申村水庫除險加固洪水調節計算

楊丙魁

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 項目概況

申村水庫位于海河流域濁漳河南源上游，地處長子縣石哲鎮申村以東，距長子縣城3.0 km，控制流域面積236.2 km2，是一座集防洪、灌溉、水產養殖等綜合利用的年調節中型水庫。現狀水庫樞紐工程由大壩（主壩、副壩）、溢洪道、輸水洞（灌區渠首）、引水涵臥管等組成。水庫于1958年4月動工興建，當年8月建成蓄水。1974年、1988年先后對大壩和溢洪道進行過兩次改造。原設計洪水標準為100年一遇，無校核標準。1989年水庫除險加固后，設計防洪標準為100年一遇設計，1 000年一遇校核。

申村水庫擔負著長子縣石哲、南陳、大堡頭、丹朱、宋村、南漳6個鄉（鎮）37個行政村3萬余人，0.23萬hm2農田，以及下游的太焦鐵路、長晉高速公路、鄉鎮公路、長子縣化肥廠、西南呈煤礦等廠礦的防洪任務。同時作為申村灌區的灌溉水源，灌溉漳澤水庫以西、濁漳南源以北、雍河以南的0.27萬hm2平川地，此外，還向惠豐機械廠提供一部分工業用水。

建庫以來，申村水庫為保證人民生命財產安全和農業生產做出了貢獻，發揮了一定的經濟效益和社會效益。但由于水庫運行多年，心墻頂高程低于設計洪水位，取水建筑物損壞嚴重，且水庫現狀防洪標準達不到設計防洪標準，因此必須對申村水庫重新進行洪水調節計算。

2 洪水調節計算

2.1 設計洪水標準

申村水庫原設計總庫容3 381萬m3，經調洪計算后設計總庫容3 445萬m3。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，申村水庫樞紐屬中型Ⅲ等水利樞紐工程，主要建筑物為3級，水庫設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準1 000年一遇。

2.2 基本資料

洪水調節計算的基本資料包括設計洪水過程線、水位—庫容曲線、水位—泄量曲線、水庫調度原則等。

設計洪水過程線采用《山西省暴雨洪水計算實用手冊》進行分析計算，計算結果為50年一遇洪水的洪峰流量為1 722 m3/s；1 000年一遇洪水的洪峰流量為2 975 m3/s。

水位—庫容曲線采用2030年規劃水平年的庫容曲線。

申村水庫現有3孔溢洪道，每孔寬10 m。除險加固設計改建泄洪設施方案有兩種。方案一：溢洪道加寬方案。即在原有申村水庫的泄洪設施基礎上，增加溢洪道；方案二：泄洪洞方案。即在原有申村水庫的泄洪設施基礎上，增加泄洪洞。

申村水庫洪水調節的起調水位為950 m，調度原則為：當汛期有洪水入庫時，水庫水位超過起調水位時，在不超過入庫洪峰的情況下按最大泄洪能力下泄，直到水庫水位回落到起調水位。

2.3 計算方法及結果

調洪計算采用靜庫容法、水庫水量平衡方程進行，水庫水量平衡方程如下：

式中：I1，I2——Δt時段始、末入庫流量，m3/s；

O1，O2——Δt時段始、末出庫流量，m3/s；

V1，V2——Δt時段始、末水庫蓄水量，萬m3；

Δt——計算時段，萬s。

上列水量平衡方程采用試算法求解。

根據申村水庫設計洪水過程線、水位—庫容曲線和水位—泄量曲線，按照調度原則，通過水庫水量平衡方程計算，推求出申村水庫的特征水位和相應最大下泄流量。計算結果為：方案一的50年一遇洪水位為951.32 m，相應最大泄量1 046 m3/s，1 000年一遇洪水位為953.16 m，相應最大泄量1 536 m3/s；方案二的50年一遇洪水位為951.12m，相應最大泄量1065m3/s，1 000年一遇洪水位為953.12 m，相應最大泄量1 489 m3/s。

3 方案比選

經過洪水調節計算，對兩個方案進行比選如下：方案一溢洪道在原基礎上加一孔，凈寬4 m×10 m，堰頂高程不變；溢洪道新增一扇弧形鋼閘門及相應的啟閉設備，更換疊梁檢修門及啟閉設備。當水庫遭遇50年一遇洪水時，可削減39%的洪峰，當水庫遭遇1 000年一遇洪水時，可削減48%的洪峰。

方案二溢洪道規模維持現狀；拆除原壩下涵洞及其進口漿砌石結構，在原涵洞位置布置泄洪洞，進口設塔式進水塔，塔內設平板事故檢修門和工作門，孔口尺寸5 m×5 m，塔后接城門洞形無壓洞，凈高7 m，凈寬5 m。當水庫遭遇50年一遇洪水時，可削減38%的洪峰，當水庫遭遇1 000年一遇洪水時，可削減50%的洪峰。

以上兩個方案的削峰率相當，均可解決水庫防洪標準不達標的問題。方案一的土石方開挖量大，工程投資比方案二多，但金屬結構相對簡單；方案二的土石方開挖量較小，而且易解決棄渣問題，泄洪洞的進口高程較低，有利于延長水庫壽命。方案一工程總投資4 624.51萬元；方案二工程總投資4525.89萬元。

經綜合比較，方案二工程投資相對較少，土石方量較少，雖存在圍堰施工難度大、設計標準高的問題，但可徹底解決壩下涵洞及其進口存在的問題；泄洪洞進口高程低，可以延長水庫壽命，有利于水庫的運行管理，因此建議采用方案二，即泄洪洞方案。

4 結語

申村水庫除險加固后，能更好地保護下游群眾生命財產及各重要設施的安全，對緩解當地水資源供需矛盾具有深遠的歷史意義和現實意義，同時對促進工農業發展，生態環境的改善，乃至旅游業的發展，都必將起到積極的促進作用。因此，對申村水庫的除險加固非常重要，勢在必行。