坝址以上设计洪峰流量为：Q1%＝8.32（m3／s），Q2%＝7.56（m3／s）。综合上述计算结果，最后推荐由推理公式法计算出的设计洪峰流量成果：Q1%＝6.96（m3／s），Q2%＝6.28（m3／s），Q5%＝5.35（m3／s）。

3 结 语

各区域水文气象、自然地理下垫面条件差别大，所依据的资料有局限性，在现有各种类型的方法中，统一使用一种方法比较困难。为了提高小流域设计洪水成果的精度及合理性，应采用多种途径进行计算，经分析比较后合理选用设计值。电力工程中山谷型的贮灰场流域常常缺乏充分的实测雨洪资料，水科院推理公式法适用于汇水面积在500 km2以下流域设计洪水计算，在山谷型贮灰场中得到广泛运用，具有一定实用性，但还需结合搜集当地流域资料、野外查勘等途径对参数作出正确、合理的定量，根据设计需要计算出各项设计洪水指标，为电力工程中修建各种防洪及排水设施提供设计依据。

［1］董秀颖，等.特小流域洪水计算概论［J］.水文，2007，（5）.

［2］电力工程水文勘测计算手册［M］.北京：中国电力出版社，1981.