石佛水库除险加固设计洪水计算与分析

2016-10-12倪明

黑龙江水利科技 2016年7期

关键词：石佛洪峰流量除险

倪　明

(锦州市水利工程建设管理局，辽宁锦州 121000)

石佛水库除险加固设计洪水计算与分析

倪明

(锦州市水利工程建设管理局，辽宁锦州 121000)

石佛水库位于北镇市富屯乡石佛村，西沙河支流上，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、养鱼的小(Ⅱ)型水库。水库经过多年的运行存在着病险，急需除险加固。文章对该水库工程的概况及水文气象进行了简述，并对水库设计暴雨和设计洪水进行计算，同时根据计算结果对其进行了合理性分析，从分析可以看出设计洪水成果合理。通过分析为水库除险加固建设提供了详实的数据依据，也为类似工程建设提供了参考和借鉴作用。

设计暴雨；设计洪水；计算；石佛水库；北镇市

1　工程概况

石佛水库位于北镇市富屯乡石佛村，西沙河支流上，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、养鱼的小(Ⅱ)型水库。水库原设计防洪标准20a一遇，原校核洪水标准300a一遇。大坝为黏土心墙坝，输水洞为正虹吸管[1]。水库经过多年的运行存在着病险，急需除险加固。水库除险加固后下游富屯乡2个村，2000口人，耕地3 km2，灌溉面积1.3 km2，102国道和广大人民群众的生命财产安全得到了保护[2]。

2　水文与气象

石佛水库坝址以上流域面积2.93 km2，主河道长3.05 km。流域内山多地少，森林茂密，植被较好，泥沙淤积相对较少，多年平均径流深213mm。西沙河流域地处中纬度，属于温带季风气候区，其特点是冬季以西北季风为主，严寒干燥；夏季以东南季风为主，炎热多雨，四季冷暖干湿分明。以北镇站为气象代表站，统计30a气候资料。各气象特性如下：多年平均降水量为608mm；多年平均蒸发量为1970mm；多年平均气温8.9℃，气温由北向南递增，标准冻土深度1.2m，最大冻土深度1.3m。最大风速可达25m/s，其相应风向为NW，多年平均最大风速15m/s[3]。

3　设计洪水计算

本流域现无水文站、雨量站，其最近的雨量观测站点为赵荒地站，坝址附近没有水文观测站，故洪水推求按无资料地区计算洪水成果[4]。

3.1设计暴雨计算

石佛水库控制面积2.93 km2，坝址以上河流长度3.05 km，河道比降93.76‰，水文分区V1区。该地区属于季风气候区域中，水汽主要来自东南方太平洋上空高温多湿的气流中，季风的强弱对降水量大小影响很大，是辽宁省多雨地区之一[5]。形成本地区暴雨的主要天气系统有华北气旋、高空槽。本地区暴雨比较集中，大部分发生在东南季风势力最强的7—8月，暴雨一般持续1～2d，其中大部分在1 d内，最长可达3 d[6]。

此次进行各种标准计算时，采用无资料地区设计暴雨计算方法《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》(辽宁省水文水资源勘测局，1998年8月编，以下简称《推理公式辽宁法》)，由于坝址处附近没有水文站实测资料，只能与原有资料和附近水库洪水进行比较[2]。流域特性为：流域面积F=2.93 km2；河长L=3.05 km；河道比降J=93.76‰；水文分区属于V1区；其计算结果如表1。

3.2设计洪水计算

本流域洪水主要由暴雨产生，一次洪水过程大部分在1d之内，最长可达3d，河道坡度较陡，属于陡涨陡落的山溪性河流[5]。

3.2.1汇流历时计算

根据石佛水库所在的水文分区V1区，查《推理公式辽宁法》得各水文分区地区汇流参数表，x为0.57，y为0.65。

3.2.2设计暴雨参数计算

查《推理公式辽宁法》得辽宁省年最大24h暴雨均值等设计暴雨参数，计算结果见表2。

表2　设计暴雨参数表　mm

1)时段面雨量。查《推理公式辽宁法》得，当F=2.93 km2，t=0.26h，点面折减系数kF=1.0，进而查得模比系数kp值，见表3。

表3　模比系数kp值表

2)计算Ptp面=Pt×Vp×VF。计算结果见表4。

表4　Ptp面计算结果表

4)计算τ历时设计面雨量及面暴雨强度ip。查《推理公式辽宁法》，得计算τ历时设计面雨量及面暴雨强度ip采用下式计算[8]：

Pτp面=P1p面×τ1-n0p

ip=pτp面/τ

(1)

计算τ=0.26h。计算结果为：当P%=2时，Pτp面=47.14，ip=181.29；当P%=5时，Pτp面=38.93，ip=149.71；当P%=10时，Pτp面=32.24，ip=123.98。

5)计算φP。根据《推理公式辽宁法》，计算φP。计算结果为：当P%=2时，α三p=0.47，α(三-24)p=0.12，φP=0.65；当P%=5时，α三p=0.40，α(三-24)p=0.11，φP=0.56；当P%=10时，α三p=0.33，α(三-24)p=0.10，φP=0.47。

3.2.3设计洪峰与洪量计算

1)洪峰流量计算。Qp洪峰流量Qp根据《推理公式辽宁法》按公式Qp=0.278φP×ip×F计算，计算结果为当P%=2时，Qp为95.98m3/s；当P%=5时，Qp为68.29m3/s；当P%=10时，Qp为47.46m3/s。

2)洪水总量计算。根据《推理公式辽宁法》，洪水总量按下式计算：

W三p=0.1×α三p×P三p面×F

W(三-24)p=0.1×α(三-24)p

×(P三p面-P24p面)×F

W24p=W三p-W(三-24)p

(2)

计算结果为：当P%=2时，W三p=0.47万m3，α(三-24)p=40.26万m3，W24pP=1.55万m3；当P%=5时，W三p=28.36万m3，α(三-24)p=27.23万m3，W24pP=1.13万m3；当P%=10时，W三p=19.01万m3，α(三-24)p=18.17万m3，W24pP=0.84万m3。

3)洪水历时计算

①计算形状系数。查《推理公式辽宁法》得，西部地区形状系数按下式计算：

rp=W24p/(Qp×52×0.36)，计算结果为：当P%=2时，rp=0.022；当P%=5时，rp=0.021；当P%=10时，rp=0.02。

②计算洪水历时。当rp<0.05时采用以设计洪峰Qp为最大流量、按式W调p=0.67W24p+0.12Qpτ，T=5.56W调p/Qp计算出洪水总量W调p，洪水历时T。通过计算，当P%=2时，W调p=29.97万m3，T=1.74h；当P%=5时，W调p=20.37 万 m3，T=1.66h；当P%=10时，W调p=13.65万m3，T=1.60h。