闸门控泄条件下水库的调洪演算
2021-09-02马夺
马 夺
（湖南中天水利水电勘察设计有限公司，湖南 长沙 410004）
1 工程概况
黄材水库位于湘水一级支流沩水上游，主坝坝址位于宁乡市黄材镇以西的铁山里，下距宁乡城区52.5 km。坝址控制流域面积240.8 km2，原设计总库容1.45 亿m3；正常水位166.00 m，相应库容1.26 亿m3，为多年调节水库。水库设计洪水标准为100 年一遇，校核洪水标准为2 000 一遇，是一座以灌溉为主，兼有发电、防洪、供水、养殖等综合效益的大（Ⅱ）型水利枢纽工程。溢洪道布置在竹山坳副坝左岸的狮牛冲，为河岸开敞式，进口为无底坎的宽顶堰，堰顶高程157.00m，装有3 扇10.0m×9.3m（宽×高）钢质弧形闸门，以控制泄流，下游泄洪渠长1.2 km，落差较大，经过四级消力池消能后尾水进入沩水。
2 调洪运用方式
黄材水库溢洪道尾渠汇入沩水，该河段的安全泄量为400 m3/s，下游3 km 的地方便是黄材集镇。当水库下泄流量超过400 m3/s 时，下游河段堤防可能溃决，黄材集镇将受到洪水威胁，但当入库洪水达到20 年一遇时，如果再控制泄量，水库大坝就有可能漫顶溃决，使水库下游遭受不可估量的损失。因此，1999 年上级职能部门组织专家专题研究制定了黄材水库洪水调度原则：水库起调水位166.00 m，当库水位低于167.00 m（控制泄量400 m3/s，20 年一遇洪峰到达时的库水位），按下游河段安全泄量400 m3/s 控制下泄；当库水位超过167.00m 时，闸门全开下泄。目前，该调度原则一直沿用。
考虑水库下游防洪保护对象安全，且满足水库自身运行安全，黄材水库调洪过程主要如下：
1）水库起调水位为溢洪道闸顶高程166.00 m（即正常蓄水位），相应库容为1.26 亿m3。
2）调洪过程分以下两种工况：
工况一：当入库洪水小于20 年一遇（库水位低于167.00 m），刚开始入库流量Q
图1 入库洪水小于20 年一遇调洪示意图
工况二：当入库洪水大于20 年一遇（库水位超过167.00 m），调洪开始过程与小于20 年一遇洪水一样，如图2 中a～b 段和b～c 段，此处不再赘述；由于入库流量Q 增大，库内水位一直上涨至t2，此时库水位超过了20 年一遇洪水位167.0 m，说明此次洪水标准已超过20 年一遇，这时应保证大坝的安全作为主要目标，将闸门全开泄流，放弃控泄，如图2 中c～d 段下泄流量骤然增大，此后闸门一直全开，至t2 时达到调洪最高洪水位，如图2 中d～e 段,此后由于入库洪水Q 逐渐小于下泄流量q，水位也逐渐下降至起调水位166.00 m，如图2 中e～f 段。
图2 入库洪水大于20 年一遇调洪示意图
3 调洪演算
3.1 基本方程
根据水量平衡原理，调洪演算的基本方程为：
式中 Q1、Q2——时段Δt 始末入库流量（m3/s）；
q1、q2——时段Δt 始末出库流量（m3/s）；
V1、V2——时段Δt 始末水库蓄水量（m3/s）；
Δt——计算时段（s）。
3.2 主要结果
根据调洪演算的基本原则和资料，利用调洪演算的基本方程采用试算法求得。调洪演算的主要结果见表1，入库流量与下泄流量曲线图（图3）以2 000 年一遇为例。
图3 2000 年一遇入库流量与下泄流量曲线图
表1 调洪演算成果表
3.3 结果合理性分析
本次调洪演算的结果与2001 年湖南省水利水电勘测设计研究总院初设成果的水位和下泄流量对比，在2 000 年和100 年一遇情况下略偏小，主要是由于资料的延长所致，自1998 年至今，流域内发生大暴雨的次数相对较少，因此计算结果略偏小，其成果较为接近，且与实测洪水基本一致，说明方法正确，成果可靠。为工程偏安全考虑，同时为保持工程的水文特征数值的一致性，笔者推荐仍沿用2001 年初步设计中的洪水成果作为水库防洪标准的采用数值。
4 结 语
黄材水库为沩水流域的骨干水利工程，为合理调度，充分利用水资源，统筹兼顾，减轻因大洪水带来的危害，笔者认为：溢洪闸门的调度方式要实行精细化管理，切实做到科学调度水库和开关闸门，规范闸门最佳的调度方式，不误时机渲泄洪水和调节水库水量。
