塔山水库防洪标准复核计算

刘　宇

(辽宁省大伙房水库管理局，辽宁 抚顺 113007)



塔山水库防洪标准复核计算

刘宇

(辽宁省大伙房水库管理局，辽宁 抚顺 113007)

塔山水库运行多年，出现部分工程老化等诸多病险隐患，水库除险加固设计的关键就是防洪标准复核。水库所在河流无水文资料，为此采用无资料地区设计暴雨洪水计算方法，对不同频率设计暴雨、设计洪水进行复核计算与分析，复核后塔山水库的防洪标准为10 a一遇设计，20 a一遇校核。通过复核为水库下一步做好除险加固和工程运行管理提供依据。

无资料地区；设计暴雨；设计洪水；防洪标准复核；塔山水库

1　概况

塔山水库位于开原市威远镇塔山村塔山小流域上, 建于1958年，是一座以防洪为主兼有灌溉、养殖等效益的小(Ⅱ)型水库，总库容22.26万m3。水库原设计防洪标准20 a一遇，原校核洪水标准50 a一遇。由于1994年、1995年连续两年特大暴雨引发山洪,并带有大量泥沙及漂浮物涌入塔山水库，超标准洪水使塔山水库溢洪道全部被冲毁，输水洞塌陷，水库停止使用。2003年复建，2004年完工，尽管主体工程进行了全面改造，但由于施工质量差，虽然进行了小规模的检修，但没能解决根本问题。2007年经安全鉴定确认为三类坝，为病险水库。根据“当山区、丘陵区的水库枢纽工程挡水建筑物的挡水高度低于15 m，上、下游水头差小于10 m时，其防洪标准可按平原区、滨海区的规定确定”规定，本次复核确定塔山水库的设计标准按10 a一遇，校核标准按20 a一遇。

2　不同频率设计暴雨复核

2.1设计暴雨均值P均的计算

塔山水库地区无水文资料，根据《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》[1]，查得塔山水库位于辽宁省水文分区Ⅲ6区，水库暴雨汇流历时计算见式(1)：

(1)

式中：τ为汇流历时，h；L为河长，L=2.35 km；J为河道比降，J=31.08‰；F为集雨面积，F=2.71 km2；x、y为系数，x=0.96，y=0.73。

经计算，汇流历时τ为0.51 h。

结合水库所在区域，根据辽宁省“年最大10 min(1 h、6 h、24 h、三日)暴雨均值等值线图”查得P均值。根据辽宁省“年最大10 min(1 h、6 h、24 h、三日)暴雨变差系数Cv等值线图”查得Cv值。Cs一律采用3.5 Cv。再根据“皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数Kp值表(Cs=3.5 Cv)”查得P=10%、P=5%的Kp值。设计暴雨参数详见表1。

表1 塔山水库设计暴雨参数表

2.2设计暴雨面雨量PP面的计算

(2)

式中:KF为点面雨量折算系数，因塔山水库流域面积很小，点雨量即代表面雨量，故KF取1。并依据表1中各时段的设计暴雨KP与暴雨均值P均，计算得到设计面雨量PP面见表2。

表2　塔山水库设计面雨量PP面计算表

2.3设计暴雨强度ip计算

(3)

式中：τ为汇流时间，h；ip为定频率下汇流时间历时设计暴雨强度，mm/h；Ptp面为定频率下汇流时间历时设计面暴雨，mm。

不同频率设计暴雨强度ip计算见表3。

表3　塔山水库设计暴雨强度ip计算表

表3中的n0p、n1p、n2p分别为10～60 min、1～6 h和6～24 h的暴雨递减指数，根据《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》中“暴雨指数n0p、n1p、n2p查用表”查得相应值。

3　不同频率设计洪水复核

本流域洪水主要由暴雨产生，由于流域属山区性河流，河道坡降陡，暴雨形成陡涨陡落的洪水，由于一次天气过程造成的暴雨历时较短，主要集中在1 d之内，只是较大的洪水呈单峰型。一次洪水历时一般在2～3 d，涨落历时短，一次洪水总量在24 h内。

3.1不同频率设计洪水复核计算

设计洪峰流量计算公式[2]：

QP=0.278ψpipF

(4)

式中：QP为定频率下的设计洪峰流量,m3/s；ψp为设计洪峰径流系数；ip为定频率下汇流时间历时设计暴雨强度,mm/h；F为流域面积,km2。

设计洪量计算公式：

(5)

(6)

(7)

式中：W三p、W(三-24)p、W24P分别是一定频率下三日洪量，三日减24 h洪量，24 h洪量,万m3；a三p、a(三-24)p分别是一定频率下三日洪量径流系数，三日减24 h洪量径流系数。F为流域面积,km2。

塔山水库不同频率设计洪水计算成果见表4。

表4　塔山水库设计洪峰流量及洪量计算成果表

3.2设计频率洪水调洪计算

推求洪水过程线形状系数，见式(8)[3]：

rp=0.36×52W24P/QP

(8)

式中：rp为设计洪水过程线系数；W24p为定频率下24 h洪量,万m3；QP为定频率下的设计洪峰流量,m3/s。

不同频率参与调洪的设计洪量计算，见式(9)[3]：

(9)

式中：W调p为不同频率参与调洪的洪量,万m3；W24p为定频率下24 h洪量,万m3；QP为定频率下的设计洪峰流量,m3/s；τ为汇流时间,h。

经计算，洪水过程线形状系数rp在设计频率10%和5%情况下分别为0.03、0.04；参与调洪的洪量W调p在设计频率10%和5%情况下分别为19.3万m3、27.1万m3。

塔山水库为开敞式溢洪道，起调水位按溢洪道堰顶高程150.7 m开始起调。因所求设计洪水过程线形状系数rp<0.05，用简化三角形过程线进行调洪。计算过程中不点绘H～qm关系线与H～q关系线，通过在交叉点附近加密堰上水头H0进行计算，最后获得水库的最高洪水位和最大泄量。其中溢洪道净宽B=8 m，宽顶堰流量系数m=0.33；侧向收缩系数ε=1。

(1)10%设计频率的洪水调洪计算

塔山水库10%设计频率洪水调洪计算见表5。

表5　塔山水库10%设计频率洪水调洪计算

经调洪计算10 a一遇的设计洪水水位152.11 m，相应库容18.97万m3，最大泄量19.58 m3/s 。

(2)5%设计频率的洪水调洪计算

塔山水库5%设计频率洪水调洪计算见表6。

表6　塔山水库5%设计频率洪水调洪计算

经调洪计算20 a一遇的设计洪水水位152.47 m，相应库容22.58万m3，最大泄量27.54 m3/s。

3.3设计洪水特征值复核

塔山水库除险加固设计设计洪水标准为10 a一遇，设计水位152.48 m，校核标准为20 a一遇，水位152.11 m。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252-2000)规定，现状水库设计标准为10 a一遇，设计水位152.47 m，校核标准为20 a一遇，水位152.11 m。除险加固设计值与本次复核值基本相符，除险加固设计值可用。复核设计洪水特征值与原特征值比较见表7。

表7　复核设计洪水特征值与原特征值比较

4　结　论

通过对塔山水库防洪标准进行复核计算与分析，采用无资料地区设计暴雨、设计洪水计算方法计算水库的设计频率5%和10%的洪水过程，计算得到了入库洪峰流量、相应库容、相应最高水位及溢洪道相应的最大泄流量与原设计值基本一致，表明本次计算的结果是合理的。通过设计洪水的计算与分析为工程建设提供翔实的数据依据，同时为类似工程建设提供参考和借鉴，更为水库除险加固后发挥其防洪、改善生态环境和经济社会发展提供基础保障。

[1]耿华. 《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》(98版)应用分析[J]. 城市道桥与防洪, 2015(9):119-120.

[2]李化.孟家店水库除险加固工程坝顶高程复核[J].水利规划与设计,2016(3):100-101,104.

[3]汤秀娥,郑学华.海龙川水库除险加固设计洪水计算及分析[J].陕西水利, 2016(1):73-74.

刘宇(1983-)，男，工程师，主要从事水利工程管理工作。

TV213.9

B

2096-0506(2016)09-0089-03