茂墩水库调洪方案分析

何平波

(黑龙江农垦勘测设计研究院 广州分院，广州 510000)

1 概 述

水库工程建设具有良好的防洪、蓄水、发电、灌溉、生态等综合效益，水库修建后的拦蓄水作用，可有效改善流域内蓄洪、排涝条件。影响水库调洪的因素众多，在确定水库调洪方案时，需要充分考虑发电、灌溉、下游安全以及水库泄洪能力等多个要素[1-4]。水库工程调洪方案需要从宏观、微观方面进行考虑，全面获取流域情况，从而制定合理的调洪方案。

2 水库概况

茂墩水库以灌溉为主，兼顾防洪、发电。根据收集的相关资料显示，该水库总库容为0.14×108m3，大于0.1×108m3，设计灌溉面积约为0.084 32×104hm2，下游总装机容量为485 kW。茂墩水库安全达标工程设计洪水采用50年一遇设计，1 000年一遇校核，工程等别为Ⅲ等，水库规模为中型。

设计洪水参数是影响水库调洪方案的重要因素，为了保证方案的可靠性，采用广东省综合单位线法、推理公式法两种方法计算坝址区设计洪水[5-7]。当两种方法设计洪峰流量值相差不超过20%时，采用广东省综合单位线法成果。

设计洪水计算成果见表1。

表1 茂墩水库大坝坝址设计洪水成果表

3 调洪原则

茂墩水库实行分期控制运用，设定汛期防汛水位，在汛期调度运行中，严格执行三防部门规定的分期控制运用标准及泄洪方式。蓄水运行分期防限水位分别为：

4-6月份为96.36 m，相应库容为978.75×104m3；7-9月份为97.66 m，相应库容为1 100×104m3。

茂墩水库溢洪道为开敞式宽顶堰，堰顶高程为95.66 m，水库正常蓄水位为97.66 m。根据2001年《茂墩水库防洪安全复核报告》中的调洪原则，茂墩水库以正常蓄水位97.66 m起调，库上游持续来水，先用闸门控制，来水多少泄多少，保持库水位在97.66 m左右；如库上游来水愈来愈大，闸门开度相应增大。当库水位仍持续上升，说明来水大于泄水，闸门不起调控作用时，此时可将闸门全部打开；当库水位回落至97.66 m时，逐步关闭闸门，使库水位维持在97.66～97.71 m之间；当遭到超过水库校核标准的洪水时，要及时报警，经批准同意后，将茂墩水库泄水、输水建筑物闸(阀)门全开泄洪。

根据茂墩水库管理处提供的资料，确定茂墩水库的水位-库容曲线，见图1。

图1 水位-库容关系曲线

4 泄流建筑物水位-泄量关系曲线

茂墩水库的主要泄洪建筑物为溢洪道，溢洪道型式为驼峰堰(a型)，堰高1 m，堰顶高程95.66 m，堰顶宽4.5 m，堰顶设平板钢闸门，门高2.3 m。

4.1 泄流能力计算

溢洪道泄流能力按敞开式堰流计算，公式如下：

(1)

式中：Q为过闸流量，m3/s；g为重力加速度，m/s2；B为堰顶总净宽，m，茂墩水库溢洪道净宽4.5 m，单孔；H0为计入流速水头的堰上总水头，m；m为宽顶堰流量系数；ε为侧收缩系数。

经过计算，茂墩水库溢洪道泄流能力计算成果见表2。

正常蓄水位97.66 m下，闸孔泄流流量计算公式如下：

(2)

式中：Q为闸孔出流流量，m3/s；σs为淹没系数；e为闸门开启高度，m；n为闸孔孔数，单孔；H0为包括行近流速水头的闸前水头，m；μ0为闸孔自由出流的流量系数。

茂墩水库溢洪道闸门为平板钢闸门，μ0按下式计算：

(3)

经计算，正常蓄水位97.66 m下闸孔泄流流量计算成果见表3。

表2 溢洪道泄流能力计算成果表

续表2

表3 正常蓄水位97.66m下溢洪道闸孔泄流能力计算成果表

4.2 茂墩水库水位-泄流量关系合理性分析

将本次计算的泄流量与《广州市从化区茂墩水库大坝安全评价报告》进行对比，对比结果见图2。

图2 茂墩水库水位-泄流量关系对比图

由图2可知，设计泄流量复核计算成果与原有的设计结果相差不大。考虑到本次设计计算时，严格按照相关规范选取计算参数，并考虑了溢洪道入口处的水头损失，故本次计算成果是合理的。综合考虑，本次安全达标设计泄流量采用最新的计算成果。

5 调洪成果

根据茂墩水库设计洪水过程线、水库泄水建筑物的泄流曲线及水库的库容曲线，以97.66 m为起调水位，采用广东省水利厅调洪程序进行调洪计算，成果见表4。图3为1 000年一遇暴雨洪水下水库水位、入库流量、下泄流量随时间变化的过程。

调洪演算成果合理性分析：将本次计算成果的设计洪水位与1976年复核成果、2001年《茂墩水库防洪安全复核报告》和2017年《广州市从化区茂墩水库大坝安全评价报告》(广东省水利水电科学研究院)的成果进行对比，相关成果见表5。

表4 茂墩水库调洪计算成果表

图3 茂墩水库1 000年一遇暴雨洪水计算成果图

表5 设计洪水位对比表 /m

由表5可知，本次设计防洪标准(P=2%)复核计算水库设计洪水位为99.54 m，相应库容1 172.42×104m3；校核洪水位(P=0.1%)为100.18 m，相应库容为1 339.1×104m3。

从表5可以看出，历年水库防洪标准复核成果差异较大，2001年的复核成果数值明显高于其他3次，本次复核成果与2017年较为接近。本次复核中采用了2003年最新版《广东省暴雨参数等值线图》查算相关暴雨参数，并且按照库区实际情况对汇流参数做出合理调整；同时水位-库容曲线采用最新的测量成果，使计算结果更加接近水库实际情况；调洪演算调度规则采取先用闸门控制，使水位保持在正常蓄水位97.66 m，按洪水过程线，即来多少水泄多少水；当持续来水且闸门不再起作用时，再采用完全放开闸门自由泄洪的调度原则。而2001年的调洪计算书中，没有充分考虑闸门的调蓄作用。

6 结 论

根据茂墩水库实际情况，结合水库调洪原则，经过计算，确定茂墩水库的水位-泄量关系。在保证水库安全、效益、下游安全、上游安全等条件下，制定了茂墩水库不同洪水频率的调洪方案，计算结果可为茂墩水库调洪实施提供参考。