水庫溢洪道堰閘結合調洪計算及應用

謝琳琳，耿靈生，陳丕華

（山東省水利科學研究院，山東 濟南 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。其優點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。其缺點是工程投資大，運行費用高。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。這種方式投資費用小，運行費用低，但遇中小型洪水時，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行費用，采取堰閘結合溢洪道方案，兼顧溢洪道中小洪水時泄量可控和工程投資運行費用低的優點，在條件適宜的水庫溢洪道工程中具有良好的應用前景。

1 堰閘結合調洪計算方法

1.1 調洪的基本參數及確定方法

1）起調水位：調洪演算第一時段開始時所對應的庫水位，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計標準洪水時，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，該洪水標準下調洪的最高洪水位即控泄水位。

1.2 調洪計算方法

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

調洪開始時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，可以認為溢洪道泄流為閘室泄流。調洪過程分為兩個階段：第一階段，在洪水開始時，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的泄量，此時溢洪道由控制泄流變為自由泄流，閘自由出流泄量用堰出流公式；第二階段，當溢洪道泄量大于下游河道安全泄量時，控制閘門高度使溢洪道由自由泄流變為控制泄流，此時，隨著來水量增加，水庫水位逐漸升高，當水庫來水量與下游河道安全泄量相等時水庫水位達到最高，相應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準的洪水采用自由泄流的方法進行調洪計算，當水庫水位達到防洪高水位時，閘門全開，溢洪道由控制泄流變為自由泄流，至水庫來水量與溢洪道泄量相等時水庫的水位達到最高，相應的水位為水庫設計洪水位或校核洪水位。

2 堰閘結合調洪設計實例

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，寬約60m，為開敞式。在對溢洪道進行加固設計時，通過設計洪水計算，確定了控泄洪水（P=5%）、設計洪水（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 溢洪道參數及調洪原則

根據水庫的基本情況，對溢洪道和控制建筑物進行多個方案的比選。比選方案有建溢洪閘 （閘凈寬30m），建實用堰（堰寬85m），和堰閘結合三種方案。堰閘結合方案閘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，堰型為實用堰。

調洪原則：1）汛前限制水位：考慮充分發揮水庫興利效益，汛前限制水位等于興利水位,即114.22m。2）起調水位：起調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）設計洪水頻率P=5%時，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，經水庫調節后所達到的最高庫水位為控泄水位。其它設計頻率時，在水庫水位小于控泄水位時，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；當水庫水位高于水庫的控泄水位時，閘門全部開啟，自由泄流。

調洪過程：首先進行控泄洪水（P=5%）調洪，確定控泄水位，然后進行設計洪水（P=1%）、校核洪水（P=0.1%）的調洪，確定設計洪水位、校核洪水位等參數。

2.2 調洪成果及經濟效益分析

根據以上溢洪道參數，進行各頻率洪水調度演算，計算成果見表1。

對于實用堰，溢洪閘和堰閘結合三種溢洪道方案對比發現，實用堰方案工程投資省，運行費用低，但不能控制泄流，溢洪閘方案能控制泄流，但工程造價高，運行費用高。堰閘結合方案綜合了二者的優點。據測算，堰閘結合方案比溢洪閘方案可節省工程投資和運行費用20%左右，是值得推廣的一種溢洪道形式。

表1 堰閘結合調洪方案的洪水位、庫容、泄量表

3 結 語

建閘和堰閘結合的溢洪道型式，在有可靠氣象預報條件下，當洪水來臨前，可利用閘底板較低的特點，先將閘底板高程以上的庫容放空，增加防洪庫容，為水庫防洪創造有利條件；另一方面，對中、小洪水進行有效的錯峰、削峰，非常有利于下游河道的防汛安全。在經濟投資上，能有效降低工程投資，減少工程運行管理費用，經濟效益顯著。