石佛水库除险加固设计洪水计算与分析

倪　明

(锦州市水利工程建设管理局，辽宁 锦州 121000)



石佛水库除险加固设计洪水计算与分析

倪明

(锦州市水利工程建设管理局，辽宁 锦州 121000)

石佛水库位于北镇市富屯乡石佛村，西沙河支流上，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、养鱼的小(Ⅱ)型水库。水库经过多年的运行存在着病险，急需除险加固。文章对该水库工程的概况及水文气象进行了简述，并对水库设计暴雨和设计洪水进行计算，同时根据计算结果对其进行了合理性分析，从分析可以看出设计洪水成果合理。通过分析为水库除险加固建设提供了详实的数据依据，也为类似工程建设提供了参考和借鉴作用。

设计暴雨；设计洪水；计算；石佛水库；北镇市

1　工程概况

石佛水库位于北镇市富屯乡石佛村，西沙河支流上，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、养鱼的小(Ⅱ)型水库。水库原设计防洪标准20a一遇，原校核洪水标准300a一遇。大坝为黏土心墙坝，输水洞为正虹吸管[1]。水库经过多年的运行存在着病险，急需除险加固。水库除险加固后下游富屯乡2个村，2000口人，耕地3 km2，灌溉面积1.3 km2，102国道和广大人民群众的生命财产安全得到了保护[2]。

2　水文与气象

石佛水库坝址以上流域面积2.93 km2，主河道长3.05 km。流域内山多地少，森林茂密，植被较好，泥沙淤积相对较少，多年平均径流深213mm。西沙河流域地处中纬度，属于温带季风气候区，其特点是冬季以西北季风为主，严寒干燥；夏季以东南季风为主，炎热多雨，四季冷暖干湿分明。以北镇站为气象代表站，统计30a气候资料。各气象特性如下：多年平均降水量为608mm；多年平均蒸发量为1970mm；多年平均气温8.9℃，气温由北向南递增，标准冻土深度1.2m，最大冻土深度1.3m。最大风速可达25m/s，其相应风向为NW，多年平均最大风速15m/s[3]。

3　设计洪水计算

本流域现无水文站、雨量站，其最近的雨量观测站点为赵荒地站，坝址附近没有水文观测站，故洪水推求按无资料地区计算洪水成果[4]。

3.1设计暴雨计算

石佛水库控制面积2.93 km2，坝址以上河流长度3.05 km，河道比降93.76‰，水文分区V1区。该地区属于季风气候区域中，水汽主要来自东南方太平洋上空高温多湿的气流中，季风的强弱对降水量大小影响很大，是辽宁省多雨地区之一[5]。形成本地区暴雨的主要天气系统有华北气旋、高空槽。本地区暴雨比较集中，大部分发生在东南季风势力最强的7—8月，暴雨一般持续1～2d，其中大部分在1 d内，最长可达3 d[6]。

此次进行各种标准计算时，采用无资料地区设计暴雨计算方法《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》(辽宁省水文水资源勘测局，1998年8月编，以下简称《推理公式辽宁法》)，由于坝址处附近没有水文站实测资料，只能与原有资料和附近水库洪水进行比较[2]。流域特性为：流域面积F=2.93 km2；河长L=3.05 km；河道比降J=93.76‰；水文分区属于V1区；其计算结果如表1。

3.2设计洪水计算

本流域洪水主要由暴雨产生，一次洪水过程大部分在1d之内，最长可达3d，河道坡度较陡，属于陡涨陡落的山溪性河流[5]。

3.2.1汇流历时计算

根据石佛水库所在的水文分区V1区，查《推理公式辽宁法》得各水文分区地区汇流参数表，x为0.57，y为0.65。

3.2.2设计暴雨参数计算

查《推理公式辽宁法》得辽宁省年最大24h暴雨均值等设计暴雨参数，计算结果见表2。

表2　设计暴雨参数表　mm

1)时段面雨量。查《推理公式辽宁法》得，当F=2.93 km2，t=0.26h，点面折减系数kF=1.0，进而查得模比系数kp值，见表3。

表3　模比系数kp值表

2)计算Ptp面=Pt×Vp×VF。计算结果见表4。

表4　Ptp面计算结果表

4)计算τ历时设计面雨量及面暴雨强度ip。查《推理公式辽宁法》，得计算τ历时设计面雨量及面暴雨强度ip采用下式计算[8]：

Pτp面=P1p面×τ1-n0p

ip=pτp面/τ

(1)

计算τ=0.26h。计算结果为：当P%=2时，Pτp面=47.14，ip=181.29；当P%=5时，Pτp面=38.93，ip=149.71；当P%=10时，Pτp面=32.24，ip=123.98。

5)计算φP。根据《推理公式辽宁法》，计算φP。计算结果为：当P%=2时，α三p=0.47，α(三-24)p=0.12，φP=0.65；当P%=5时，α三p=0.40，α(三-24)p=0.11，φP=0.56；当P%=10时，α三p=0.33，α(三-24)p=0.10，φP=0.47。

3.2.3设计洪峰与洪量计算

1)洪峰流量计算。Qp洪峰流量Qp根据《推理公式辽宁法》按公式Qp=0.278φP×ip×F计算，计算结果为当P%=2时，Qp为95.98m3/s；当P%=5时，Qp为68.29m3/s；当P%=10时，Qp为47.46m3/s。

2)洪水总量计算。根据《推理公式辽宁法》，洪水总量按下式计算：

W三p=0.1×α三p×P三p面×F

W(三-24)p=0.1×α(三-24)p

×(P三p面-P24p面)×F

W24p=W三p-W(三-24)p

(2)

计算结果为：当P%=2时，W三p=0.47万m3，α(三-24)p=40.26万m3，W24pP=1.55万m3；当P%=5时，W三p=28.36万m3，α(三-24)p=27.23万m3，W24pP=1.13万m3；当P%=10时，W三p=19.01万m3，α(三-24)p=18.17万m3，W24pP=0.84万m3。

3)洪水历时计算

①计算形状系数。查《推理公式辽宁法》得，西部地区形状系数按下式计算：

rp=W24p/(Qp×52×0.36)，计算结果为：当P%=2时，rp=0.022；当P%=5时，rp=0.021；当P%=10时，rp=0.02。

②计算洪水历时。当rp<0.05时采用以设计洪峰Qp为最大流量、按式W调p=0.67W24p+0.12Qpτ，T=5.56W调p/Qp计算出洪水总量W调p，洪水历时T。通过计算，当P%=2时，W调p=29.97万m3，T=1.74h；当P%=5时，W调p=20.37 万 m3，T=1.66h；当P%=10时，W调p=13.65万m3，T=1.60h。

4　设计洪水成果的合理性分析

石佛水库位于北镇市富屯乡石佛村，西沙河支流上。由于本地区属无资料地区，因此设计洪水成果的合理性分析主要分析西沙河及沙子河两流域内的有关水库枢纽洪峰流量～面积关系，并将其绘到对数格纸上，详见图1。

图1石佛水库设计洪峰流量(Q～F)地区综合分析图

由图1可知，本区域范围内有关水库枢纽断面的洪峰流量～面积关系点子分布来看比较有规律，洪峰流量随着面积的增加而加大的，石佛水库成果点绘其中正好位于同频率分布线上，所以该站设计洪水成果是合理的。

5　结　语

通过对石佛水库设计暴雨和设计洪水的计算与合理性分析，从分析可以看出：

1)水库设计洪峰流量随着面积的增加而加大的，而且水库成果点绘其中正好位于同频率分布线上，所以该站设计洪水成果是合理的。

2)水库设计洪水计算的成果分析为水库除险加固提供了详实数据依据，说明水库除险加固在设计洪水上符合防洪标准，工程建设具有可行性。

[1]魏宏刚.响河水库除险加固工程设计[J].水利规划与设计，2013(06)：78-79.

[2]张艳丽.海龙川水库溢洪道加固设计与计算分析[J].水利技术监督，2015(01)：49-51.

[3]袁莹.北镇市石佛水库工程地质分析与评价[J].内蒙古水利，2015(01):37-38.

[4]陈民，薛茜.密云水库后汛期设计洪水分析[J].水利水电工程设计，2000(02):41-42.

[5]王卓娟，乔娟.湖北省小型水库设计洪水计算[J].三峡大学学报，2011(03):13-14.

[6]项伟.海龙川水库大坝除险加固设计与计算[J].黑龙江水利科技，2014(12)：177-179.

[7]陈延生.苇子沟水库大坝除险加固设计[J].黑龙江水利科技，2014(12)：160-163.

[8]马丹.水库溢洪道除险加固工程设计思路[J].水利科技与经济，2010(02)：157-158.

1007-7596(2016)07-0043-03

2016-05-28

倪明(1982-)，男，辽宁锦州人，工程师，研究方向为水利工程建设管理、水利工程施工等。

TV697.3；TV122.3

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