大洞水库设计洪水及洪水调节分析

陈文聪

（广东宣源工程设计咨询有限公司，广东 江门 529700）

1 工程概况

云浮市大洞水库的主要任务是灌溉、防洪、发电。水库设计灌溉面积306.67 hm2，防洪保护人口0.77 万、耕地面积480 hm2，建有75 kW的装机发电站，对促进当地农业生产发展发挥了较大作用，并产生了一定的经济效益。工程等别为Ⅳ等，永久性水工建筑物级别为4级，次要建筑物为5级；防洪标准：设计洪水重现期为30年一遇（P=3.33%），校核洪水位重现期为500年一遇（P=0.2%）。

2 设计洪水

2.1 设计洪水计算方法

由设计暴雨推求设计洪水，本次计算设计洪水采用广东省综合单位线法和推理公式法两种方法进行计算。

2.2 设计洪水暴雨推求

2.2.1 暴雨产汇流参数

根据《广东省暴雨径流查算图表使用手册》（1991 年），大洞水库位于《广东省暴雨径流查算图表》分区的西江分区。根据上述分区对应，大洞水库暴雨产流、汇流分区表（略）。经在万分之一地形图上复核得到大洞水库集雨面积为14.05 km2，干流河长4.24 km，平均比降0.033。

2.2.2 设计暴雨推求

由于缺乏实测降雨资料，查《等值线图》《广东省暴雨径流查处图表使用手册》中相关图表，知大洞水库位于云浮市云安区，水库雨型分区属Ⅷ西江，得1/6、1、6、24、72 h相关暴雨参数表（略）。

2.2.3 设计洪水

采用综合单位线法和新推理公式法计算设计洪水，洪水过程线图如下图1。

图1 设计洪水过程线成果图

图2 大洞水库枯水月份洪水过程线图

根据图1的设计洪水过程线成果可知，采用综合单位线法计算的一天洪量和三天洪量与新推理公式计算的成果基本一致，而前者计算出来的洪峰流量均比后者计算的成果略大，且两者的差值均在20%以内，在省水文局所规定的差值范围内。根据广东省水文总站1991 年编制的《广东省暴雨径流查算图表》中规定：在两种方法的设计洪峰流量相差不超过20%（以数值大者为分母计算）后，原则上应采用广东省综合单位线方法的设计洪水及调洪演算成果。综合单位线方法可以比较精致地反映工程所在河流的洪水特点和降雨变化过程，因此，选择综合单位线方法的计算成果。

2.2.4 历次洪水计算成果比较

在2003年6月的《省人大议案大洞水库除险加固工程设计报告书》、2017 年《云安区都杨镇大洞水库大坝安全鉴定工程综合评价报告》报告书中水文分析计算成果见表1。分析差别原因是此次计算较2003 年除险加固工程，短历时暴雨取值采用最新的数据资料；其次此次计算与安全鉴定计算成果θ取值不同计算结果相差4.6%相差不大，此次计算合理。

表1 大洞水库设计洪水计算成果对比表

2.2.5 施工期洪水

水库水下部位的选择在枯水期施工，施工洪水按枯水期5年一遇洪水标准设计。计算采用降雨推求洪水的方法。

由于缺乏大洞水库枯水期的暴雨量观测资料，故查《广东省暴雨参数等值线图》大洞水库产汇流特征参数，根据新兴县暴雨枯水月份分配比例，可计算短历时不同时段的枯水期暴雨。

施工洪水采用综合单位线法进行计算，经计算5年一遇洪峰流量为48.48 m3/s。

3 水库洪水调节计算

3.1 调洪原则

3.1.1 调洪原则

大洞水库现有一座开敞式溢洪道，无闸门控制。溢洪道为宽顶堰，堰宽10 m，堰顶高程为64 m。溢洪道泄洪为自由出流，库水位高于64 m时开始泄洪，起调水位为64 m。

3.1.2 水位～库容关系曲线

根据2017 年《云安区都杨镇大洞水库大坝安全鉴定工程综合评价报告》报告书，由水位～面积曲线推算出水库的水位～库容曲线与原库容曲线相差不大，故仍采用水库原设计库容曲线，库容曲线见图3：

图3 大洞水库库容曲线图

3.1.3 溢洪道泄流能力计算

大洞水库溢洪道为一座无闸门控制的开敞式溢洪道，堰型为宽顶堰，堰顶高程64.00 m，溢流总净宽10 m。根据《溢洪道设计规范》，计算下泄流量的公式采用宽顶堰公式。

根据《溢洪道设计规范》宽顶堰泄流能力按下式计算：

式中：Q——过堰流量，m3/s；B——总净宽，m；H——计入流速水头的堰上总水头，m；m——二元水流宽顶堰流量系数，取0.385；ε侧收缩系数，取为0.9。

3.2 调洪结果

大洞水库正常蓄水位64 m，汛期水库起调水位亦为64 m，调洪原则如下：以正常蓄水位64 m起调，调洪演算成果见表2。

表2 大洞水库调洪演算成果表

由表2 可以看出，P=3.33%设计洪水位为67.33 m，相应库容415.29 万m3；P=0.2%校核洪水位68.82 m，相应库容472.30 万m3。

由表3 看出，相同频率情况下，此次计算调洪水位比水库2003安全鉴定设计水位低0.12 m，原因在于此次计算设计洪水入库流量较安全鉴定略偏大，此次调洪结果是合理的。

表3 大洞水库调洪演算成果比较表

3.3 施工洪水调节计算

主坝输水涵：水库输水涵管为有压圆形涵管，直径0.80 m，管长106 m；进水口高程46.60 m，出口高度46.08 m。

根据高等教育出版社《水力学》上册中串联管道的水力计算公式计算输水涵管的泄流能力，计算公式如下：

其中：Q 为出流量；μ为流量系数；A 为出口断面的横断面面积；λi为阻力系数；di为管道直径；Ai为第i 段管道的横断面面积；Ci为谢才系数；n 为涵管糙率，取0.012；ζ为局部阻力系数，ζ1=0.5，ζ2=0.5，ζ3=1.0。

大洞水库灌溉死水位46.6 m，水库不预留春耕灌溉库容，相应起调水位为46.6 m。根据施工洪水计算成果及施工期调洪辅助曲线，对水库进行调洪演算，经计算5 年一遇施工洪水位49.75 m，相应库容66.94万m3，相应泄洪流量3.91 m3/s。

4 结语

大洞水库的主要任务是灌溉、防洪、发电。水库设计灌溉面积0.46万亩，通过收集水库流域相关水文参数，采用推力公式法对水库设计洪水进行计算，获取不同频率下的设计洪水参数，与安全鉴定相比误差较小，设计洪水参数较为合理。5 年一遇施工洪水位49.75 m，相应库容66.94 万m3，相应泄洪流量3.91 m3/s。