水庫溢洪道堰閘結(jié)合調(diào)洪計(jì)算及應(yīng)用

謝琳琳，耿靈生，陳丕華

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250013）

水庫溢洪道溢洪期間通過開啟閘門控制泄洪，是一種可以人為控制溢洪道泄量、保證洪水期間大壩及下游河道安全的工程措施。其優(yōu)點(diǎn)是通過開啟不同閘門高度控制泄洪流量，有利于水庫下游河道防洪。其缺點(diǎn)是工程投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。溢流堰控制溢洪道是在溢洪道上建溢流堰，在溢洪期間通過溢流堰自由泄洪。由于溢流堰自由泄流，泄洪期間的泄量無法控制。這種方式投資費(fèi)用小，運(yùn)行費(fèi)用低，但遇中小型洪水時(shí)，溢洪道的泄量往往難于滿足河道安全泄量的要求，對下游河道防洪不利。為降低工程投資和運(yùn)行費(fèi)用，采取堰閘結(jié)合溢洪道方案，兼顧溢洪道中小洪水時(shí)泄量可控和工程投資運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，在條件適宜的水庫溢洪道工程中具有良好的應(yīng)用前景。

1 堰閘結(jié)合調(diào)洪計(jì)算方法

1.1 調(diào)洪的基本參數(shù)及確定方法

1）起調(diào)水位：調(diào)洪演算第一時(shí)段開始時(shí)所對應(yīng)的庫水位，一般等于汛限水位或興利水位。2）控泄流量和控泄水位：為滿足水庫下游河道防洪要求，在遇到高于河道防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，水庫下泄流量不能大于某值，以滿足下游河道安全要求，該流量即控泄流量，該洪水標(biāo)準(zhǔn)下調(diào)洪的最高洪水位即控泄水位。

1.2 調(diào)洪計(jì)算方法

首先確定控泄、設(shè)計(jì)和校核三種工況的洪水過程線，計(jì)算水庫水位庫容曲線，再擬定堰、閘尺寸形式，計(jì)算堰的H～q關(guān)系和堰閘（閘門全開)的H～q＇關(guān)系，并確定控泄流量和起調(diào)水位。

調(diào)洪開始時(shí)溢洪道水位等于溢流堰堰頂高程（H0=H），即正常蓄水位，由于堰頂水頭小，可以認(rèn)為溢洪道泄流為閘室泄流。調(diào)洪過程分為兩個(gè)階段：第一階段，在洪水開始時(shí)，控制閘門開啟高度，使溢洪道泄量等于水庫來水量，保持起調(diào)水位為正常蓄水位，直至水庫來水量等于閘門開啟最大高度時(shí)的泄量，此時(shí)溢洪道由控制泄流變?yōu)樽杂尚沽鳎l自由出流泄量用堰出流公式；第二階段，當(dāng)溢洪道泄量大于下游河道安全泄量時(shí)，控制閘門高度使溢洪道由自由泄流變?yōu)榭刂菩沽鳎藭r(shí)，隨著來水量增加，水庫水位逐漸升高，當(dāng)水庫來水量與下游河道安全泄量相等時(shí)水庫水位達(dá)到最高，相應(yīng)水庫水位做為控泄水位，即防洪高水位；對超過水庫下游河道防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水采用自由泄流的方法進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，當(dāng)水庫水位達(dá)到防洪高水位時(shí)，閘門全開，溢洪道由控制泄流變?yōu)樽杂尚沽鳎了畮靵硭颗c溢洪道泄量相等時(shí)水庫的水位達(dá)到最高，相應(yīng)的水位為水庫設(shè)計(jì)洪水位或校核洪水位。

2 堰閘結(jié)合調(diào)洪設(shè)計(jì)實(shí)例

安丘市尚莊水庫樞紐工程由大壩、溢洪道和放水洞三部分組成，控制流域面積68km2。水庫總庫容2235萬 m3，興利庫容 991萬 m3，興利水位 114.22m。 溢洪道位于大壩左側(cè)，寬約60m，為開敞式。在對溢洪道進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)，通過設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，確定了控泄洪水（P=5%）、設(shè)計(jì)洪水（P=1%）和校核洪水（P=0.1%）的洪水過程和洪峰流量，并確定了水庫下游控泄流量為250m3/s。

2.1 溢洪道參數(shù)及調(diào)洪原則

根據(jù)水庫的基本情況，對溢洪道和控制建筑物進(jìn)行多個(gè)方案的比選。比選方案有建溢洪閘 （閘凈寬30m），建實(shí)用堰（堰寬85m），和堰閘結(jié)合三種方案。堰閘結(jié)合方案閘2孔，每孔6m，底板頂高程109.7m，堰頂高程114.22m，堰寬40m，堰高3.22m，堰型為實(shí)用堰。

調(diào)洪原則：1）汛前限制水位：考慮充分發(fā)揮水庫興利效益，汛前限制水位等于興利水位,即114.22m。2）起調(diào)水位：起調(diào)水位等于汛前限制水位，即114.22m。3）控泄流量：溢洪道的安全泄量為250m3/s。4）設(shè)計(jì)洪水頻率P=5%時(shí)，控制水閘開度使溢洪道泄量小于或等于下游河道安全泄量250m3/s，并保持水庫水位不低于興利水位，經(jīng)水庫調(diào)節(jié)后所達(dá)到的最高庫水位為控泄水位。其它設(shè)計(jì)頻率時(shí)，在水庫水位小于控泄水位時(shí)，控制水閘開度使溢洪道泄量小于或等于下游河道安全泄量250m3/s，并保持水庫水位不低于興利水位；當(dāng)水庫水位高于水庫的控泄水位時(shí)，閘門全部開啟，自由泄流。

調(diào)洪過程：首先進(jìn)行控泄洪水（P=5%）調(diào)洪，確定控泄水位，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水（P=1%）、校核洪水（P=0.1%）的調(diào)洪，確定設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位等參數(shù)。

2.2 調(diào)洪成果及經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)以上溢洪道參數(shù)，進(jìn)行各頻率洪水調(diào)度演算，計(jì)算成果見表1。

對于實(shí)用堰，溢洪閘和堰閘結(jié)合三種溢洪道方案對比發(fā)現(xiàn)，實(shí)用堰方案工程投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，但不能控制泄流，溢洪閘方案能控制泄流，但工程造價(jià)高，運(yùn)行費(fèi)用高。堰閘結(jié)合方案綜合了二者的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)測算，堰閘結(jié)合方案比溢洪閘方案可節(jié)省工程投資和運(yùn)行費(fèi)用20%左右，是值得推廣的一種溢洪道形式。

表1 堰閘結(jié)合調(diào)洪方案的洪水位、庫容、泄量表

3 結(jié) 語

建閘和堰閘結(jié)合的溢洪道型式，在有可靠氣象預(yù)報(bào)條件下，當(dāng)洪水來臨前，可利用閘底板較低的特點(diǎn)，先將閘底板高程以上的庫容放空，增加防洪庫容，為水庫防洪創(chuàng)造有利條件；另一方面，對中、小洪水進(jìn)行有效的錯(cuò)峰、削峰，非常有利于下游河道的防汛安全。在經(jīng)濟(jì)投資上，能有效降低工程投資，減少工程運(yùn)行管理費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。