某工程庫尾伏流采取工程措施后設計洪水計算

劉冬梅，楊 周

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

某工程庫尾伏流采取工程措施后設計洪水計算

劉冬梅，楊 周

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002)

貴州省巖溶發育，峰叢、洼地眾多，河流明暗交替現象十分普遍。若庫區某些伏流段阻水嚴重，為保證上游重要鄉鎮不受淹，需采取工程措施對伏流卡口段進行處理。當采取工程措施后，洪水變得相對暢通，因此與天然情況下的洪水計算有較大的差別。文章對庫尾伏流采取工程措施后的設計洪水計算進行了探討，以期對類似的工程有所幫助。

庫尾伏流；工程措施；設計洪水

0 前 言

某水利樞紐工程位于貴州省畢節市與遵義市境內。位于水庫庫尾、壩址上游約39～45km處，有3段伏流(暗河)，分別為大天橋、中天橋及小天橋暗河，中、小天橋河段從大天橋進口至小天橋出長約6km。大、中、小天橋伏流均不同程度存在卡口段，阻礙上游洪水順利通過。

水庫建成后，隨著小天橋出口水位的抬高，伏流段過洪能力將會變得更小。為保證水庫 20a一遇洪水回水不影響上游大河鄉，設計擬采取大中天橋分洪隧洞+小天橋明渠方案對伏流卡口段進行處理，隧洞各2條，長度約為 2.8km，斷面為12×18.1m；明渠長度約為 0.5km，斷面為25×23m。

1 流域慨況

六沖河為烏江最大的一級支流，全長273.4km，全流域面積10665km2。六沖河干流大致以赫章以上劃為上游河段，河谷較開闊，赫章至瓜仲河水文站為中游河段，河谷深切，巖溶相當發育，明暗相間，有多處伏流段，其中赫章縣城至七星關河段長32km，有大小伏流6處，分別為卡上，豬爬巖，毛家洞，大、中、小天橋伏流，總長約8km。梯子巖至瓜仲河水文站河段長7km，有伏流數處，其中最長的梯子巖伏流長3km，現已開發為貴州省風景名勝區(九洞天)，瓜仲河以下至河口為下游河段，河谷地形開闊，束放相間，其間伍佐河口、六圭河、寄仲壩地形開闊，階地發育(已為洪家渡電站水庫庫區)[1]。

某水利樞紐工程壩址位于長江流域烏江支流六沖河干流的中游河段上，壩址以上集水面積 4312km2。

受水區位于畢節市、大方、黔西、金沙、納雍、織金、赫章6縣和遵義市城區及仁懷市。受水區地處云貴高原向東部低山丘陵過渡的斜坡地段，地形以山地高原為主。區內河流屬山區雨源型河流，源短流細，巖溶發育，地表和地下水滯蓄能力差，水資源量小，開發利用程度有限，因此水利化程度和保證率不高，旱災頻繁。

2 設計依據站洪水頻率計算

經分析，以壩址上游的六沖河干流上的七星關水文站(F=2999km2)、壩址下游的六沖河干流控制站洪家渡站(F=9456km2)和支流白甫河上的對江站(F=1944km2)為設計依據站。各站設計洪水用頻率法計算，經過目估適線確定三站洪峰洪量系列的參數采用值[2]。

3 伏流削峰作用分析

六沖河干流上暗河溶洞分布廣，在干流以上比較大的伏流有卡上、豬爬巖、毛家洞、大天橋、中天橋、小天橋、梯子巖伏流。其中七星關站受伏流影響，造成洪峰模數為全省的最低值[3]。

根據調查分析，大花水河段毛家洞洞口最大出流能力僅400m3/s；1983年較大洪水在大天橋進口和小天橋出口處水位差比測時水位差高19m，說明較大洪水時天橋伏流壅水嚴重。

根據分析，天橋伏流削峰能力在20%～35%(P=5%～1%)，常年洪水削峰能力很小。其中大花水斷面上游1km處即為毛家洞出口，斷面以上集水面積 1300km2，大天橋入口處集水面積 2910km2，大天橋入口～小天橋出口區間集水面積55km2，大花水～大天橋區間集水面積 1610km2，七星關站集水面積 2999km2。天橋伏流削峰計算成果見表1。

表1 天橋伏流削峰計算成果表

4 壩址設計洪水計算

壩址設計洪水計算考慮天然、天橋伏流暢通、考慮連通洞作用3種情況進行分析計算。

4.1 大天橋伏流入口及天橋伏流暢通情況下七星關站設計洪水計算

根據上述伏流削峰能力分析，2a一遇左右的洪水，大、中、小天橋基本暢通，故考慮七星關站常年一遇洪水(≤700m3/s)情況下，大天橋伏流入口和七星關站洪水流量相一致。

七星關站≤700m3/s的洪峰流量與伏流入口處的調查歷史洪水合并，組成大天橋伏流入口處洪峰流量系列，點繪得到伏流入口～七星關站同期年洪峰流量的線性相關關系曲線，相關系數為0.99，相關性好[4]。

關系式為：

Q大天橋入口=(Q七星關-361.59)/0.5256

(1)

根據上式插補得到大天橋伏流入口歷年的洪峰流量，采用頻率法經過目估適線，得到大天橋伏流入口處的洪峰系列參數采用值。

將大天橋伏流入口處設計洪水成果按面積比移至七星關站斷面，比擬系數為1.03，得到暢通情況下即不受伏流影響的七星關站斷面設計洪水成果，見表2。

表2 大天橋伏流入口及暢通情況下七星關站設計洪水成果表

備注：伏流入口、七星關站設計洪量成果一致

4.2 天然情況下壩址設計洪水

據七星關和洪家渡兩站同頻率設計洪水峰、量值，推算峰、量面積比指數，壩址年最大洪峰流量依據七星關站設計洪水按加大10%的洪峰面積比指數推算到壩址[5]。

4.3 考慮連通洞作用壩址設計洪水

本工程庫尾分布的大、中、小天橋3段伏流進、出口河床高程在1294～1274m，地面最高高程在1400～1350m，水庫蓄水后伏流洞段有可能部分或全部淤堵；伏流洞段存在因排水不暢和受泥沙淤積影響而形成庫中庫的可能。設計擬在伏流河段采取大中天橋分洪隧洞+小天橋明渠方案降低對上游壅水的影響[6]。

考慮連通洞的設計洪水按天橋伏流不過流、連通洞過流情況下進行計算。

根據連通洞的滯洪能力，對伏流入口進行調洪計算，其下泄流量與連通洞出口～壩址區間設計洪水相疊加，得到設計洪水過程[7]。

經連通洞滯洪后，壩址處校核洪水洪峰流量為5090m3/s(0.02%)，考慮到水庫運行初期，伏流和連通洞共同泄流，本階段考慮校核頻率洪峰、洪量同時加大10%，加大后校核洪水洪峰流量為5600m3/s。

4.4 天橋伏流暢通情況下壩址設計洪水

天橋伏流暢通情況即不考慮天橋伏流影響。暢通情況與現狀情況洪量相同。設計洪峰流量計算采用兩種方法比較，經比較，最終采用不考慮伏流影響的七星關站設計洪水按面積比指數推算到壩址處成果[8-9]。

4.5 推薦采用的壩址設計洪水成果

水庫運行初期，伏流和連通洞共同泄流，壩址設計洪水考慮按天橋伏流暢通情況計算，校核頻率洪峰、洪量同時加大10%，得到水庫壩址處校核洪峰流量為7050m3/s。通過調洪計算，水庫最大下泄流量為3310m3/s，水庫校核洪水位為1326.06m。考慮連通洞情況下校核洪水位抬高0.45m。成果是偏安全的[10]。詳見表3。

表3 水庫壩址設計洪水成果表

備注：連通洞和暢通情況下P=0.02%設計洪峰、洪量加大10%

5 結 語

設計洪水計算是一項重要且復雜的工作，計算的設計洪水的大小，直接關系到工程的安全。貴州省巖溶發育，河流明暗交替現象頻現。當對庫區伏流卡口斷面采取工程措施后，洪水變得相對暢通，與天然情況下的洪水計算有較大的差別。因此，設計人員除重視洪水調查，開展必要的水文地質調查外，還必須結合流域的水文資料情況，選擇多種方法來進行分析比較，最終選擇對工程安全有利的設計洪水成果。

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1007-7596(2014)03-0100-03

2013-05-18

劉冬梅(1968-)，女，重慶人，高級工程師，從事水資源水文專業工作；楊周(1982-)，男，貴州都勻人，工程師，從事水文水資源專業工作。

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