小型水库库容调洪计算的常用方法

蔡景礼

(黑龙江省八五六农场水务局，黑龙江虎林158418)

，则式(1)可化为:

在规划水库建设工程时，首先要做的工作是库址比较、查勘、地质勘探、水文调查、土石料调查和灌区调查以及必要的地形测量;之后是库容的确定、坝型的选择及坝的断石放水、泄水建筑物设计。本文侧重小型水库的库容调洪计算。

1 调洪计算

在取得库址以上集水面积和降雨(设计暴雨)资料后，根据溢流建筑堰顶初步拟定高程及堰底市程，使可进行调洪计算。

总库容在100万m3以下的小型水库，溢洪道为不设闸门的自由出流，即以设计频率的洪峰流量设计溢洪道的尺寸，再以校核频率的洪峰流量校核过水能力。

对于总库容＞100万m3的水库，要求进行比较精确的分时段调洪计算。

分时段调洪演算是根据洪水过程中各时段进库、出库流量与调洪库容之间的水量平衡关系来进行的:

即

式中:Δt为调洪时段，采用0.5～1 h;Q1、Q2为时段初、末进库流量，从设计洪水过程线查得;Q'1、Q'2为时段初、末出库流量，由溢洪道水深与泄洪流量关系曲线查得;V2、V1为时段初、末水库库容，由水位库容关系曲线查得。

令

，则式(1)可化为:

根据式(2)，即可列表用试算法计算或作辅助曲线法求得调洪后的洪峰流量。

上式用到的洪水过程线，有的根据实测资料用单位过程线推算，有的用同频率设计洪水线，某些省小型水库一般采用后一种办法。

2 采用同频率设计洪水线方法

这种方法调洪步骤如下:

2.1 选定暴雨历时和雨型

调洪计算采用多长的设计暴雨历时，应根据具体工程的调洪能力而定。小型水库集雨面积小，洪水暴涨暴落，连续洪峰对它影响较小，因此，凡以开敞式溢洪道泄洪的，建议采用24 h暴雨洪水过程线进行调洪演算。

洪水过程线是与雨量在时间上的分配相适应的，如果雨量分布比较均匀，则出现的洪峰流量较小，若暴雨集中，相应的洪峰流量就大，同时出现洪峰的时间越早，对调洪越有利，因若洪峰来得迟，一部分调洪库容已为先来的洪水填充，从而减小了水库对洪峰的调节能力。所以，选择不同的雨型得出不同的调洪成果。参照浙江省台风期经常出现的暴雨雨型的统计资料，同时考虑到工程的安全与经济，建议按照以下原则绘制同频率的24 h暴雨雨型。

以汇流时间τ为单位，把24 h划分为24/τ个时段。各时段的暴雨强度及暴雨量可根据同频率原理推导出来的公式进行计算。

式中

BK为暴雨分配系数

n为暴雨衰减指数。

在我省某些流域建议n值采用0.5～0.7。

BK值可查表，如确定n值为0.67和0.60情况下，其BK值查表1。

表1 暴雨分配系数BK值表

将各时段的暴雨强度按下列原则排列组成设计雨型:即把雨峰放在第18 h，老二、老三放在雨峰之前，然后按一后一前顺序排列，当峰后6 h排满后即把余下的顺序排列在前面。τ=1 h、τ=2 h、τ=3 h的设计雨型，并绘制相对应τ值时的设计雨型图。当τ为其它数值时可依此类推。

2.2 推求设计洪水过程线

根据前述设计雨型并假定各时段的暴雨均为一孤立暴雨，相应的洪水过程线均为一等腰三角形，其底宽为2τ，纵高为各分时段的洪峰流量QK。

式中:洪峰流量QMp=0.278ψ·ip·F。

将上述各分段洪水过程线叠加起来，即为同频率设计24 h暴雨洪水过程线。在实际应用中可用图解法，即把各个时段的峰顶顺序逐点作连线，即为要求的设计洪水过程线，见图1。

图1 同频率设计洪水过程线

求得同频率设计洪水过程线后，即可进行分时段调洪，其步骤如下:

1)确定调洪时段Δt:一般选用0.5～1 h或采用汇流时间τ的分数如τ/2、τ/3等。调洪时段的划分应从洪水过程线峰值所在时刻按时段大小向峰前、后逐段进行，这样可以防止洪峰值由于时段划分不善而被漏掉，以致影响调洪计算成果的精确性。

表2 调洪辅助曲线绘制表

表2中第①栏起始库水位即起调水位，一般即溢洪道底高。以后根据溢洪水深大小每隔0.1～0.5 m作为一个计算点，一直算到可能出现的最大水深以上。

第②栏为与库水位相应的溢洪道过水深度。

第③栏为与溢洪水深相应的下泄量Q'。计算时可参考未调洪前的洪峰流量定出溢洪道的需要长度B，并根据不同的溢洪水深h，由(6)式计算下泄流量及绘制Q'～H关系曲线:

式中:Q'为过堰流量，m3/s;ε为收缩系数，一般自由溢流式溢洪道可采用1.0;B为溢洪道堰顶长度，m;h为溢洪水深，m;M为流量系数，见表3。

表3 流量系数取值

如果有较大泄水洞可同时排泄洪水时，上述泄流量应增加相应库水位下的洞泄流量。

第④栏为溢洪水深相应的调洪库容。

第⑤栏为Q'Δt，其中的Δt是调洪时段，以秒为单位。

3)调洪演算:列成表4进行:

表4中:第②栏——入库流量Q可从洪水过程线中查得;

第③栏——Qcp为前后两时段入流量的平均值;

第④栏——Qcp·Δt为时段平均入流量Qcp与时段Δt的乘积;

表4 绘制Q'～H关系曲线表

3 结论

依上述方法，可求出溢洪建筑的最大下泄流量和相应水库最高水位H，从而确定较为合理的防洪设计库容。

［1］ 浙江省水利电力局.小型水库［M］.北京:水利电力出版社，1975.