长潭水库洪水复核研究

屠林初

(黄岩长潭水库管理局，浙江台州 318024)

1 水库概况

长潭水库位于浙江省台州市黄岩区西部，椒江支流永宁江上游，坝址以上流域面积441.3 km2，总库容 6.91 亿 m3，水库集水面积 441.3 km2，主河道长34.2 km，河道平均比降8.363‰，河道平均高程163.0 m(黄海高程，下同)，分水岭最高点为1 252.5 m，平均高程675 m.上游分为3支流，形成明显的扇形流域，极易形成全流域强大的暴雨洪水.

2 水库防洪标准

水库的挡水建筑物为粘土斜墙砂卵石坝，对照“山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准”以及“山区、丘陵区水利水电工程永久性水工建筑物洪水标准”，综合以往长潭水库防洪复核成果以及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)，本次安全鉴定确定的洪水标准为设计洪水100年一遇，校核洪水10 000年一遇，同时加算1 000年一遇、2 000年一遇和5 000年一遇洪水情况.

3 流域气象特征

据气象站实测资料统计，流域多年平均气温16.9℃，月平均最高气温27.6℃(7月份)，月平均最低气温6.0℃(1月份)，极端最高气温37.9℃(8月份)，属亚热带季风气候区，四季分明，气候温和，光照充足，雨量丰沛，多年平均雨日约165.0日(降水量 ＞0.1 mm)，其中日雨量 ＞10.0 mm 的有 45.0日左右.降水量时空分布不均，一般降水量山区大于平原，时间上不仅年际变化较大，而且年内分配也很不均匀，其中3～9月的七个月的降水量占全年的70% ～80%，其余5个月约占20% ～30%.本地3、4月价是西北季风减退和东南季风开始增强期，冷暖空气交绥，形成绵绵春雨4月16日～7月15日期间(即梅汛期)，7月16日～10月15日期间(即台汛期)，受太平洋副热带高压脊控制，降水主要为台风暴雨和局部雷阵雨.1994年8月2l日出现了流域一日面暴雨319.9 mm，1962年8月底至9月初普降大雨，三日面暴雨482.7 mm，七日面暴雨553.0 mm.可见台风暴雨不仅降水量大，而且比较集中，雨强较大.

4 设计洪水复核

4.1 设计暴雨

暴雨是形成洪水的主要因素，由暴雨推求设计洪水通常假定暴雨与洪水具有相同的频率.根据本流域降雨、洪水特性、主汛期明显地可分为梅汛、台汛期，按不同成因分析各期设计暴雨，比较符合客观情况，且水库可分期蓄水，有利于水库调度运行.

流域面雨量统计选择宁溪、长潭、白石垟、上垟和垟头五个降水量站，资料起迄年限分别为1952-2010年、1956-2010年、1962-2010年、1962-2010年和1968-2010年.经相关插补后，水库流域的暴雨系列为1952-2010年共59年.流域面雨量采用泰森多边形面积权重法计算，面积权重分别为:宁溪 0.163、长潭 0.144、白石垟 0.264、上垟0.205、垟头 0.224.长潭水库 1D、3D、7D 降雨频率曲线见图1.

图1 长潭水库全年最大1D、3D、7D降雨频率曲线

4.2 设计雨型

设计暴雨的日程分配，选择位于水库流域中心的宁溪雨量站作统计雨型的代表站.在1952-1990年中台汛期三日雨量＞150 mm，七日雨量＞300 mm的15场暴雨，梅汛期三日雨量＞75 mm，七日雨量＞160 mm的16场暴雨，进行统计分析，结合原扩初设计时所采用的日程分配，日程分配百分数见表1.

表1 设计暴雨日程分配百分数表

设计暴雨的时程分配:最大一日暴雨时程分配运用暴雨衰减指数代入暴雨强度公式求得时段雨量分配系数，各时段的雨量按《浙江省可能最大暴雨图集》中的规则排列.其余几日时程分配仍采用原扩初设时统计时结果.暴雨衰减指数np［1］本次分析了各时段雨量均为年最大的多场暴雨，其结果与扩初设计所用值较接近.np值取用如下:

台汛期:重现期N＞100年，np=0.55;

N=100 年，np=0.58;

N ＜100 年，np=0.60.

梅汛期:各重现期np均为0.55.

4.3 设计洪水

4.3.1 产流计算

长潭水库流域设计洪水产流计算采用蓄满产流的简易扣损法，假定土壤最大含水量 Imax为100 mm，土壤前期含水量为 75 mm，则初损为25 mm.最大24小时雨量后损值1 mm/h，其余几日后损值为0.5 mm/h，潜流部分水量，从净雨开始后扣稳渗1.5 mm/h.

4.3.2 汇流计算

汇流计算采用浙江省新综合单位线法［1］.长潭水库坝址以上集水面积441.3 km2，流域重心L重心=15.68 km，分水岭平均高程 H1=675.00 m，河道平均高程 H2=163.00 m，河道平均坡度 SR=2.97 m/km，流域平均坡度 SF=11.60 dm/km2.由 S～α、a、b 关系曲线［2］查得参数 α =0.54，a=0.10，b=1.325.

由上述求得的新综合单位线法汇流参数，临界雨强采用20 mm/h，即可推求出设计洪水，设计洪水过程线见图2.

图2 长潭水库台汛期设计洪水过程线

5 水库调洪计算

5.1 库容曲线

库容曲线见表2.

5.2 泄洪建筑物及泄流能力曲线

长潭水库除险加固后采用溢洪道泄洪，溢洪道进水渠底宽 61.0 m，底高程 31.00 m，长 319.0 m.溢流堰采用驼峰堰型，堰顶高程33.00 m，溢流净宽50 m，设有5孔弧型闸门，闸门尺寸10 m×6.5 m.根据溢洪道布置情况，因溢洪闸后为陡坡段，不影响堰的过流能力，其流量按自由出流量分式计算.

Q=M·B·H3/2［3］

式中:Q—下泄流量，m3/s;

M—综合流量系数;

B—溢洪堰总净宽，取50 m;

H—库水位与堰顶高程之差，m.溢洪道泄流能力根据试验成果选取，见表3.

表2 长潭水库水位库容曲线

表3 长潭水库泄流能力曲线

5.3 水库调洪计算

5.3.1 调洪原则

(1)设计洪水和校核洪水的调洪计算不考虑洪水预报;

(2)以水库坝前水位作为泄量的判别条件;

(3)下游与永宁江治理二期工程初步设计相协调，满足永宁江两岸20年一遇保护集镇和大片农田、50年一遇保护黄岩城区的防洪要求，控制最大下泄流量为756 m3/s和1 022 m3/s;上游满足库区移民水位的要求:20年一遇坝前洪水位不高于38.00 m;机组发电流量为 50 m3/s，起调水位为35.00 m(台汛期限制水位).

(4)坝前水位高于38.86 m时，敞开5孔闸门泄洪，以确保大坝安全.

5.3.2 调度运行方式

(1)坝前水位低于35.00 m(台汛期限制水位)时，不开闸泄洪;

(2)坝前水位高于35.00 m、低于37.99 m(20年一遇洪水位)时，开启5孔闸门泄洪，但应视下游河道过流情况，控制下泄最大流量不大于756 m3/s.

(3)坝前水位高于37.99 m、低于38.86 m(50年一遇洪水位)时，开启5孔闸门泄洪，但应视下游河道过流情况，控制下泄最大流量不大于1 022 m3/s.

(4)坝前水位高于38.86 m时，敞开5孔闸门泄洪，以确保大坝安全.

5.3.3 调节计算

本次复核的洪水过程采用全年设计洪水成果，采用静库容法进行调节计算.调节计算的基本原理是联解水库的水量平衡方程和蓄泄方程［4］，求解方法采用试算法.即:

式中:W—水库蓄水量;

Q—入库水量;

q—出库水量;

Z—库水位.

经计算调洪演算成果见表4.

表4 长潭水库安全复核调洪演算成果表

5.4 坝顶高程复核

坝顶高程应不得低于水库静水位与波浪高、安全超高之和，浪高及波长按官厅水库公式计算.坝顶高程计算成果见表5.坝顶高程按各种运行情况下水库静水位加对应的超高之后取最大者，根据计算结果知坝顶高程由校核洪水位控制，防浪墙顶高程取为45.20 m，防浪墙高为1.2 m，坝顶高程为44.00 m.坝顶高程符合规范要求.

表5 坝顶高程复核计算结果

6 结论

(1)洪水标准复核计算是在2004年成果的基础上进行的.采用间接法推求设计洪水，选取对工程不安全的设计洪水作为本次的设计洪水.经调洪演算，100年一遇设计洪水位39.34 m，最大泄量1 534 m3/s;10 000年一遇校核洪水水位43.02 m，最大泄量3 001 m3/s.所得结果与原设计成果基本一致.

(2)经坝顶超高复核，长潭水库坝顶高程满足规范要求.长潭水库防洪标准满足规范要求，水库防洪安全性为A级.

［1］林基周.新综合单位线法及其在计算机上的实现［J］.浙江水利科技，1996(2):12-14.

［2］王结平.小型水库大坝安全鉴定中洪水标准复核计算［J］.中国农村水利水电，2003(4):37-39.

［3］葛守西.现代洪水预报技术［M］.北京:中国水利水电出版社，1999:63.

［4］范钟秀.中长期水文预报［M］.南京:河海大学出版社，1999:123.

［5］黄 燕，王 辉，张明波.水利水电工程除险加固中的设计洪水复核［J］.人民长江，2006(4):36-38.