大藤峡水利枢纽工程库区防护排涝闸站设计参数选取

徐忠民，关传弢

(中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021)

1 工程设计标准

1.1 防护标准

黔江左岸武宣县城主城区防洪标准为50 a一遇，右岸防洪标准为20 a一遇[1]。武宣县城排涝标准为20 a一遇暴雨重现期，24 h暴雨24 h排除[2]。

1.2 设计暴雨

主汛期设计暴雨采用新版《广西暴雨统计参数等值线图研究》中成果图表查算，次汛期和非汛期设计暴雨根据武宣站实测暴雨资料统计，设计暴雨成果见表1。

表1 武宣防护区最大24 h设计暴雨成果 mm

1.3 设计洪水

山丘区的设计洪水采用广西推理公式计算，根据设计流域地理位置及下垫面情况查流域分区的产流参数，稳定入渗率取4 mm/h，流域最大蓄水量Wm取120 mm，流域初始蓄水量W0取84 mm。

洪峰流量计算采用广西壮族自治区暴雨径流查算图表中推理公式：

(1)

(2)

式中：τ为流域汇流历时，h；hτ为相应于τ时段的最大净雨，mm；m为汇流参数；L为河长，km；J为河道比降；F为流域面积，km2。

根据分区查表：

m=0.107θ0.581

(3)

(4)

通过上述公式计算后采用图解法确定各频率洪峰流量。

武宣县城防护平原区流量根据《城市防洪工程设计规范》中的排涝模数公式(5)计算:

(5)

式中：qd为旱地设计排涝模数，m3/(s·km2)；R为旱地设计涝水深，mm；T为排涝历时，d。

各排水区洪峰流量由山丘区计算流量与平原区排水流量相加而得[3-4]。

2 排涝站设计

2.1 排涝站排水流量计算

武宣县城防护平原区基本为城区，城区排水流量按排涝模数公式(5)计算[5]。

排涝历时按24 h暴雨1 d排出，径流系数根据调查的防护区当地的地面种类、建筑物密集情况，在0.55～0.70之间选用，排涝模数乘以汇水面积即为排涝设计流量。

2.2 排涝分区划分

武宣县排水体系的自然水体主要有黔江、七星河等，还有一些局部较分散的湖泊水塘。结合武宣县城总体规划，排涝分区按照就近分散、遵循自然地形地势排放的原则进行流域划分，雨水排放就近排入自然水体，并充分利用县城中的洼地、池塘和湖泊调节雨水径流。县城雨水自流排放困难的地区，采用雨水泵站或与县城排涝系统相结合的方式排放。

根据地形条件及承泄区不同，将武宣县排水体系划分为四个大的排水分区，位于黔江左岸的支沟老虎沟、书房山、崩冲口三块，直排入黔江；位于支流七星河上的东环城路、土荫塘、新区、新路桥、清水村五块，直排七星河后排入黔江；位于黔江左岸的独岭山1、独岭山2、对河三块，直排入黔江；位于武宣县城下游的长寿沟1、长寿沟2、长寿沟3三块，直排长寿沟后排入黔江。

2.3 确定排涝方式

武宣防护区排涝闸站设计参数选择与常规排涝闸站不同，常规闸站通常设计流量固定，进出水池水位也可按规范规定直接选取，但本工程由于大藤峡水库特殊的调度运行方式，坝前水位变化较大，将一年划分成主汛期、次汛期、非汛期三个阶段，不同阶段相应频率的排涝流量完全不同，内外江水位也完全不同。所以，在选取设计参数前，首先要分析干支流大洪水同频遭遇情况，研究洪水遭遇组合，根据各个排涝闸站所处的位置以及内外江水位的变化情况确定不同时期每个闸站的排水方式，选取最不利的情况作为设计工况，进而确定排涝闸站的设计参数选择。

根据大藤峡水库运行调度方式，大藤峡水库在主汛期和次汛期不同来水流量情况下，坝前水位由正常蓄水位分别降至59.6～44 m，城区排水按照不同运行期外江水位情况分别考虑采取自排和抽排措施。

经分析，大藤峡干支流不会发生大洪水同频遭遇的情况，即当支流发生2 a一遇洪水时，遭遇干流5 a一遇及以上洪水；当支流发生5 a一遇及以上洪水时，遭遇干流2 a一遇及以下洪水。

根据洪水遭遇及水库运行调度方式，考虑以下工况组合分析各泵站的排水方式。

(1) 主汛期干流发生2 a一遇洪水，支流发生20 a一遇洪水；(2)主汛期干流发生2 a一遇洪水，支流发生10 a一遇洪水；(3)主汛期干流发生5 a一遇洪水，支流发生2 a一遇洪水；(4)主汛期干流发生10 a一遇洪水，支流发生2 a一遇洪水；(5)主汛期干流发生20 a一遇洪水，支流发生2 a一遇洪水；(6)次汛期干流发生2 a一遇洪水，支流发生20 a一遇洪水；(7)次汛期干流发生2 a一遇洪水，支流发生10 a一遇洪水；(8)次汛期干流发生5 a一遇洪水，支流发生2 a一遇洪水；(9)次汛期干流发生10 a一遇洪水，支流发生2 a一遇洪水；(10)次汛期干流发生20 a一遇洪水，支流发生2 a一遇洪水；(11)非汛期水库保持正常蓄水位61 m，支流发生20 a一遇洪水；(12)非汛期水库保持正常蓄水位61 m，支流发生10 a一遇洪水。

根据不同流量对应不同坝前水位的水库回水水面线计算成果，老虎沟泵站等8个泵站，当主汛期城区内部发生10 a一遇及20 a一遇暴雨遭遇干流2 a一遇洪水情况下，均可以自排；当城区内部发生2 a一遇暴雨遭遇干流5 a一遇以上洪水时，不能自排，需要抽排；次汛期当城区内部发生10 a一遇及20 a一遇暴雨遭遇干流2 a一遇洪水及以下时，不能自排，需要抽排；当城区内部发生2 a一遇暴雨遭遇干流5 a一遇以上洪水时，由于坝前水位降低，可以自排；非汛期水库水位维持在正常蓄水位61 m情况下，不能自排，均需要抽排。

武宣县城城市景观需要，在七星河河口设计有壅水闸一座，使七星河水位常年保持在61 m，新路桥泵站等四处泵站在此水位下不具备自排条件，各种工况均需要抽排，东环城路泵站所处位置较高，只有在主汛期内部发生2 a一遇暴雨遭遇干流10 a一遇及20 a一遇洪水时需要抽排，其余工况可以自排。

3 排涝闸站设计参数选择

3.1 抽排流量选择

根据实际地形条件，老虎沟泵站等5个泵站排水区域处于武宣县城市区，没有明显的沟道或沟道短浅，没有洪水调蓄能力，这几个泵站的抽排流量采用平均排除法计算。经比较新路桥泵站的设计流量采用主汛期内发生20 a一遇暴雨的流量，东环城路泵站的设计流量采用主汛期内发生2 a一遇暴雨的流量，其余3个泵站设计流量采用非汛期内发生20 a一遇暴雨的流量。独岭山泵站等8个泵站，所处沟道具有一定的洪水调蓄能力，清水村和新区泵站设计流量采用主汛期内发生20 a一遇洪峰流量，其余6个泵站设计流量采用非汛期内发生20 a一遇洪水过程线经调蓄后的洪峰流量。

3.2 自排流量选择

经分析，只有在主汛期干流发生2 a一遇以下洪水及次汛期干流发生5 a一遇以上洪水时，水位满足自排条件；主汛期干流发生2 a一遇以下洪水时将遭遇5 a、10 a及20 a一遇暴雨，其中遭遇20 a一遇暴雨为最不利工况，所以各排涝闸的设计流量采用主汛期内发生20 a一遇暴雨的洪峰流量。

3.3 排涝水位选择

(1)根据规范要求，武宣县城各排涝站除涝水位按以下原则确定[6]：

进水池最高运行水位取排水区允许最高涝水位推算到站前水位。

设计水位取排水区设计涝水位推算到站前的水位。

最低运行水位取与设计水位相同的水位。

出水池最高运行水位取大藤峡主汛期干流发生20 a一遇洪水情况下的回水水位。

设计水位取大藤峡水库非汛期正常蓄水位情况下的回水水位。

最低运行水位取大藤峡主汛期发生5 a一遇洪水情况下的回水水位与次汛期干流发生6000 m3/s流量时的回水水位的低值。

(2)各排涝闸特征水位按以下原则确定:

上游侧最高运行水位取排水区允许最高涝水位推算的站前水位。

设计水位与最高运行水位相同。

下游侧设计水位取主汛期大藤峡水库遭遇2 a一遇洪水情况下的回水水位。

防洪水位根据排水闸设计等级相应洪水标准选取。

4 结 语

排涝闸站的设计参数选取是工程设计的重要依据，大藤峡水库由于特殊的调度运行方式，导致排涝闸站的设计参数选取极其困难。通过实际工作，与相关设计人员经过反复分析、计算、论证，最终确定了设计参数的选取原则和方法，此方法尚未完全成熟，仅供广大水利工程设计人员探讨和研究。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.防洪标准：GB 50201—2014[S]. 北京：中国标准出版社，2015.

[2] 中华人民共和国建设部.室外排水设计规范：GB 50014—2006[S]. 北京：中国计划出版社，2012.

[3] 中华人民共和国水利部.水利水电工程水文计算规范：SL 278—2002[S].北京：中国电力出版社，2009.

[4] 中华人民共和国水利部.水利水电工程设计洪水计算规范：SL 44—2006[S].北京：中国水利水电出版社，2006.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.城市防洪规划规范：GB 51079—2016[S]. 北京：中国计划出版社，2017.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部.泵站设计规范：GB 50265—2010[S].北京：中国计划出版社，2011.