桃林口水库分水枢纽工程对区间支流洪水影响

缪萍萍，任喜龙，李博超，高 蛟，严 阔

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 研究背景

桃林口水库下游分水枢纽，俗称桃林口小坝，距桃林口水库坝下7.6km，始建于1978年，受当时条件限制，设计、施工存在质量缺陷，原设计标准偏低。经过30年运行，库区淤积严重，调节库容仅170万m3，不能满足供水和电站调节需要。工程严重老化，坝面剥蚀严重，对水库工程安全运用、水资源优化配置和合理利用造成了限制，影响了水库效益的正常发挥。

为解决分水枢纽存在问题，2009年秦皇岛市水务局组织实施了分水枢纽清淤改造工程。工程建设有：非溢流坝段改造，溢流坝段加高加固，增设排沙底孔，修建跨河交通桥，原冲沙闸及引青渠首进水闸（原防洪闸）改造，库区清淤，护地堤迎水坡防护，完善管理设施及观测设施等。2011年5月主体工程完工。

2 洪水分析

2.1 设计洪水推求

《秦皇岛市水文手册》 中提供了3种设计洪峰流量计算的经验公式，即单因子公式、多因子经验公式和推理公式。

2.1.1 单因子公式

式中 Qm，p为某一频率的设计洪峰流量（m3/s）；Cp为某一频率的洪峰模系数（无量纲）；为多年平均洪峰流量模系数；F为设计流域面积（km2）。

2.1.2 多因子经验公式

式中 H24，p为某一频率的年最大24h降雨量（mm），CS＝3.5CV；Ψ为流域形状系数（无量纲），Ψ＝F/L2，L为主河道长度（km）；J为主河道比降（‰）；C为经验系数（无量纲）。

2.1.3 推理公式

式中 τ为汇流历时（h）；Hτ为历时内最大降雨量（mm）；tc为净雨历时（h）；R为次洪水径流深（mm）；μ为产流参数（mm/h）；m为汇流参数（无量纲）；J为主河道比降。

本次计算主要通过流域设计暴雨产汇流推算出河道洪峰流量。其中相关参数取值主要依据《河北省中小流域设计暴雨洪水图集》、SL44—2006 《水利水电工程设计洪水计算规范》和《秦皇岛市水文手册》分析确定。分别采用经验公式计算20年一遇、10年一遇和5年一遇设计洪峰流量，计算成果见表1。

应该积极探索将镇街非税收入纳入非税收入征缴系统，镇街按照实现收入的真实情况，自行缴入非税收入征缴系统，由税务部门根据收入性质分类汇总后按规定时间要求划解至国库，由国库统一进行资金结算并拨款，镇街按照“乡财县管乡用”的有关规定使用非税收入款项，以提升镇街非税收入管理水平。

若从防洪不利的角度出发，当桃林口水库最大下泄流量遭遇到支流洪峰时，对于桃林口水库下游分水枢纽和支流的防洪最为不利，流量遭遇情况见表3。

表1 设计洪水计算成果 单位：m3/s

表3 设计洪水遭遇方案 单位：m3/s

计算结果可知，单因子公式与推理公式计算成果基本一致，多因子公式计算结果略偏大，考虑到推理公式是通过推理而得出的雨洪计算推理公式，且在我国无资料地区的小流域应用比较广泛和成熟，因此，本次石门子村支流设计洪水采用推理公式计算成果。

2.2 设计洪水遭遇分析

桃林口水库下游分水枢纽坐落在卢龙县桃林口村南，距桃林口水库坝下7.6km。桃林口水库与桃林口水库下游分水枢纽之间有石门子村支流汇入，支流距桃林口水库下游分水枢纽2.6km。本次主要分析不同设计标准下桃林口下泄流量与区间支流洪峰的遭遇情况。

按照桃林口水库初步设计文件，桃林口水库不承担下游防洪任务，洪水调度起调水位为正常蓄水位143.4m。但根据河北省防汛抗旱指挥部办公室1999年6月编制的《河北省大型水库防洪预案》，在实际运用中，“考虑到丰水年泄量较大，因而将正常蓄水位适当降低，以利错峰”。因此，调度原则确定为：保工程安全运行，保持兴利库容，兼顾下游防洪，充分发挥兴利与除害效益。

根据青龙河流域的降水特点，参考气象预报及水情测报数据，采取沿时程动态控制蓄水位的调度运行方式，汛后蓄水位143.4m，下泄流量与潘家口、大黑汀水库进行联合调度，7月31日前蓄水水位确定140m，相应调洪库容1.60亿m3，8月1日至10日为141.15m，相应调洪库容1.05亿m3。

调度运用方式：①对5年一遇洪水，根据水情自动测报系统，只靠底孔进行泄洪，表孔弧门不打开；②对10年、20年一遇洪水，先按5年一遇标准调度，根据水情自动测报系统，当洪峰流量达到10年以上标准时，由底孔及表孔弧门联合泄洪，调洪演算成果见表2。

表2 桃林口水库调洪演算成果 单位：m3/s

3 分水枢纽改造前后水面线分析

3.1 下游分水枢纽设计洪水位

桃林口水库下游分水枢纽加高加固后，泄洪设施包括溢流坝（堰顶高程由83.8m加高至85.0m，净宽300m）、左岸两孔排沙闸（闸底高程79.2m，闸室净宽8m×2m，孔口高3.5m）和新建2个底孔冲沙闸（闸底高程72.0m，底孔断面4m×2m），改造前后泄洪设施泄流曲线见图2。

图2 下游分水枢纽改造前后水位泄量关系

根据不同重现期洪水桃林口水库下游分水枢纽入库流量及水位泄量关系，可以插值出不同重现期的设计洪水位，见表4。

表4 桃林口水库下游分水枢纽改造前后设计洪水位（坝址处）

3.2 改造前后设计洪水水面线分析

桃林口水库下游分水枢纽以上及石门子村支流设计水面线按照天然河道一维恒定非均匀流方法计算，计算公式如下：

式中 Z上、Z下为上、下断面洪水位（m）；V上、V下为上、下断面平均流速（m/s）；Q为设计流量（m3/s）；△L为上、下断面间距（m）；α为动能校正系数；ζ軃为平均局部阻力系数；K軍为上、下断面平均流量模数，计算公式为，其中；n为河床糙率；ω为过水断面面积（m2）；R为过水断面水力半径（m）。

水面线推算起始断面为桃林口水库下游分水枢纽（桩号0+000），起调水位按设计洪水位考虑。河道糙率根据河道流量、河床组成、床面特征、河道平面形态等，参考《水力计算手册》确定。

为了分析桃林口水库下游分水枢纽改造前后对石门子村支流洪水位的影响，对20年、10年、5年一遇标准的洪水分别进行改造前后水面线推求，推求成果见图3～图5。

图3 改造前后20年一遇洪水水面线

图4 改造前后10年一遇洪水水面线

图5 改造前后5年一遇洪水水面线

当发生20年一遇标准洪水，改造前后起调水位分别为87.69m和88.78m，起调水位抬高了1.09m，支流与主流交汇处水位抬高了0.31m，支流受下游水位抬高而壅高的影响范围为900m；当发生10年一遇标准洪水，改造前后起调水位分别为86.30m和87.32m，起调水位抬高了1.02m，支流与主流交汇处水位抬高了0.35m，支流受下游水位抬高而壅高的影响范围为670m；当发生5年一遇标准洪水，改造前后起调水位分别为85.48m和86.42m，起调水位抬高了0.94m，支流与主流交汇处水位抬高了0.23m，支流受下游水位抬高而壅高的影响范围为650m。

4 结语

通过计算桃林口水库下游分水枢纽改造前后洪水位，结合桃林口水库泄洪情况，推算分析桃林口水库下游分水枢纽改造工程对石门子村支流洪水位的影响，对于20年、10年、5年一遇标准洪水，改造前后小坝坝址（0+000）处洪水位受影响最大，增幅范围为0.94～1.09m；石门子村支流与主流交汇处（2+700）水位增幅范围为0.23～0.35m。由于支流为山区性河流，河底坡降较大，支流受下游水位抬高而壅高的影响范围为900，670，650m（20年、10年、5年标准）。

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