济南市卧虎山水库溢洪道过流能力分析

李 政，时 静，曹岳阳

（济南市水利工程服务中心，山东 济南 250099）

卧虎山水库位于济南市南部山区，在锦绣川、锦阳川、锦云川三川汇流的玉符河河口，属黄河水系，于1958 年9 月2 日开工，至1960 年7 月20 日竣工，建库之初总库容只能达到0.67 亿m3，后经多次扩容续建，总库容为1.203 亿m3。2022 年3 月，卧虎山水库服务处为有效防御洪水灾害，提高水库防御洪水能力，锚定“人员不伤亡、水库不垮坝、重要堤防不绝口、重要基础设施不受冲击”的目标，对水库溢洪道泄洪能力进行重新复核，以便对过流能力达不到原设计要求的溢洪道，及时清除泄洪障碍，采取工程措施和非工程措施，恢复行洪能力或修订报批水库汛期调度运用计划和防御洪水方案，确保水库安全度汛。

1 溢洪道断面复核计算

1.1 溢洪闸泄流能力复核

卧虎山水库现状溢洪道堰型采用的是低实用堰，实测闸底板高程118.32 m，溢洪道共5 孔，每孔净宽13 m。溢洪闸泄流能力计算采用《溢洪道设计规范》（SL 253-2018）附录A.2.1 的开敞式溢流堰公式计算。

公式如下：

式中：Q为流量，m3/s；B 为总净宽，65 m；H0为计入流速水头的堰上总水头，m；m 为流量系数，由《溢洪道设计规范》（SL 253-2018）附录表A.2.1-1 查得；ε 为闸墩侧收缩系数；σ 为淹没系数，由《溢洪道设计规范》（SL 253-2018）附录图A.2.1-3 查得。

由计算可知，当水位为127 m、128 m、129 m、130 m 时，现状复核泄量Q 分别为1 787.42 m3/s、2 290.84 m3/s、2 831.43 m3/s、3 424.70 m3/s。对比除险加固设计值Q 分别为1 762.14 m3/s、2 269.50 m3/s、2 807.96 m3/s、3 379.30 m3/s，复核泄量略高于除险加固设计泄量，且差距较小，因此，溢洪闸泄流能力满足水库运用要求。

1.2 闸顶高程及检修桥、交通桥净空复核

根据《溢洪道设计规范》（SL 253-2018）规定，闸墩顶高程在宣泄校核洪水位时不应低于校核洪水位加安全超高；在挡水时不应低于设计洪水位或正常蓄水位加波浪计算高度和安全超高值。2 级建筑物挡水时安全超高下限值为0.5 m，泄水时安全超高下限值为0.4 m。

溢洪闸闸上校核洪水位（137.61 m）+安全超高（0.4 m）为138.01 m。溢洪闸闸上设计洪水位（135.85 m）+安全超高（0.5 m）为136.35 m。溢洪闸闸上正常蓄水位（130.50 m）+波浪计算高度（2.05 m）+安全超高（0.5 m）为133.05 m。

由以上计算可知，闸墩顶高程不应低于138.01 m。现状闸墩顶高程139.50 m 满足要求。检修桥、交通桥底高程与闸墩顶高程一致，为139.50 m，桥下净空1.89 m，满足《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）桥下最小净空0.5 m的要求。

1.3 溢洪道断面内的违章建筑及违法活动情况

根据现场调查情况可知，卧虎山水库溢洪道现状良好，溢洪道内不存在任何违章建筑，不存在侵占、堵塞溢洪道断面等情况，不存在设置拦鱼网、拦鱼桩等违法活动。

1.4 溢洪闸泄流复核结论

根据卧虎山水库主要技术特性指标表可知，水库设计标准100 年一遇设计洪水情况下，水库最高洪水位为135.85 m，下泄流量为1 300 m3/s（控泄），现状敞泄流量为7 096.85 m3/s；校核标准5 000 年一遇情况下，水库最高洪水位为137.61 m，下泄流量7 212 m3/s，现状敞泄流量为8 241.34 m3/s。从复核计算结果可以看出，现状溢洪道泄流能力满足水库运用要求。

2 泄槽边墙顶高程复核

2.1 陡坡判别

1）现状底坡。溢洪道现状纵坡i=0.011。

2）临界底坡。临界底坡公式如下：

式中：Ck为临界水深的谢才系数，Ck=Rk1/6/n；Ak为临界水深的过水面积，Ak=b·hk；Rk为临界水深的水力半径，Rk=Ak/（b+2hk）；b 为泄槽段底宽，m；hk为临界水深；hk=（1.05·q2/g）1/3，m；q 为单宽流量，m3/（s·m）；n 为糙率，取0.014。

经计算，当P=2%时，ik=0.001 50；当P=1%时，ik=0.001 39；当P=0.02%时，ik=0.001 16。

溢洪道现状纵坡i=0.011，大于溢洪道临界底坡，属于陡坡。

2.2 水面线推求

溢洪道水面曲线计算根据《溢洪道设计规范》（SL 253-2018）附录A.3.1 推荐方法即利用能量方程分段求和法计算，公式如下：

式中：Δl1-2为分段长度，m；h1，h2为分段始、末断面水深，m；v1、v2分别为分段始、末断面平均流速，m/s；∂1、∂2为流速分布不均匀系数，取1.05；i 为出水渠底坡；J 为分段内平均摩阻坡降。

1）在设计洪水标准100 年一遇情况下，水库最高洪水位为135.85 m，下泄流量为1 300 m3/s，采用百图水利土石方软件，计算出起始断面临界水深hk=3.12 m。

2）在校核洪水标准5 000 年一遇情况下，水库最高洪水位为137.61 m，下泄流量7 212 m3/s，采用百图水利土石方软件，计算出起始断面临界水深hk=9.76 m。

3 溢洪道消能复核

根据《溢洪道设计规范》（SL 253-2018），水库溢洪道消能防冲洪水标准为：50 年一遇洪水设计，水库下泄流量为800 m3/s 情况下，采用百图水利土石方软件，计算出起始计算断面临界水深hk=2.25 m，起始计算断面相关计算参数及结果列于表1。

表1 50 年一遇洪水标准的起始计算断面相关计算参数及结果表

消能计算公式采用《溢洪道设计规范》（SL 253-2018）中有关公式，挑距计算公式：

式中：L 为自挑坎末端算起至挑流水舌外缘与下游水面交点的水平距离，m；V1为挑坎坎顶水面流速，取16.19 m/s；α 为挑流水舌水面出射角，近似可取用挑坎挑角，取35°；h1为坎顶末端法向水深，取0.67 m；h2为坎顶至下游水面高差，取2.57 m；g 为重力加速度，m/s2。

由以上计算知，洪水频率P=2%，流量800 m3/s，q=10.33 m3/s，挑距L=29.85 m，冲坑深度5.88 m，冲坑深最大上游坡度5.07°，冲坑底高程99.87 m，冲坑不影响挑坎基础稳定及相邻建筑物安全，溢洪道消能防冲设施满足要求。

4 下游河道连接段复核

4.1 下游河道连接段现状

卧虎山水库下游河道玉符河，连接段河道长717 m，宽度70.49~125.20 m，河道内现状良好，无行洪障碍物，无阻水情况。

4.2 下游河道连接段泄洪能力复核

玉符河采用50 年一遇设计洪水标准，河道流量800 m3/s。水面线计算采用明渠恒定非均匀渐变流的水面曲线计算原理，公式为：

式中：Z1、Z2分别为下断面和上断面的水位高程；hf和hj分别为下断面和上断面之间的沿程水头损失和局部水头损失。

下游河道（玉符河）连接段两岸超高采用《济南市玉符河综合治理工程可行性研究报告》（已批复）的计算成果，取0.8 m。

经复核可知，下游河道（玉符河）连接段两岸现状高程高于核算的岸顶高程，50 年一遇洪水标准下，洪水不会漫出河道两岸，下游河道连接段满足泄洪要求。

5 回水情况

卧虎山水库下游河道为玉符河，河道走向为西北方向，根据下游河道连接段水面线及两岸高度复核成果可知，下游河道（玉符河）连接段两岸现状高程高于洪水水位，洪水不会漫出河道两岸，因此，回水不会冲刷坝脚。

6 结 论

1）现状溢洪道（含出水渠）的实际断面、坡度等均满足设计要求，溢洪道消能防冲设施满足50年一遇洪水设计标准。

2）溢洪道内不存在任何违章建筑，不存在侵占、堵塞溢洪道断面等情况，不存在设置拦鱼网、拦鱼桩等违法活动。

3）现状溢洪道实际过流能力满足原设计要求，下游河道（玉符河）连接段不影响泄洪。

4）溢洪道边墙（岸坡）顶高程满足设计要求。

5）溢洪闸泄流能力复核、泄槽边墙顶高程复核、溢洪道消能复核、下游河道连接段复核均满足要求。

参考文献

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