陈庄水库洪水计算

(山西水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024)

1 项目概况

大同县陈庄水库位于山西省大同市大同县瓜园乡陈庄村西2 km，地理坐标东经 113°36'58″，北纬 39°58'38″，工程所在河流属海河流域永定河水系的桑干河二级支流坊城河，坊城河发源于大同县北山(阴山南支)采凉山南麓的水沟寺一带，由北向南流经西羊房、五十里铺、上榆涧、下榆涧、小坊城、大坊城、李王涧、陈庄、藤家沟，在南坡村南汇入桑干河。干流全长30 km，平均纵坡8‰，流域面积410 km2，其中陈庄水库坝址以上干流长28．05 km，控制流域面积392 km2，多年平均径流509．6万 m3，现状兴利库容88．3万m3，总库容272万m3，是一座综合防洪、灌溉的小(1)型水库。

水库于1972年始建，1974年基本完工蓄水受益，属乡村自办工程。水库初建时坝址位于现坝轴线上游约140 m处，坝顶已被现库水淹没。水库建设时原设计为小(1)型水库，大坝设计底宽较大，但由于施工期资金投入不足，竣工时大坝没有达到设计高度。2005年，在现坝址处从河谷两侧山体取土筑坝，筑坝时并未经过勘察设计，更未经碾压及检测，坝基坐落于初期坝已处理的基础上。大坝坝型为土坝，坝长约200 m，坝顶高程984 m，最大坝高11．1 m，坝顶宽7．0 m ～8．5 m，2009 年将坝顶填高至985 m ～986 m，大坝坝体上下游边坡较陡。现状条件下，坝体局部存在小范围坍塌;上游坝坡仅1∶1．1 ～1∶1．6，加之雨水入渗，致使坝体形成部分滑坡，滑坡体厚度1 m～2 m，坝基砂层存在渗漏，右坝肩存在绕坝渗漏等一系列工程地质问题，水库安全存在较大隐患。

水库库区内有两座小型高灌站，受益村为陈庄，灌溉面积3 200亩。

2 洪水计算

大同县陈庄水库位于大同县瓜园乡陈庄村西，所在流域为海河桑干河坊城河，所在区域为无资料地区，上游尼河上有郭家窑头水库，西坪河上有茹庄水库。故陈庄水库入库洪水由三部分组成，即郭家窑头水库下泄量、茹庄水库下泄量及区间洪水组成。其洪水计算步骤为:

1)对郭家窑头水库进行洪水调节，计算出郭家窑头水库不同频率洪水的下泄洪水过程;2)对茹庄水库进行洪水调节，计算出茹庄水库不同频率洪水的下泄洪水过程;3)计算郭家窑头茹庄—陈庄水库区间洪水;4)将郭家窑头水库的下泄洪水、茹庄水库的下泄洪水与郭家窑头茹庄—陈庄水库区间洪水过程叠加，作为陈庄水库的入库洪水。

2．1 郭家窑头水库洪水下泄过程

根据2008年4月由运城院编制的《山西省大同县郭家窑头水库除险加固工程初步设计报告》中郭家窑头水库不同频率洪水分析成果，计算本次1%，5%的洪水过程线。采用报告中的水库库容曲线及泄量曲线，对郭家窑头水库进行洪水调节计算，郭家窑头水库计算结果见表1。

2．2 茹庄水库洪水下泄过程

根据2008年2月由运城院编制的《山西省大同县茹庄水库除险加固工程初步设计报告》中茹庄水库不同频率洪水分析成果，计算本次1%，5%的洪水过程线。采用报告中的水库库容曲线及泄量曲线，对茹庄水库进行洪水调节计算，茹庄水库计算结果见表2。

表1 郭家窑头水库计算结果

表2 茹庄水库计算结果

2．3 郭家窑头茹庄—陈庄水库区间洪水

1)流域特征参数。郭家窑头茹庄—陈庄水库区间设计洪水按无资料地区考虑，采用《山西省暴雨洪水计算实用手册》(以下简称《手册》)进行计算。

流域特征参数包括流域面积、流域主河道长、流域平均坡度和流域特征值等。流域的流域参数见表3。

表3 郭家窑头茹庄—陈庄水库流域特征参数表

2)设计暴雨。在山西省暴雨分区中，该计算流域属于北区，查《手册》附图一至附图十，可得该流域中心的点暴雨均值及Cv值，《手册》附表Ⅰ可得相应频率之Kp值，然后计算流域中心设计点暴雨并通过点面折减系数求得面暴雨。

3)产汇流计算。由《手册》附表十二查得该流域位于产流分析气候、地理分区的半干旱北区，产流地类按砂页岩土石山北区(128 km2)和盆地区(181 km2)进行计算。汇流按推理公式法进行计算。汇流地类按疏林山区考虑。经计算，郭家窑头茹庄—陈庄水库区间P=5%时洪峰流量为560 m3/s，洪量为721万m3;P=1%时洪峰流量为1 155 m3/s，洪量为1 485万m3。

2．4 陈庄水库入库洪水

郭家窑头水库至陈庄水库区间河道长度为6．3 km，洪水传播时间很短;茹庄水库至陈庄水库区间河道长度为5．7 km，洪水传播时间很短;郭家窑头、茹庄以上及区间同时发生洪水的机会较大。所以为安全计，郭家窑头、茹庄水库下泄洪水过程不考虑河道调蓄，与区间相同频率的洪水过程进行叠加即为陈庄水库洪水过程，不同频率的入库洪水峰量见表4。

表4 洪水成果表

3 洪水合理性分析

1)流域特征参数。陈庄水库设计洪水按无资料地区考虑，采用《山西省暴雨洪水计算实用手册》(以下简称《手册》)进行计算。

流域特征参数包括流域面积、流域主河道长、流域平均坡度和流域特征值等。

陈庄水库流域特征参数见表5。

表5 陈庄水库流域特征参数表

2)设计暴雨。在山西省暴雨分区中，该计算流域属于北区，查《手册》附图一至附图十，可得该流域中心的点暴雨均值及Cv值，《手册》附表Ⅰ可得相应频率之Kp值，然后计算流域中心设计点暴雨并通过点面折减系数求得面暴雨。

3)产汇流计算。由《手册》附表十二查得该流域位于产流分析气候、地理分区的半干旱北区，产流地类按砂页岩土石山北区(128 km2)，黄土阶台地(83 km2)和盆地区(181 km2)进行计算。汇流按疏林山区考虑。计算结果见表6。

表6 陈庄水库洪水计算成果

4)合理性分析。以上两种方法计算成果汇总见表7，点绘面积洪量关系图见图1。

表7 陈庄水库洪水成果

图1 面积洪量关系图

由图1关系线看出，陈庄、茹庄、郭家窑头及区间洪量成线性关系，故本次设计陈庄水库入库洪水过程采用郭家窑头、茹庄水库下泄洪水过程与区间相同频率的洪水过程进行叠加是合理的。

4 结语

陈庄水库除险加固后，更好地保护下游村庄及重要设施的安全。水库库区内有两座小型高灌站，灌溉面积3 200亩，除险加固后，可满足3 200亩地的灌溉用水，对当地农业起到促进作用。因此，对陈庄水库除险加固是非常重要的。