混凝土翻板閘設(shè)計(jì)洪水計(jì)算及泥沙特性分析

鄒立博

（遼寧省凌源市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，遼寧凌源122500）

混凝土翻板閘設(shè)計(jì)洪水計(jì)算及泥沙特性分析

鄒立博

（遼寧省凌源市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，遼寧凌源122500）

結(jié)合遼寧省雹神廟水文站的設(shè)計(jì)洪水成果，采用水文比擬法，確定叨爾登閘址的設(shè)計(jì)洪水情況。通過(guò)分析流域的暴雨洪水特性，計(jì)算歷史洪水重現(xiàn)期和洪峰頻率，據(jù)此對(duì)混凝土翻板閘進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，進(jìn)而確定施工期的設(shè)計(jì)洪水，并對(duì)該流域的泥沙特性進(jìn)行分析，得出了懸移質(zhì)輸沙量年內(nèi)分配情況，為今后混凝土翻板閘的洪水設(shè)計(jì)提供參考。

混凝土；翻板閘；洪水設(shè)計(jì)；泥沙特性

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.017

1 工程概況

青龍河流域地處燕山山脈東段，蜿蜓于群山之中，叨爾登水閘位于青龍河干流上。河道全長(zhǎng)246km，流域總面積6500km2，遼寧省境內(nèi)53.3km、流域面積1633km2，叨爾登水閘上游流域面積1101km2。叨爾登水閘擋水壩段長(zhǎng)178m，其上修建27孔滑塊式水利自動(dòng)翻板閘總長(zhǎng)176m和2m的過(guò)水溢流壩。沖沙閘、進(jìn)水閘各1座位于壩體右側(cè)，壩體左岸加固堤防500m（上游300m、下游200m），壩體右岸修建5m寬砂石路面上壩防汛路725m。其178m擋水壩段上有4孔7m共計(jì)28m的混凝土翻板閘，堰頂高程328.00m、擋水高度3.0m，翻板閘左側(cè)60m、右側(cè)90m均為溢流壩體。由于該混凝土翻板閘年久失修，管理部門(mén)擬對(duì)其進(jìn)行加固處理。

2 設(shè)計(jì)洪水成果分析

2.1 洪水特征值分析

青龍河在遼寧省境內(nèi)設(shè)有雹神廟水文站，該站位于遼寧省凌源縣雹神廟鄉(xiāng)，東經(jīng)119°04’，北緯40°55’，于1958年設(shè)立，1962年撤消，1978年6月恢復(fù)測(cè)流，又于1992年底撤消。水文站控制流域面積454km2。另在青龍河流域建有4個(gè)（已撤銷(xiāo)1個(gè)）雨量站和3個(gè)汛期雨量站。在青龍河流域東側(cè)附近的大凌河西支上設(shè)有哈巴氣水文站，實(shí)測(cè)資料系列較長(zhǎng)。哈巴氣水文站位于遼寧省凌源縣烏蘭白鄉(xiāng)北哈巴氣村，控制面積1846km2。

雹神廟站有實(shí)測(cè)資料年份為1958～1961年、1978～1992年，資料系列較短，需插補(bǔ)延長(zhǎng)洪水資料。本文采用臨近流域哈巴氣水文站為相關(guān)站，對(duì)雹神廟水文站的洪水資料進(jìn)行了插補(bǔ)延長(zhǎng)，得到了至今共51年的洪水系列資料。在雹神廟河段共調(diào)查到1938年、1949年、1962年3次洪水，洪峰流量分別為2770m3/s、2200m3/s、1910m3/s。

2.2 洪峰頻率計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)記載，歷史洪水在鄰近大凌河流域上有1886年、1930年、1949年、1962年，而青龍河僅在1979年做過(guò)歷史洪水調(diào)查，查到的歷史洪水有1938年、1949年和1962年。可以看出大凌河發(fā)生大洪水時(shí)，青龍河亦有大洪水發(fā)生，兩流域比較一致。因此洪水重現(xiàn)期也按1886年至今130年考慮。

根據(jù)歷史洪水分析：認(rèn)為1886年以來(lái)青龍河大洪水有1886年、1938年、1949年、1962年，1886年沒(méi)有數(shù)據(jù)，按大于其它3年考慮，第1位空出，故1938年排在第2位，1949、1962年分別按順序排在第3、4位。實(shí)測(cè)洪峰系列1957～2015年計(jì)58年，1962年提出后，其他各年按連序系列處理［1］。洪峰頻率計(jì)算基于繪線讀點(diǎn)補(bǔ)矩法，變差系數(shù)Cs取偏差系數(shù)Cv的3倍，線型按PⅢ型曲線，Cv參數(shù)根據(jù)適線情況確定［2_4］。雹神廟站洪峰經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算見(jiàn)表1，頻率曲線如圖1所示。

表1 雹神廟水文站設(shè)計(jì)洪峰流量成果表（m3/s）

圖1 雹神廟站洪峰流量頻率曲線

2.3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)雹神廟水文站的設(shè)計(jì)洪水成果，采用水文比擬法對(duì)混凝土翻板閘進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。計(jì)算式為［5］：

式中：Q設(shè)為閘址設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；F設(shè)為閘址以上控制流域面積，km2；F參為參考站控制面積，km2；Q參為參證站設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s。

已知雹神廟水文站控制面積為454km2，叨爾登水閘控制面積為1101km2。代入上式得：Q設(shè)=1.805Q參。

由此計(jì)算出叨爾登水閘設(shè)計(jì)洪水成果，20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為2440m3/s。50年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)洪峰流量為4350m3/s。而在叨爾登水閘1984年的原設(shè)計(jì)中，系采用桃林口水文站的系列洪水分析成果，其統(tǒng)計(jì)參數(shù)為多年平均洪峰流量1808m3/s，Cv=1.26，Cs=2Cv［6］。桃林口站控制面積5250km2，叨爾登閘控制面積1101km2，采用水文比擬法計(jì)算得出叨爾登閘20年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為2224m3/s，50年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為3090m3/s。2組設(shè)計(jì)洪水成果比較，20年一遇成果接近，50年一遇洪水原設(shè)計(jì)值偏小。經(jīng)分析認(rèn)為：原設(shè)計(jì)采用的洪水系列較短，缺失歷史洪水資料，頻率分析參數(shù)不盡合理。而雹神廟水文站的設(shè)計(jì)洪水成果與叨爾登水閘的相關(guān)系數(shù)較大，且在地區(qū)綜合設(shè)計(jì)洪水成果比較中關(guān)系較好，如圖2所示。

圖2 雹神廟站與鄰近站設(shè)計(jì)洪峰與面積關(guān)系

水閘施工期洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按規(guī)范要求為5年一遇，該汛前設(shè)計(jì)洪峰流量為171m3/s，汛期設(shè)計(jì)洪峰流量為543m3/s，汛后設(shè)計(jì)洪峰流量為54.2 m3/s。具體設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表2。

表2 水閘施工期設(shè)計(jì)洪水成果表（單位：m3/s）

3 泥沙特性分析

叨爾登水閘運(yùn)行多年來(lái)，沒(méi)有泥沙觀測(cè)記錄，由于大水時(shí)開(kāi)啟沖沙閘放水沖沙，大量泥沙被帶走，因此，也不能從閘前淤積形態(tài)計(jì)算泥沙量。本次泥沙分析系參照青龍河上游雹神廟水文站的泥沙分析成果。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，雹神廟站多年平均實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙量為49.32萬(wàn)t，多年平均含沙量為17.04kg/m3。由于雹神廟站實(shí)測(cè)泥沙資料系列較短，需要插補(bǔ)延長(zhǎng)。分別對(duì)雹神廟站汛期和非汛期的徑流量～輸沙量做出相關(guān)關(guān)系，其多年平均懸移質(zhì)輸沙量為63.26萬(wàn)t，多年平均含沙量為18.94 kg/m3。懸移質(zhì)泥沙特征值見(jiàn)表3。

表3 雹神廟水文站懸移質(zhì)泥沙特征值表

青龍河泥沙在時(shí)間分布上具有北方河流的明顯特點(diǎn)，即年際年內(nèi)的不均勻性。年實(shí)測(cè)最大輸沙量出現(xiàn)在1959年，雹神廟水文站輸沙量為191.37萬(wàn)t，最小輸沙量出現(xiàn)在1992年，雹神廟水文站輸沙量為0.76萬(wàn)t，最大最小值比為253.2。沙量的年內(nèi)分配比水量分配更為集中，汛期的水量占全年的比重為56.35%，而沙量則占98.75%。

叨爾登閘址位于雹神廟水文站下游，該處無(wú)泥沙觀測(cè)資料。閘址處的泥沙來(lái)量仍參考雹神廟水文站的泥沙分析成果。根據(jù)雹神廟水文站的泥沙分析，其多年平均懸移質(zhì)輸沙量為63.26萬(wàn)t。雹神廟水文站控制面積為454km2，計(jì)算其年均輸沙模數(shù)為1393t/km2。叨爾登閘址處控制面積為1101km2，采用雹神廟水文站分析的懸移質(zhì)輸沙模數(shù)計(jì)算閘址處的多年平均懸移質(zhì)輸沙量為153.37萬(wàn)t。年內(nèi)分配見(jiàn)表4。

據(jù)青龍河的泥沙特點(diǎn)，閘址處的推移質(zhì)輸沙量按懸移質(zhì)輸沙量的15%考慮，計(jì)算得閘址處的多年平均推移質(zhì)輸沙量為23.0萬(wàn)t。

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鄒立博（1984年—）男，工程師。