无资料地区小型水库设计洪水复核计算

2016-06-01胡红亮

黑龙江水利科技 2016年3期

关键词：小型水库

胡红亮，曾　敏

(江西水利职业学院，南昌 330013)

无资料地区小型水库设计洪水复核计算

胡红亮，曾敏

(江西水利职业学院，南昌 330013)

摘要：水库防洪标准复核对于保证水库安全运行、充分发挥其防洪与兴利等效益有着重要的意义。多数小型水库建设属“三边”工程，设计粗浅，水文资料系列延长为进行洪水计算提供了条件。为了更准确地掌握水库大坝的防洪能力，合理调度运行，需对防洪能力进行复核，保证水库的安全运行。但小型水库普遍缺乏原始资料，其复核方法具有一定的特殊性，文章以杨总水库为例，着重论述其设计洪水复核计算的独特方法。

关键词：无资料地区；小型水库；设计洪水复核；杨总水库

0引言

防洪标准复核是根据大坝设计阶段洪水计算的水文资料和运行期延长的水文资料，考虑建坝后上游地区人类活动的影响和大坝工程现状，进行设计洪水的复核和调洪计算，评价大坝工程现状的抗洪能力是否满足现行有关规范的要求[1～3]。水库建成投入运行后，随着运行期的延长，水文系列也不断增加，规划设计阶段的洪水频率计算结果将发生变化，有的变化甚至很大。由于多数小型水库建设属“三边”工程，设计粗浅，水文资料系列延长为更准确地进行洪水计算提供了条件，加上水库工程的性能与规模可能发生变化，因此为了更准确地掌握水库大坝的防洪能力，合理调度运行，需对防洪能力进行复核，必要时采取除险加固措施，使水库工程具有规范规定的抗洪能力，保证水库安全运行。但是小型水库普遍缺乏原始资料，其复核方法具有一定的特殊性，下面以杨总水库为例，全面论述无资料地区小型水库防洪标准复核的方法。

1水库基本概况

杨总水库位于辽宁省绥中县高岭镇，所处河流名叫石河，坝址位置位于E120°00′,N40°11′处，是1座以防洪灌溉为主﹑养鱼为辅的小(Ⅱ)型水库。杨总水库控制面积为1.24 km2，坝址以上河长为1.5km，河道平均比降为21.5‰。库区最大风速为20.0 m/s，多年平均最大风速为14.2 m/s。

水库建库时设计的防洪标准为20 a一遇洪水设计，300 a一遇洪水校核。水库原正常蓄水位为45.42m，相应库容为5.57 万 m3；水库原设计洪水位为46.37m，相应库容为9.18 万 m3；水库原校核洪水位为46.93m，相应库容为11.29 万 m3[4]。

2设计洪水复核计算

2.1水库水位～面积、库容关系曲线

为得到准确数据，对水库库区进行了实地测量，选取若干代表断面，进行了复测、计算。本次复核测量结果如表1所示。

表1　杨总水库水库水位～面积、库容计算成果表

2.2杨总水库溢洪道水位～泄量复核计算

杨总水库此次测量复核得到的溢洪道堰顶高程为44.90m，溢洪道为开敞式无闸门，泄流方式为自由溢流式，采用宽顶堰泄流公式进行计算[5]：

(1)

式中：m为宽顶堰流量系数，m=0.32；b为溢洪道净宽，b=28.7m； H为堰上水头，m；ε为侧收缩系数，ε为1。

杨总水库溢洪道水位泄量关系曲线图见图1。

图1　杨总水库溢洪道水位～泄量曲线

2.3不同频率设计暴雨复核

杨总水库由于无水文观测资料，所以本次复核根据《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》(以下简称《计算方法》)进行计算[6]，查询附录得出杨总水库位于辽宁省水文分区Ⅵ2区。暴雨汇流历时按下面公式进行计算：

(2)

式中：τ为汇流历时，h；l为坝址以上河长，l=1.5km；j为河道平均比降j=21.5‰；x、y为系数x=0.64，y=0.67，查表所得。算得τ=0.3。

1)设计暴雨均值P均的计算

杨总水库设计暴雨参数计算成果见表2。

2)设计暴雨面雨量PP面的计算

杨总水库设计面雨量：

PP面计算式：即PP面=P均×KP×KF

(3)

式中：KP为点面雨量折算系数，因杨总水库流域面积非常小，点雨量即代表面雨量，不需要点面折算，这里的折算系数可作为1，计算结果见表3。

表2　杨总水库设计暴雨参数表

3)设计暴雨强度ip计算

杨总水库设计暴雨强度ip计算表见表4。

2.4不同频率设计洪水复核

杨总水库不同频率设计洪水计算成果见表5。

表3　杨总水库设计面雨量PP面计算表

表4　杨总水库设计暴雨强度ip计算表

表5　杨总水库设计洪峰流量及洪量计算成果表

2.5杨总水库设计频率洪水调洪计算

不同频率设计洪水过程线形状系数及参与调洪的设计洪量计算见表6。

表6　杨总水库设计洪水过程线及参与调洪的设计洪量计算成果表

1)设计频率洪水调洪计算

杨总水库为开敞式溢洪道，起调水位按溢洪道堰顶高程44.90m开始起调，输水洞不参与调洪。因所求设计洪水过程线形状系数rp<0.05，则采用以设计洪峰流量QP为最大流量、按式W调p=0.67W24P+0.12QP×τ计算出的W调p为洪水总量，洪水历时为T=5.56W调p/QP的简化三角形过程线[7]。用计算出不同频率参与调洪的洪量W调p(104m3)代入简化公式：

(4)

进行调洪计算。

杨总水库10%设计频率洪水调洪计算见表7。

同理，其它设计频率洪水调洪计算略，成果见表8。

2)设计洪水特征值复核

复核设计洪水特征值与原特征值比较见表8。

表7　杨总水库10%设计频率洪水调洪计算

表8　复核设计洪水特征值与原特征值比较

3)设计洪水特征值复核结论

水库建库时设计的防洪标准为20 a一遇洪水设计，300 a一遇洪水校核。由表8可知，现状水库库容明显减少，因为水库经过多年运行，泥沙淤积所致。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)规定，复核后水库防洪标准为10 a一遇洪水设计，20 a一遇洪水校核，经计算水库最大库容为6.79 万 m3，<10 万 m3，工程规模达不到小(Ⅱ)型水库标准[8]。

3坝顶高程复核

为了保证水不从坝顶漫过，土坝坝顶高程应在水库校核水位以上，而且应有足够的超高，超高的数值等于波浪在坝坡上爬高R和风雍高度e与安全超高A之和。坝顶超高计算：

Y=R+e+A

(5)

式中：Y为坝顶超高，m；R为最大波浪在坝坡上爬高，m；e为最大风壅水面高度，m；A为安全加高，m；杨总水库波浪的平均波周期和平均波高采用莆田试验公式计算。平均波浪爬高计算公式：

(6)

式中：Rm为平均波浪爬高，m；m为单坡的坡度系数，若坡角为α，即等于cotα；KΔ为斜坡的糙率渗透性系数；KW为经验系数[9]。

坝顶高程计算结果见表9。

表9　坝顶高程复核计算成果表

由表9可以看出，本次复核计算坝顶高程采用值选择设计及校核两组计算结果的最大值，杨总水库计算坝顶高程明显要比现状坝顶高程低好多，所以杨总水库现状坝顶高程满足现行规范要求。

4结论

无资料地区小型水库防洪标准复核时，采用由雨量资料推求设计洪水的思路，并结合当地暴雨洪水手册推求得到设计洪水成果，经合理性分析后认为该成果是合理的[10]。接着利用调洪计算将各种特征水位予以确定，然后检查坝顶高程和大坝溢洪道控制段的顶部高程是否符合规范要求，最后对水库大坝的安全性作出评价，这样为以后水库的进一步除险加固提供坚实的决策参考依据。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.SL258—2000水库大坝安全评价导则[S].北京：中国水利水电出版社，2008.

[2]中华人民共和国水利部.GB50201—94防洪标准[S].北京：中国水利水电出版社，1995.

[3]中华人民共和国水利部.SL274—2001碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2002.

[4]辽宁省水文水资源勘测局.辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法[R].沈阳：辽宁省水文水资源勘测局，1998.

[5]马涛.辽宁省缺资料地区小型水库防洪标准复核方法研究——以吐须沟水库为例[J].水利科技与经济,2013,19(5)：67-68.

[6]牟萍，袁明道，曾锦辉.广东省小型水库防洪标准复核的有关问题[J].水利规划与设计，2013(09)：22-23.

[7]樊孔明，董曾川，王聪聪，等.棉花滩水库设计洪水复核计算[J].水电能源科学，2011(04):57-59.

[8]齐永才，苗毳.汤河水库防洪标准复核[J].东北水利水电，2009(04)：60-62.

[9]胡红亮，马涛.辽宁省小型水库问题汇总及防洪标准复核方法探讨[J].水利科技与经济,2014(05)32-34：.

[10]陈莹美.福建省小型水库大坝安全鉴定防洪标准复核探讨[J].中国水利，2011(14):34-35.

中图分类号：TV122.3