汾阳市H水库特征水位优选探讨

孙立颖

（太原理工大学建筑设计研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概况

H 水库枢纽工程位于山西省汾阳市石家庄村北的董寺河上，水库控制流域面积19.20 km2，河道长12.10 km，河道纵坡21.45‰，是一座以调蓄灌溉水为主的水库。设计改善灌溉面积1 540 hm2，年供水115.70万m3。坝型为碾压式均质土坝，最大坝高12 m，上下游最大水头差为10.10 m，水库总库容175.60万m3。根据《防洪标准》《水利水电工程等级划分及洪水标准》，H水库为小（1）型，该工程等别为Ⅳ等工程，其主要建筑物中大坝、泄洪建筑物为4级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。水库大坝坝型为碾压式均质土坝，根据标准确定此工程洪水标准按30年一遇设计，300年一遇校核。

2 基本参数

2.1 水库特性曲线

水库水位与其相应的面积、库容用1∶1 000地形图量算，水库上游坝址左侧有一砖瓦厂开挖出的空地可以利用，占地面积约为0.05 km2。坝址库区经过开挖和边坡治理后的量算结果见表2，原坝址高程～库容曲线见表1。

表1 H水库水位～面积～库容曲线表（开挖前）

表2 H水库水位～面积～库容曲线表（开挖后）

2.2 泄量曲线

H水库泄洪建筑物为一孔3 m×3 m的泄洪排沙闸，闸底板高程为768 m，根据堰流和闸孔出流的判别标准：e/h＞0.75，为堰流；e/h≤0.75，为闸孔出流（e 为闸孔开度，h 为闸前水深）。当水位＜772 m时，参照宽顶堰自由出流公式进行过流量计算，公式如下。

式中：μ0—宽顶堰型闸孔出流基本流量系数；ε2—垂直收缩系数；H0—宽顶堰总水头（m）；其余参数含义同前。

将该水库相关参数代入式（1）和式（2），所得到的泄洪排沙闸泄量关系见表3和表4。

表3 泄洪闸水位～泄量关系表（堰流）

表4 泄洪闸水位～泄量关系表（闸孔出流）

3 特征水位选择

3.1 死水位的选择

基于对该水库库区泥沙分析结果，水库坝址以上年平均输沙量为4.19万t，其中悬移质输沙量为3.81万t，推移质输沙量为0.38万t，悬移质干容重为1.25 t/m3，推移质干容重取经验值1.50 t/m3，则年平均输沙量换算成体积为3.30万m3。考虑H水库供水性质及库容条件，取H水库的淤积年限为30 a。经计算，水库悬移质输沙量为3.81万t，悬移质干容重为1.25 t/m3，年均来沙量3.05 万m3；推移质输沙量为0.38 万t，推移质干容重为1.50 t/m3，年均来沙量0.25万m3，30年来沙总量为99万m3。

该水库在30 a 运行期内库内淤积泥沙总量99 万m3，对应库水位为773.90 m。因水库库容较小，需考虑排沙措施，设置一孔泄洪排沙闸。H 水库回水长度较短，河道坡度陡，洪水历时短，随洪水来的泥沙较为集中，故泄洪排沙闸排沙效果较好，此次设计取悬移质排沙比50%进行计算。水库30 a运行期内，库内悬移质年均来沙量为3.05 万m3，推移质年均来沙量0.25万m3，悬移质排沙比为50%，淤积年限30 a，考虑排沙比，库内淤积总量为53.25万m3，对应水库水位为771.40 m。由泥沙分析，选定死水位为771.50 m，相应死库容为55.70万m3。

3.2 正常蓄水位的选择

H水库负责改善董寺河灌区共1 540 hm2农田的灌溉用水，灌溉需水量为115.70万m3。考虑水库水面蒸发和库区渗漏损失，其中库区渗漏损失按照月均蓄水量的1%考虑，水量计算见表5。

表5 H水库年需水量表

根据需水量计算结果，现阶段正常蓄水位高程选用777.80 m可以满足水库兴利要求。因此，正常蓄水位为777.80 m，对应库容175.60万m3。

3.3 汛限水位的选择

根据该水库运行实际及设计单位调整意见，初选汛限水位773、775、776、777 m 四个方案进行比较，各方案比较成果见表6。

表6 H水库防洪限制水位对比表

考虑水库在灌溉放水后的首场洪水空库迎洪，首场洪水过后汛限水位定为773 m（方案一），最大泄流量为63.17 m3/s。目前下游董寺河河道行洪能力为20年一遇，水库300年校核洪水通过水库调节后最大下泄流量63.17 m3/s，小于董寺河20 a 洪峰流量93.30 m3/s。经过调洪计算，汛期限制水位为773 m 时，可以满足灌溉、防洪要求，同时还应保留一定的水域面积，改善周边环境，故汛期限制水位最终确定为773 m。

4 结论

综上所述，H 水库特征水位的选择涉及到水库调度、泄流量、水资源配置等诸多方面，在确定特征水位过程中应重点分析死水位、正常蓄水位及汛限水位的选择，通过合理确定水库特征水位，以其作为洪水预警警报中标识洪水对水库设施危害程度的特征值，为流域防洪调度、洪水预警提供重要依据，并为洪水量级以及水库防洪能力评价提供重要参考。

收稿日期：2022-6-7