兴义市毛栗寨水库洪水调洪演算分析

唐大友

（贵州省黔西南州兴义市水务局七舍片区水务站,贵州 兴义 562400）

1 引言

防洪是水库工程的一个重要功能,在水库除险加固设计阶段对水库调洪演算进行分析是十分必要的[1-3]。根据水库实际情况以及防洪需求,经过调洪演算确定水库规模,可为后续工程设计提供参考。

2 工程概况

毛栗寨水库为小（1）型水库,复核后总库容为174 万m3,坝型为均值土坝,根据《防洪标准》（GB 50201-2014）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）有关规定,水库工程等别为Ⅳ等,主要建筑物为4 级建筑物,次要建筑物为5 级建筑物,水库设计洪水标准50 年一遇（P=2%）,校核洪水标准500 年一遇（P=0.2%）,满足现行规范要求,设计仍按原设计的洪水标准进行,即本次水库洪水标准为：设计洪水标准P=2%,校核洪水标准P=0.2%。

3 水位～下泄流量关系

毛栗寨水库溢洪道位于大坝右岸,为右岸开敞式溢流堰,堰型为宽顶堰,溢流堰顶高程1447 m,溢流堰净宽6.6 m（3 孔×2.2 m）,由于工程在运行过程中（特别是1960 年～1981 年期间）,大坝曾多次出现管涌和塌坑险情,经过多次临时抢险处理,并根据省水利厅专家意见,从溢洪道中孔堰顶切槽降低水库蓄水位,中孔泄槽深1.9 m,宽1 m,洪水来临时,首先通过溢洪道中孔泄槽泄水。中孔泄槽底板高程为1445.10 m,此水位为本水库防洪限制水位, 汛期水库蓄水位控制在1445.10 m 运行。水库下泄流量按下式进行计算：

式中：q 为堰上出流流量,m3/s；M 为综合堰流系数；取M=1.55；n 为堰流孔数；B 为溢流堰顶宽,m；H 为堰上水头,m。

毛栗寨水库溢流堰由中孔泄槽+开敞式溢流堰组成,当洪水位（以1445.1 m 起算）在0～1.9 m 时由中孔泄槽泄流,当水位高于1447 m 时由中孔泄槽+开敞式溢流堰共同泄流,通过计算,毛栗寨水库水位～下泄流量关系曲线成果见图1。

图1 毛栗寨水库水位～下泄流量关系曲线图

4 水库调洪演算

4.1 汛期限制水位

毛栗寨水库溢洪道位于大坝右岸,为右岸开敞式溢流堰,堰型为宽顶堰,溢洪堰顶高程1447 m,溢流堰净宽6.6 m,根据工程现在运行状况,按原省水利厅专家意见从溢洪道中孔堰顶切槽降低水库蓄水位,中孔泄槽深1.9 m,宽1 m,将水库汛期防洪限制水位确定为1445.10 m（中孔泄槽底板高程）。毛栗寨水库汛期严格按照确定的防洪限制水位控制蓄水,即汛期严格将水库蓄水位控制在1445.10 m 运行。洪水调节计算坝址的起调水位为防洪限制水位1445.1 m,起调库容103.98 万m3。

4.2 下游防护对象防洪标准及防洪汛限时段

毛栗寨水库是一座以下游农田灌溉和城市防洪为主的小型水库工程,设计灌溉面积2500 亩（其中水田500 亩,旱地2000 亩）,水库防洪保护对象为木贾街道办事处毛栗寨村、东贡村、木贾村等、黄草街道办沿湾塘河城区一带、下五屯街道办事处上五屯火石坡至下五屯开发区,桔山和丰都街道办事处桔山开发区至响水一带,总人口约22 万人。根据兴义市城市防洪规划,毛栗寨水库所属湾塘河流域防洪标准为50 年一遇（P=2%）,本次防洪高水位为50 年一遇洪水经调洪演算后对应水位。

根据毛栗寨水库所属湾塘河流域的暴雨特性,并结合兴义气象站历年最大日降水量,5 月～9 月发生暴雨的频率为98%以上,虽10 月也曾发生过暴雨,但量级较小,根据水库流域暴雨洪水特性,并结合兴利、防洪内容,毛栗寨水库汛期限制水位的时段（以下简称汛限时段）确定为5 月～9 月,相应的10 月～次年4 月为非汛限时段。

4.3 洪水调度原则

毛栗寨水库具有防洪功能,下游防护对象的洪水标准为50 年一遇,结合前述防洪汛限时段：汛限时段为5 月～9 月,非汛限时段为10 月～次年4 月,水库泄洪设施为中孔泄槽（B×H=1×1.9 m）+溢流堰（3 孔×2.2 m）,汛限时段5 月～9 月水库控制在汛限水位1445.1 m 以下运行,非汛限时段为10 月～次年4 月水库控制在正常蓄水位1447 m 运行,汛限时段5 月～9 月,当洪水来临时,首先通过中孔泄槽泄洪,当水位超过中孔泄槽高度1.9m 后通过中孔泄槽+表孔溢流堰组合的方式泄洪,洪水过后,水位消落至汛限水位1445.1 m；非汛限时段为10 月～次年4 月,由于中孔泄槽闸门关闭,保证水库兴利库容,洪水通过表孔溢流堰自由泄洪,直至洪水回落到正常蓄水位1447 m。汛限时段及非汛限时段应注意控流,保证中孔泄槽）+溢流堰总泄量不超过入库洪峰流量。

4.4 调洪方式

毛栗寨水库防洪汛限时段分为汛限时段及非汛限时段,调洪方式分别按两时段进行调洪。汛限时段为5 月～9 月,该时段起调水位为防洪限制水位1445.1 m,起调库容为103.98 万m3,调洪方式采用中孔泄槽+表孔溢流堰组合；非汛限时段为10 月～次年4 月,该时段起调水位为正常蓄水位1447 m,起调库容为145 万m3,调洪方式采用表孔溢流堰自由泄流。

洪水调节计算公式采用水量平衡公式,水量平衡公式如下：

式中：Q1、Q2为时段始末来水流量,m3/s；q1、q2为时段始末总下泄流量,m3/s；Δt 为时段长,h；V1为时段初水库库容,万m3；V2为时段末水库库容,万m3。

4.5 洪水调节计算成果

根据设计洪水过程线、水位库容曲线及堰上水位～下泄流量关系成果采用水量平衡方程式进行洪水调节计算。

（1）汛限时段为5 月～9 月：以汛限水位1445.1 m 起调,起调库容为103.98 万m3,其调洪演算成果见表1。

表1 汛限时段5 月～9 月洪水调节成果表

由表1 可知,汛限时段为5 月～9 月,以汛限水位1445.1 m起调,起调库容为103.98万m3,毛栗寨水库设计标准下（P=2%）库水位为1447.14 m, 相应库容为148.2 万m3, 下泄流量为4.67 m3/s；校核标准下（P=0.2%）库水位为1447.69 m,相应的库容为161.3 万m3,下泄流量为9.90 m3/s。

（2）非汛限时段为10 月～次年4 月,以水位正常蓄水位1447 m 起调,起调库容为145 万m3,其调洪演算成果见表2。

表2 非汛限时段10 月～次年4 月洪水调节成果表

由表2 可知,非汛限时段为10 月～次年4 月,以正常蓄水位1447 m 起调,起调库容为145 万m3,毛栗寨水库设计标准下（P=2%）库水位为1447.87 m,相应的库容为166 万m3,下泄流量为8.8 m3/s；校核标准下（P=0.2%）库水位为1448.18 m,相应的库容为174 万m3,下泄流量为13.2 m3/s。

通过汛限时段5 月～9 月、非汛限时段10 月～次年4 月调洪演算成果,汛限时段5 月～9 月：以汛限水位1445.1 m起调,起调库容为103.98万m3,毛栗寨水库设计标准下（P=2%）库水位为1447.14 m,相应的库容为148.2 万m3,下泄流量为4.67 m3/s；校核标准下（P=0.2%）库水位为1447.69 m,相应的库容为161.3 万m3,下泄流量为9.90 m3/s。非汛限时段10 月～次年4 月：以正常蓄水位1447m 起调,起调库容为145 万m3,毛栗寨水库设计标准下（P=2%）库水位为1447.87 m,相应的库容为166 万m3,下泄流量为8.8 m3/s；校核标准下（P=0.2%）库水位为1448.18 m,相应的库容为174 万m3,下泄流量为13.2 m3/s。根据不同时段调洪成果,结合毛栗寨水库所属湾塘河流域防洪标准为50 年一遇（P=2%）,确定毛栗寨水库防洪高水位为1447.87 m,防洪库容为62.02 万m3,设计洪水位、校核洪水位等特征数据取两时段外包线,得到毛栗寨水库特征水位参数表见表3。

表3 毛栗寨水库特征水位参数表

根据《兴义市毛栗寨水库大坝安全评价》设计暴雨参数取值,安全评价采用的是兴义气象站63 年（1957 年～2019 年）最大一日暴雨系列,设计暴雨参数取值为H24h=107.2 mm,Cv=0.40,Cs=3.5 Cv；H1h=48.4 mm,Cv=0.38,Cs=3.5 Cv。本次除险加固设计同样采用兴义气象站63 年（1957 年～2019 年）最大一日暴雨系列,通过复核,设计暴雨参数取值为H24h=107.2 mm,Cv=0.40,Cs=3.5 Cv；H1h=48.4 mm,Cv=0.38,Cs=3.5 Cv。通过坝址处设计洪水复核计算成果,坝址处P=2%设计洪水为49.8 m3/s,P=0.2%校核洪水为70.5 m3/s,两阶段坝址处设计洪水成果完全一致。

安全评价阶段洪水调节成果采用的是全年洪水以汛限水位1445.1m 起调,安全评价成果经调节后采用成果为：毛栗寨水库设计标准下（P=2%）库水位为1447.14 m,相应的库容为148.2 万m3,下泄流量为4.67 m3/s；校核标准下（P=0.2%）库水位为1447.69 m,相应的库容为161.3 万m3,下泄流量为9.90 m3/s。水库总库容为161.3 万m3,防洪高水位为1447.14 m。

除险加固设计阶段采用分期洪水调节计算,通过分析,水库划分为汛限时段5 月～9 月、非汛限时段10 月～次年4 月,汛限时段5 月～9 月：以汛限水位1445.1 m 起调,起调库容为103.98 万m3,毛栗寨水库设计标准下（P=2%）库水位为1447.14 m,相应的库容为148.2 万m3,下泄流量为4.67 m3/s；校核标准下（P=0.2%）库水位为1447.69 m,相应的库容为161.3 万m3, 下泄流量为9.90 m3/s。非汛限时段10 月～次年4 月：以正常蓄水位1447 m 起调,起调库容为145 万m3,毛栗寨水库设计标准下（P=2%）库水位为1447.87 m,相应的库容为166 万m3,下泄流量为8.8 m3/s；校核标准下（P=0.2%）库水位为1448.18 m,相应的库容为174 万m3,下泄流量为13.2 m3/s。根据不同时段的调洪成果,结合毛栗寨水库所属湾塘河流域防洪标准为50 年一遇（P=2%）,确定毛栗寨水库防洪高水位为1447.87 m,防洪库容为62.02 万m3,水库总库容为174 万m3。

通过与安全评价阶段对比,本次除险加固较安全评价采用分时段划分水库汛限时段及分汛限时段进行调洪演算的成果较为合理,本次除险加固成果采用本次复核后的成果,即水库设计标准下（P=2%）库水位为1447.87m,校核标准下（P=0.2%）库水位为1448.18 m,水库总库容174 万m3,防洪高水位为1447.87 m,防洪库容为62.02 万m3。

5 结论

（1）根据毛栗寨水库所属湾塘河流域的暴雨特性,汛限时段为5 月～9 月,非汛限时段为10 月～次年4 月。汛限时段及非汛限时段应注意控流,保证中孔泄槽）+溢流堰总泄量不超过入库洪峰流量。

（2）水库设计标准下（P=2%）库水位为1447.87 m,校核标准下（P=0.2%）库水位为1448.18 m,水库总库容174 万m3,防洪高水位为1447.87 m,防洪库容为62.02 万m3。