對溢洪道有閘門控制水庫調(diào)洪計算的分析

王洪雙，唐春俠

(1. 伊春市西山水業(yè)開發(fā)有限公司，黑龍江 伊春153000;2. 伊春市水務(wù)局，黑龍江 伊春153000)

1 溢洪道上設(shè)有閘門的作用

大中型水庫的溢洪道上設(shè)有閘門控制，其優(yōu)點表現(xiàn)為:

1) 有閘溢洪道的堰頂高程低于正常蓄水位，因此，在庫水位相同時，有閘溢洪道的泄洪能力大于無閘溢洪道。

2) 在同樣滿足下游河道允許安全泄量q允的情況下，有閘控制的防洪庫容比無閘控制的小些，可減少大壩投資和上游淹沒損失。

3) 溢洪道設(shè)置閘門時，水庫特征水位關(guān)系是:正常蓄水位Z蓄高于防洪限制水位Z限，Z限又高于堰頂高程Z堰，見圖1。Z限與Z蓄之間的重復(fù)結(jié)合庫容V結(jié)，在汛期用以防洪，非汛期蓄水興利，可以減小水庫的總庫容。

4) 溢洪道設(shè)有閘門控制泄流，可在區(qū)間來水較大時，利用閘門控制減小水庫下泄量，待區(qū)間洪水減小時，再加大水庫下泄量，使上游洪水與區(qū)間洪水錯開，從而可以有效地削減下游河道的最大流量。

5) 有利于枯水期泄放環(huán)境用水或快速降低水位的需要。

為了提高效益，方便水庫建成后的調(diào)度運用，溢洪道上應(yīng)設(shè)有閘門控制。閘門的總體布置，其尺寸、位置、數(shù)量等均需通過調(diào)洪計算，再經(jīng)過方案比較，綜合分析才能確定［1］。

2 水庫溢洪道設(shè)置閘門的調(diào)洪計算

2.1 擬定防洪計算方案

溢洪道有閘門控制時，與防洪計算方案有關(guān)的因素很多，例如溢洪道寬度B 及Z堰、Z門、Z限等。另外，啟用非常泄洪設(shè)施時，還要考慮其位置、類型、規(guī)模以及啟用水位等因素。最常見的方法有: ①當(dāng)閘門頂以上不設(shè)胸墻時，門頂高程Z門應(yīng)略高于正常蓄水位Z蓄。②溢洪道堰頂高程Z堰與Z門的關(guān)系為Z堰=Z門－h(huán)門，式中h門為閘門高度，應(yīng)以結(jié)構(gòu)設(shè)計允許的最大高度為限，還應(yīng)結(jié)合溢洪道附近的地形、地質(zhì)條件擬定Z堰的比較方案。③防洪限制水位Z限是水庫在汛期允許維持的上限水位，即在每場洪水過后，要盡快使之恢復(fù)到該水位，以便迎接下場洪水，因此，又稱汛期限制水位。在調(diào)洪計算時，它時調(diào)節(jié)計算起始水位，又稱起調(diào)水位。

溢洪道設(shè)有閘門時，Z限一般低于Z蓄而高于Z堰，見圖1。不難看出，Z限與Z蓄之間的共用庫容V結(jié)是水庫防洪與興利蓄水的共用部分，因此，Z限是關(guān)系到防洪渡汛與蓄水興利的核心，是水庫調(diào)度運用中關(guān)鍵的指標(biāo)之一。在規(guī)劃設(shè)計時，Z限也是影響水庫規(guī)模的重要因素之一。

從防洪角度看，Z限定得低些，V結(jié)大些，這樣可使Z設(shè)、Z校降低，從而降低工程造價，但是，Z限定得太低，會使興利供水得不到保證，又是絕對不允許的。因此，在規(guī)劃設(shè)計時，正確確定Z限的基本指導(dǎo)思想是在不破壞設(shè)計保證年所要求的供水原則下取最低值，用此原理便可通過試算求得Z限。

另外，還可采用簡單估算的方法求Z限，即由共用的結(jié)合庫容大小，根據(jù)水庫在汛后可回蓄的余水量大小而定。因此，防洪限制水位在設(shè)計條件下，是將正常蓄水位相應(yīng)的庫容減去汛后至來年供水開始前可回蓄的水量，查庫容曲線即可求得水庫的防洪限制水位。這里的汛末回蓄水量包括兩部分，一部分是本年主汛期后期的洪水尾巴，另一部分是下一年初的灌溉興利開始前的天然來水量。我國東北山區(qū)的中小河流春汛徑流比較大，是寶貴的可供回蓄水量，應(yīng)該充分加以利用。當(dāng)主汛后至下年汛前仍有興利用水時，應(yīng)將這部分用水量在可回蓄水量中扣掉。

2.2 擬定汛期控制運用方式

有閘門控制溢洪道，隨著閘門的啟閉，泄流的狀態(tài)也有所不同，當(dāng)閘門部分開啟時為控制泄流，當(dāng)閘門全開時則為自由泄流。因此，需要事先確定汛期的控制運用規(guī)則與方式，才能進(jìn)行調(diào)洪計算。

水庫控制運用方式，隨水庫具體情況和承擔(dān)的任務(wù)不同而各不相同。規(guī)劃設(shè)計階段，一般采用較簡單的情況，即不考慮水文預(yù)報時進(jìn)行防洪調(diào)節(jié)。其汛期控制運用方式采取控制固定泄流和自由泄流相結(jié)合，并以庫水位的變化作為改變泄流量的依據(jù)。水庫汛期控制運用方式如下:

1) 首先當(dāng)入庫洪水為相應(yīng)下游防洪標(biāo)準(zhǔn)洪水時，泄洪開始，起調(diào)水位為Z限，初始階段Q≤q限，( q限為汛限水位時溢洪道的泄洪能力) ，為保持庫水位不變，確保興利要求，應(yīng)控制閘門開度，按q=Q 下泄。

2) 當(dāng)入庫洪水流量Q 繼續(xù)增加，Q ＞q限時，為保證下游安全的條件下盡快排洪，閘門全部打開自由泄流，此時下泄量仍小于q允。

3) 當(dāng)下泄量繼續(xù)增加，達(dá)到下游允許安全泄量q允時，逐漸關(guān)閉閘門控制固定泄流，即使q =q允，以保證下游防洪要求，此時入庫洪水仍大于下泄流量，則庫水位繼續(xù)上漲，達(dá)到最大時即為防洪庫容，相應(yīng)水位即為防洪高水位Z防。

4) 當(dāng)入庫洪水為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時，該標(biāo)準(zhǔn)洪水已超過下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，由于無水文預(yù)報，水庫控制運用過程開始仍按下游防洪標(biāo)準(zhǔn)洪水操作，直到水位達(dá)到Z防為止，此后入庫洪水仍然是Q ＞q允，庫水位繼續(xù)上漲，說明該次洪水已超過了下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，不能再保證下游的安全，而應(yīng)以保證大壩本身安全為主，故控制運用改為再次閘門全開，轉(zhuǎn)入自由泄流，直至出現(xiàn)最大庫容和最高水位。

5) 當(dāng)入庫洪水為校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時，如同前面方法一樣，仍按分級進(jìn)行調(diào)洪演算。

2.3 調(diào)洪計算與方案比較

對于某一擬定的溢洪道寬度B、堰頂高程和Z限方案，以及確定的運用方式，應(yīng)分別對下游防洪標(biāo)準(zhǔn)洪水、水庫本身設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水和校核標(biāo)準(zhǔn)洪水進(jìn)行調(diào)洪演算，即可得到各種方案的相應(yīng)V防、設(shè)計調(diào)洪庫容V設(shè)以及校核調(diào)洪庫容V校。同時也可求得相應(yīng)的水庫防洪高水位Z防、設(shè)計洪水位Z設(shè)及校核洪水位Z校。具體調(diào)洪計算方法，在自由泄流階段可采用半圖解法，在控制泄流階段采用列表法，這里不做詳細(xì)計算。

有了各種方案的Z設(shè)、Z校后，就可以確定壩高。之后進(jìn)行各方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的最佳方案。

［1］王秋梅，付強(qiáng)，徐淑琴，王立坤. 水庫調(diào)洪計算方法的發(fā)展［J］. 農(nóng)機(jī)化研究，2006(06) :56 －57.