汇流时差洪水组合法在勍香河坝系调洪中的应用

2017-09-20宋万兔

山西水利 2017年8期

关键词：调洪淤地坝汇流

宋万兔

（忻州市水利局，山西忻州 034000）

汇流时差洪水组合法在勍香河坝系调洪中的应用

宋万兔

（忻州市水利局，山西忻州 034000）

以汾西县勍香河坝系内淤地坝除险加固为例，将沟道中坝库有安全隐患的大、中型淤地坝作为主要研究对象，根据坝库工程的泄洪时空分布实际，考虑坝系工程中洪水在沟道中泄流的时间差方法与省规范法相比较，在保证坝系安全的情况下，将加固工程以投入最小作为目标，以方便当地居民生产、拦沙淤地、防洪问题等进行综合评价，利用现代计算工具和专家智能，寻求其系统内诸多因素的最优组合。

大中型淤地坝；除险加固；调洪演算；汇流时差组合洪法；省规范法

1 坝系工程现状

1.1 流域概况

勍香河坝系位于汾河流域的二级支流勍香河上，地处山西省汾西县城西北26km处，流域面积38.7km2，其中水土流失面积33.23km2。流域呈不对称树叶状，主沟长9.5km，平均比降17.0‰，沟壑密度2.45km/km2，沟壑面积占总面积的40%。流域地形西北高东南低，海拔高程1075～1954m，属黄土残垣沟壑区，境内沟壑纵横，植被稀少，坡陡沟深，坝址左岸上部覆盖有黄土，在沟底部有基岩出露,右岸顶部有黄土,底部有破碎风化岩石出露，沟床及沟岸土质多为红壤土，沟底伴有一定比例的料礓石，表层风化现象严重，水土流失严重，多年平均输沙模数为8000t/km2。

1.2 坝系工程现状及认定情况

2015年，对该坝系中的骨干坝、中型坝进行了安全认定，认定结论为该坝系中的5座骨干坝和2座中型坝存在安全隐患，须进行除险加固。除险加固时，坝系调洪计算以骨干坝为单元进行计算。

2 坝系调洪计算

本次坝系调洪计算采用《山西省淤地坝工程技术规范》所提供的方法（以下称省规范法）和计算暴雨和区间洪水采用规范法，洪水组合采用考虑洪水下泄时的输水时间来进行区间洪水组合（以下称汇流时差组合法）两种方法进行对比分析计算。

2.1 省规范法

2.1.1 上游无骨干坝时（单坝调洪）采用下式计算：

式中：qp——溢洪道最大下泄流量，m3/s；

QP——洪峰流量，m3/s；

WP——骨干坝频率为P的设计洪水总量，万m3；V调——滞洪库容，万m3；

M——溢洪道（宽顶堰）流量系数，取值1.48～ 1.82；

B——溢洪道底宽，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

2.1.2 上游有骨干坝时（多坝调洪）采用下式计算：

式中：qp——溢洪道下泄流量，m3/s；通过连续试算，求出各个时段的泄洪流量，最后求出最大泄洪流量；

QP组——上游组合洪峰流量，m3/s；

QP区——骨干区间洪峰流量，m3/s；

f1（f2）——上游骨干1（2）所控制的面积，km2；

qp1（qp2）——上游骨干1（2）溢洪道在设计频率时最大下泄流量，m3/s；

QP1（QP2）——上游骨干1（2）设计频率时洪峰流量，m3/s；

WP组——上游组合进入骨干坝频率为P的设计洪水总量，万m3；

WP区——本骨干坝频率为P的设计洪水总量，万m3；

WP1(WP2)——上游骨干1（2）在本坝达到最大洪峰时可以进入本坝控制面积内频率为P的泄洪总量，万m3；

V调——滞洪库容，万m3；

M——溢洪道（宽顶堰）流量系数，取值1.48～1.82；

B——溢洪道底宽，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

2.2 汇流时差组合洪水法

汇流时差组合洪水法，区间洪峰、洪量、洪水过程也按照省规范法计算，只是组合洪水时，按照上游坝的洪峰在洪水汇流到本坝库区时，要按照洪水的传播速度传播到大坝滞洪区洪峰滞后一定时间，然后与区间洪水洪水过程线进行组合形成洪水过程线，用组合洪水过程线在所在坝按照水量平衡方程调洪演算，得出坝系调洪的坝高、库容、拦泥库容、滞洪库容、溢洪道宽、溢洪道最大水深等值。

2.2.1 上游无骨干坝时（单坝调洪）采用下式计算：

式中：qp——溢洪道下泄流量，m3/s；

qp1（qp2）——溢洪道时段初(末)下泄流量，m3/s；

QP1(QP2)——上游时段初入(末入)库流量，m3/s；

Δt——溢洪道泄流时段，h；

ΔV——调洪时段淤地坝库容增加量，万m3；

V调——ΔV的最大累计值，万m3；

M——溢洪道（宽顶堰）流量系数，此处取值1.48～1.82；

B——溢洪道底宽，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

2.2.2 上游有骨干坝时（多坝调洪）采用下式计算：

式中：qp——溢洪道下泄流量，m3/s；

qp（qp2）1——溢洪道时段初（末）下泄流量，m3/s；

QP组1（QP组2）——骨干坝组合时段初（末）入库流量，m3/s；

QP组——上游组合时点流量和，m3/s；

QP区t——骨干区间时点流量，m3/s；

qpt1（qpt2）——上游骨干1（2）溢洪道在设计频率时段下泄流量，m3/s；

V调——ΔV的最大累计值，万m3；

M——溢洪道（宽顶堰）流量系数，取值1.48～

1.82；

B——溢洪道底宽，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

骨干坝组合洪水过程线，是骨干坝区间洪水过程和上游各坝溢洪道下泄量随时间函数的组合，形成的洪水过程线更接近泄流与汇流的组合。

2.3 计算结果

省规范法坝系调洪计算成果见表1。汇流时差组合法坝系调洪计算成果见表2。

2.4 两种方法比较分析

通过对省规范法与汇流时差组合法差值进行比较可知：骨干坝上游布置的骨干坝越多，对沟道内的洪峰消减越厉害，时差汇流法比省规范法有更好的削峰效果。经分析两种计算结果的溢洪道设计宽度主要因素排序为：汇流的计算方法；调洪计算方法。用时差汇流法调洪比用省规范法调洪可以得到节省资金的除险加固方案。

3 结论和建议

3.1 结论

表1 省规范法坝系调洪成果计算表

一是用时差汇流法和省淤地坝设计规范法均可完成淤地坝坝系出险加固设计的水文计算。二是用时差汇流法均比省淤地坝设计规范法在库容、坝高、溢洪道侧墙相同情况下，溢洪道宽度要减少8.85%～ 30.35%之间，以开挖宽度为控制指标的话，用时差汇流法可以节约工程建设资金8.85%～30.35%。三是用时差汇流法均比省淤地坝设计规范法比较：洪峰流量在区间内相同，组合洪峰流量减少8.85%～30.35%之间，上游汇入是单个骨干坝时消减较少，上游有多坝汇入时消减较大；且洪水计算模型更接近汇流实际情况。四是用时差汇流法均比省淤地坝设计规范法的缺点繁杂：计算时要考虑计算沟道由于建设坝沟道纵坡的变化和沟道行洪宽度以及沟道的澡率等因素；计算工作量较大。