混凝土翻板闸设计洪水计算及泥沙特性分析

邹立博

（辽宁省凌源市水利建筑勘测设计院，辽宁凌源122500）

混凝土翻板闸设计洪水计算及泥沙特性分析

邹立博

（辽宁省凌源市水利建筑勘测设计院，辽宁凌源122500）

结合辽宁省雹神庙水文站的设计洪水成果，采用水文比拟法，确定叨尔登闸址的设计洪水情况。通过分析流域的暴雨洪水特性，计算历史洪水重现期和洪峰频率，据此对混凝土翻板闸进行设计洪水计算，进而确定施工期的设计洪水，并对该流域的泥沙特性进行分析，得出了悬移质输沙量年内分配情况，为今后混凝土翻板闸的洪水设计提供参考。

混凝土；翻板闸；洪水设计；泥沙特性

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.017

1 工程概况

青龙河流域地处燕山山脉东段，蜿蜓于群山之中，叨尔登水闸位于青龙河干流上。河道全长246km，流域总面积6500km2，辽宁省境内53.3km、流域面积1633km2，叨尔登水闸上游流域面积1101km2。叨尔登水闸挡水坝段长178m，其上修建27孔滑块式水利自动翻板闸总长176m和2m的过水溢流坝。冲沙闸、进水闸各1座位于坝体右侧，坝体左岸加固堤防500m（上游300m、下游200m），坝体右岸修建5m宽砂石路面上坝防汛路725m。其178m挡水坝段上有4孔7m共计28m的混凝土翻板闸，堰顶高程328.00m、挡水高度3.0m，翻板闸左侧60m、右侧90m均为溢流坝体。由于该混凝土翻板闸年久失修，管理部门拟对其进行加固处理。

2 设计洪水成果分析

2.1 洪水特征值分析

青龙河在辽宁省境内设有雹神庙水文站，该站位于辽宁省凌源县雹神庙乡，东经119°04’，北纬40°55’，于1958年设立，1962年撤消，1978年6月恢复测流，又于1992年底撤消。水文站控制流域面积454km2。另在青龙河流域建有4个（已撤销1个）雨量站和3个汛期雨量站。在青龙河流域东侧附近的大凌河西支上设有哈巴气水文站，实测资料系列较长。哈巴气水文站位于辽宁省凌源县乌兰白乡北哈巴气村，控制面积1846km2。

雹神庙站有实测资料年份为1958～1961年、1978～1992年，资料系列较短，需插补延长洪水资料。本文采用临近流域哈巴气水文站为相关站，对雹神庙水文站的洪水资料进行了插补延长，得到了至今共51年的洪水系列资料。在雹神庙河段共调查到1938年、1949年、1962年3次洪水，洪峰流量分别为2770m3/s、2200m3/s、1910m3/s。

2.2 洪峰频率计算

根据文献记载，历史洪水在邻近大凌河流域上有1886年、1930年、1949年、1962年，而青龙河仅在1979年做过历史洪水调查，查到的历史洪水有1938年、1949年和1962年。可以看出大凌河发生大洪水时，青龙河亦有大洪水发生，两流域比较一致。因此洪水重现期也按1886年至今130年考虑。

根据历史洪水分析：认为1886年以来青龙河大洪水有1886年、1938年、1949年、1962年，1886年没有数据，按大于其它3年考虑，第1位空出，故1938年排在第2位，1949、1962年分别按顺序排在第3、4位。实测洪峰系列1957～2015年计58年，1962年提出后，其他各年按连序系列处理［1］。洪峰频率计算基于绘线读点补矩法，变差系数Cs取偏差系数Cv的3倍，线型按PⅢ型曲线，Cv参数根据适线情况确定［2_4］。雹神庙站洪峰经验频率计算见表1，频率曲线如图1所示。

表1 雹神庙水文站设计洪峰流量成果表（m3/s）

图1 雹神庙站洪峰流量频率曲线

2.3 设计洪水计算

根据雹神庙水文站的设计洪水成果，采用水文比拟法对混凝土翻板闸进行设计洪水计算。计算式为［5］：

式中：Q设为闸址设计洪峰流量，m3/s；F设为闸址以上控制流域面积，km2；F参为参考站控制面积，km2；Q参为参证站设计洪峰流量，m3/s。

已知雹神庙水文站控制面积为454km2，叨尔登水闸控制面积为1101km2。代入上式得：Q设=1.805Q参。

由此计算出叨尔登水闸设计洪水成果，20年一遇设计洪峰流量为2440m3/s。50年一遇校核洪水标准洪峰流量为4350m3/s。而在叨尔登水闸1984年的原设计中，系采用桃林口水文站的系列洪水分析成果，其统计参数为多年平均洪峰流量1808m3/s，Cv=1.26，Cs=2Cv［6］。桃林口站控制面积5250km2，叨尔登闸控制面积1101km2，采用水文比拟法计算得出叨尔登闸20年一遇设计洪峰流量为2224m3/s，50年一遇设计洪峰流量为3090m3/s。2组设计洪水成果比较，20年一遇成果接近，50年一遇洪水原设计值偏小。经分析认为：原设计采用的洪水系列较短，缺失历史洪水资料，频率分析参数不尽合理。而雹神庙水文站的设计洪水成果与叨尔登水闸的相关系数较大，且在地区综合设计洪水成果比较中关系较好，如图2所示。

图2 雹神庙站与邻近站设计洪峰与面积关系

水闸施工期洪水设计标准按规范要求为5年一遇，该汛前设计洪峰流量为171m3/s，汛期设计洪峰流量为543m3/s，汛后设计洪峰流量为54.2 m3/s。具体设计洪水成果见表2。

表2 水闸施工期设计洪水成果表（单位：m3/s）

3 泥沙特性分析

叨尔登水闸运行多年来，没有泥沙观测记录，由于大水时开启冲沙闸放水冲沙，大量泥沙被带走，因此，也不能从闸前淤积形态计算泥沙量。本次泥沙分析系参照青龙河上游雹神庙水文站的泥沙分析成果。

经统计，雹神庙站多年平均实测悬移质输沙量为49.32万t，多年平均含沙量为17.04kg/m3。由于雹神庙站实测泥沙资料系列较短，需要插补延长。分别对雹神庙站汛期和非汛期的径流量～输沙量做出相关关系，其多年平均悬移质输沙量为63.26万t，多年平均含沙量为18.94 kg/m3。悬移质泥沙特征值见表3。

表3 雹神庙水文站悬移质泥沙特征值表

青龙河泥沙在时间分布上具有北方河流的明显特点，即年际年内的不均匀性。年实测最大输沙量出现在1959年，雹神庙水文站输沙量为191.37万t，最小输沙量出现在1992年，雹神庙水文站输沙量为0.76万t，最大最小值比为253.2。沙量的年内分配比水量分配更为集中，汛期的水量占全年的比重为56.35%，而沙量则占98.75%。

叨尔登闸址位于雹神庙水文站下游，该处无泥沙观测资料。闸址处的泥沙来量仍参考雹神庙水文站的泥沙分析成果。根据雹神庙水文站的泥沙分析，其多年平均悬移质输沙量为63.26万t。雹神庙水文站控制面积为454km2，计算其年均输沙模数为1393t/km2。叨尔登闸址处控制面积为1101km2，采用雹神庙水文站分析的悬移质输沙模数计算闸址处的多年平均悬移质输沙量为153.37万t。年内分配见表4。

据青龙河的泥沙特点，闸址处的推移质输沙量按悬移质输沙量的15%考虑，计算得闸址处的多年平均推移质输沙量为23.0万t。

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1008_1305（2015）06_0041_03

邹立博（1984年—）男，工程师。