户主东水库洪水风险图绘制的实例分析

李成龙

（滕州市户主水库管理所，山东 滕州277533）

户主东水库位于滕州市东郭镇上户主村北700 m，城河支流上，控制流域面积9.25 km2，总库容437.57 万m3，兴利库容260 万m3，是一座具有防洪、灌溉、养殖等综合效益的小（1）型水库。户主东水库大坝为黏土心墙砂壳坝，最大坝高12.1 m，坝顶宽5.0 m，坝长658 m，坝顶高程129.0 m。迎水坡干砌石护坡，背水坡碎石护坡。户主东水库兴利水位124.17 m，设计洪水位127.31 m，校核洪水位128.00 m，设计洪水下泄流量98.39 m3/s，校核洪水下泄流量167.62 m3/s。 本文是按发生校核洪水时发生溃坝情况下，计算洪水淹没范围，绘制洪水风险图。

1 计算过程

由于幸福河是户主水库（中型，最近处距户主东水库0.7 km，泄洪通道与户主东水库共用）的泄洪通道，当户主东水库发生超标准洪水时，户主水库也极有可能发生超标准洪水而正在进行泄洪，因此户主东水库的下游流量应考虑和户主水库相应标准的洪水泄洪量叠加计算。户主东水库泄洪通道沿幸福河距上级河流城河距离为10 865 m，洪水在3 000 m 处和户主水库洪水汇流叠加。经查证户主水库在校核洪水位时泄洪量为432 m3/s。

1.1 洪水流量分析

根据上述大坝结构形式以及流域洪水特征，水库溃坝形式为渐溃式，溃坝最大流量计算公式如下：

其中，b=K（V1/2B1/2H）1/2

式中：Qmax为最大溃坝流量，m3/s；L 为库水面（垂直坝轴方向）长度，户主东水库为1 853 m；B为溃坝时沿坝轴方向水面宽或坝顶长度，户主东水库为654 m；b 为溃口宽度，m；H 为溃坝时坝前水深，m；V 为溃坝时水库库容，万m3；K 为经验系数，黏土取0.65，壤土取1.3；g 为重力加速度，取值9.81 m/s。

经计算，在校核洪水位下溃坝时坝址处最大溃坝流量为7 612 m3/s。

2）溃坝下游流量计算。经查证《水库汛期控制运用方案编制计算手册》为方便计算，采用经验公式：

式中：QLM为当最大溃坝流量演进至距坝址处时，在该处出现的最大流量，m3/s；QM为坝址处最大溃坝流量，m3/s；V 为水库溃坝时的库容，m3；L 为距坝址的距离，m；U 为河道洪水期断面最大平均流速，如无资料，一般山区可取3.5～5.0 m/s，半山区可取2～3 m/s，平原可取1～2 m/s；K 为经验系数，山区河道取1.3，丘陵河道取1.0，平原河道取0.85；UK 取值：山区河道UK=7.15，半山区河道UK=4.76，平原河道UK=3.13。

依溃坝泄流导致的在任何典型断面处的水位要与利用最大溃坝流量和水力学公式计算确定的流量所对应的水深相一致的原则，确定各典型断面的水深。

式中：S 为河流坡降；n 为曼宁系数，根据河流地形、地面建筑物情况选取；A 为水流断面面积，m2；R 为水力半径，R=A/P，m；P 为断面湿周，m。

为确定溃坝后的淹没范围，根据下游工程和重要保护目标所在位置，分别设立断面进行计算，按上述公式得到各断面的淹没水位，根据高程确定洪水淹没边界，绘制出《户主东水库洪水风险图》。

3）考虑洪水叠加。由于幸福河是户主水库的泄洪通道，当户主东水库发生超标准洪水时，户主水库也极有可能发生超标准洪水正进行泄洪，因此户主东水库的下游流量在3 km 以下应考虑和户主水库相应标准的洪水泄洪量叠加计算。经查证，户主水库在校核洪水位时泄洪量为432 m3/s。经计算，结果见表1。

表1 校核洪水位时溃坝不同断面的最大流量计算表

溃坝洪水至城河时由于面积较大，进入城河后流量较小，经过城河泄洪后，影响较小，故不再考虑城河以下的洪水淹没。

1.2 淹没范围计算

根据以上计算过程，推算出户主东水库泄洪通道上每1 000 m 处的最大洪水流量，根据洪水流速可推算出每个断面的过水面积，在1∶10 000的地形图上绘制横断图，根据过水面积试算出淹没宽度范围。

1）试算流速。户主东水库下游幸福河段没有洪水期断面最大平均流速记录，根据实际河道比降，流速在0～2 km 处取2 m/s，4 km 以下取1 m/s。据此可推算出每个断面的洪水断面面积。

选取典型断面验算流速。

下游1 km 处：v=R2/3S1/2/n=2.15 m/s

与半山区取用的2 m/s 相近，可以取用。

下游8 km 处：v=R2/3S1/2/n=0.892（m/s）

与平原地区选取的1 m/s 相接近，可以取用。

2）校核洪水时溃坝各断面最大洪水过水面积经计算如表2。

表2 校核洪水位时溃坝不同断面的过水面积计算表

1.3 洪水风险图绘制

在1∶10 000 的地形图上，经多次试算，绘出户主东水库的主流泄洪通道的中轴线，然后每隔1000 m 选取一个典型断面，根据在地形图上量取平面距离和高程绘制横断面图，估算水位高程查询面积与上述计算面积比较试算，然后调整洪水位高程直至查询面积和计算面积相等。

绘横断图后查询横断面边界线至中轴线的距离，连线成图。

2 计算中遵循的原则及注意事项

1）淹没范围内局部建筑物、树木和道路等，考虑洪水的破坏性和安全起见，不计其对洪水的阻碍影响。

2）洪水经过狭窄通道后进入平坦地段时，如果地势平坦或者低洼，理论上洪水淹没范围会随之扩大，水位高程一直淹没至水位等高线。但随着范围的扩大，水位会降低。当计算至水位低于0.5 m 以下时，不再外延，和上一个断面淹没宽度相顺延。

3）在每个1 000 m 断面附近选取具有代表性的断面垂直于中轴线绘横断面图，横断面图要能代表附近地形的高程走向。

4）多条洪水主线分析。以上计算是通过一条洪水中轴线分析计算，但在实际上洪水在漫溢过程中会有很多条流向分支，尤其是在下游，尽管计算流量已经变小，但洪水淹没范围会在两侧垂直等高线继续漫延，所以，根据地势等高线考虑下游淹没范围修正。