水库调洪演算成果在除险加固中的运用分析

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(陕西省宝鸡市地下水管理监测中心，陕西 宝鸡 721001)

1 流域概况

清水河是宝鸡市渭河南山支流，流域面积162.6 km2，干流长28.4 km，河道平均比降65.7‰，上游流域植被良好，降雨充沛，水土流失不大。清水河较大支流有三条，左岸有大清河、西岔河，右岸有东岔河。清水河流域内有鸡峰山水库(西岔河)、金家河水库和温泉一库、温泉二库、温泉三库等五座水库，总库容401.7万 m3。温泉一库地处龙凤山风景区，水库大坝下游右岸约20 m处的温泉，温水沟沟长5.5 km，流域面积4.6 km2，自上而下梯级布置了温泉一库、温泉二库和温泉三库，温泉一库为浆砌石拱坝，二库、三库为均质土坝。温水沟三座水库及范家沟水库与鸡峰山水库一起组成了以鸡峰山水库为主体的渠库相连、蓄引提结合、长藤结瓜式的“鸡峰山灌区”，原设计灌区面积3.41万亩，有效灌溉面积3.02万亩，现随着城市向南扩展，灌区相应缩小。

2 水工建筑物运行现状

温泉一库为一座浆砌石拱坝，坝顶为鸡峰山灌区龙凤山倒虹管道。水库枢纽由浆砌石拱坝、城门洞式溢流堰、坝后泄洪渠道、放水洞四部分组成。水库于1973年9月建成蓄水，是一座以防洪为主，兼有农业灌溉、水产养殖的小(2)型水库。根据宝鸡市小(二)型水利工程“三查三定”结论，温泉一库总库容20.2万 m3，有效库容16.1万 m3，死库容4.1万 m3。水库坝址以上控制流域面积2.6 km2，主河道长2.8 km，平均比降15.6‰。水库坝顶高程731.7 m，双孔城门洞式溢流堰底高程727.9 m，洞顶高程730.4 m。放水设施为φ600 mm的预埋钢管，进水口底高程为717.5 m。

2.1 大坝

水库大坝为浆砌石拱坝，坝顶高程731.7 m，坝基高程701.3 m，坝高30.4 m，坝顶宽1.3 m，底宽4 m，坝长50 m。大坝两坝肩岩体破碎，原两坝肩砼喷护多裂缝、脱落，绕坝渗漏较为严重，急需防渗处理。

2.2 溢流堰

大坝溢洪为坝顶中部双孔城门洞式溢流堰，溢流堰位于坝体中部，单孔堰宽为2.3 m，堰顶高程为727.9 m，洞顶高程为730.4 m，最大下泄流量为24.78 m3/s；溢流堰完好。

2.3 泄洪渠道

泄洪渠道沿坝后右岸山体坡脚处开挖而成，为开敞式泄洪渠，采用梯形断面，渠道右岸为斜墙，左岸为直墙，底宽约1.8～2.3 m，顶宽2.2～3.2 m，渠深2.2～2.5 m；渠道进口处地面高程694.28 m，渠道出口处地面高程688.57 m，渠道长度314.2 m；泄洪渠道由于年久失修，渠道淤堵严重，浆砌石体变形、破坏，不能正常泄洪。

2.4放水设施

水库放水建筑物为左坝肩预埋的φ600 mm钢管，放水管进口底高程717.5 m，全长100 m，设计放水流量0.3 m3/s，最大放水流量为1.3 m3/s，现放水管完好，能正常工作，但放水闸年久、锈蚀，不能正常工作，需要更换；放水管进口处存在一定的泥沙淤积，需做清淤处理。

3 调洪演算分析

对水库进行除险加固的工程规模和设计标准，由调洪演算成果确定。工程原设计死库容已淤满，本次也不再预留死库容。工程原设计正常蓄水位727.90 m，本次除险加正常蓄水位仍采用727.90 m，灌溉面积为0.53万亩。

3.1 调洪计算原则

(1)起调水位为正常蓄水位727.90 m。计算遵循以下原则：当洪水进入库区，水位未超过正常水位时，水库蓄水；当水库水位高于正常水位时，尽量泄洪。(2)防洪标准：挡水、泄水建筑物正常运用洪水重现期为20 a一遇，非正常运用洪水重现期为100 a一遇。(3)洪水控制高程：现坝顶高程为731.70 m，按实测的库容曲线进行调洪计算，确定校核洪水位控制高程。(4)泄洪方案：放水设施不做泄洪考虑，仅作为安全储备。泄洪方案为溢流堰单独泄洪。

3.2 水库库容曲线

采用本次实测库容曲线，见表1和图1。

表1 温泉一库水位高程～库容关系表

图1 水位～库容曲线图

3.3 溢洪堰下泄流量计算

溢流堰位于坝顶中部，为双孔城门洞型断面，尺寸：2.58×2.3×2.5 m(长×宽×高)，溢流堰底部高程为727.90 m。溢流堰现状泄流量采用宽顶堰泄流公式计算，堰后出流流态为自由出流，宽顶堰堰流计算公式：

式中：σc为侧收缩系数，取0.98；σs为淹没系数，取1.0；m为流量系数，取0.365；n为闸孔数，取2；b为溢流堰净宽，取2.3 m；H0为堰上水头，m；q为下泄流量， m3/s。

经计算，温泉一库溢洪道不同水位的泄流量，见表2，图2。

表2 温泉一库溢洪道水位高程～下泄流量关系表

图2 溢洪道下泄流量～水位高程关系曲线

3.4 调洪演算

水库调洪计算采用试算方法，即按如下水量平衡方程和动力方程进行联解计算：

[Qi+Qi+1-(qi+qi+1)]/2=(Vi+1-Vi)/dt

q=f(h)=f(v)

式中：Qi为水库坝址设计洪水流量；下标i和i+1分别表示计算时段的初始时刻和末时刻；qi为水库泄流量； Vi为水库容积；dt为调洪计算时段。

按以上计算方法和调度原则，根据P=5%和P=1%两种频率洪水过程线、水位库容面积关系及溢洪道规模，采用试算法进行调洪计算，调洪过程见表3和表4。

表3 P=5%洪水调节计算表

3.5 验算成果分析

1)由计算成果可知：20 a一遇设计洪水位729.23 m，最大入库流量为12.38 m3/s，溢流堰最大泄水流量为11.11 m3/s，滞洪库容2.69万 m3，总库容为20.95万 m3。100 a一遇设计洪水位729.60 m，最大入库流量为19.59 m3/s，溢流堰最大泄水流量为16.19 m3/s，滞洪库容3.54万 m3，总库容为21.80万 m3。温泉一库水库调洪计算成果汇总见表5。从表5可以看出，设计洪水位729.23 m，距离坝顶高程(731.70 m)2.47 m；校核洪水位729.60 m，距离坝顶高程(731.70 m)有2.10 m。

2)温泉一库水库已运行了39 a，原设计死库容4.10万 m3，死水位线715.49 m，现死库容已淤满。本次设计不另增死库容，死水位线仍选为715.49 m。根据调洪演算和死库容等数据，总结可得温泉一库特征水位及库容见表6。

表4 P=1%洪水调节计算表

表5 温泉一库水库调洪结果表

表6 温泉一库特征水位及库容

4 结语

宝鸡清水河流域的温泉水库属小(2)型水库，通过对该水库水工建筑物运行现状进行分析，采用水量平衡方程和动力方程对水库进行调洪演算分析，并借助温泉水库溢洪道水位高程～下泄流量关系表，可最终得出温泉水库特征水位及库容，计算结果可为后期除险加固提供基础理论依据。在除险加固完成之后，水库的安全运行将得到了保证，将彻底改变水库带病运行的状况，有力地保证了水库下游人民生命财产的安全。