清原縣灣甸子二號(hào)攔河閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

李書博

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院,遼寧 沈陽 110003)

清原縣灣甸子二號(hào)攔河閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

李書博

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院,遼寧 沈陽 110003)

摘要：灣甸子二號(hào)攔河閘采用遼寧省水文水資源勘測局1998年8月編制的《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》計(jì)算。通過徑流量計(jì)算、年徑流分配、洪水計(jì)算等為建筑物確定工程標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：灣甸子；二號(hào)攔河閘；設(shè)計(jì)徑流量；設(shè)計(jì)洪水

1灣甸子二號(hào)攔河閘工程概況

灣甸子二號(hào)攔河閘工程由清原滿族自治縣水利勘測設(shè)計(jì)室設(shè)計(jì)，工程建于1981年，運(yùn)行至今已有32 a。期間遭遇1995年、2005年洪水，后又經(jīng)修復(fù)。2013年8月16日攔河閘再次遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水襲擊，洪水將原38 m河道拓寬，該河段最大寬度達(dá)82 m，左岸堤防大部分被沖毀；攔河閘被沖毀長度達(dá)3 m，閘前淤積嚴(yán)重，河床抬高至堰頂，下游消能措施全部沖毀；左側(cè)邊墻沖毀，右邊墻漿砌石底部有淘空現(xiàn)象，接縫砂漿脫落；左岸邊墻受水流沖刷破損嚴(yán)重，靠近臨時(shí)性砂堤側(cè)漿砌石剝蝕脫落，刺墻被洪水沖毀倒塌，剩余段邊墻產(chǎn)生較大的豎向裂縫，下游端有傾倒的傾向；左岸進(jìn)水閘及渠道全部被沖毀。為保證今后灌溉要求，解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，對(duì)攔河閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

灣甸子河是渾河上游紅河的主要支流，由地車溝河、冰湖溝河兩條河流匯合而成，紅河流域的地勢(shì)是南高北低，流域現(xiàn)狀呈上寬下窄，流域內(nèi)群山環(huán)抱，植被良好，上游為山地，海拔高程一般在420～760 m之間，山勢(shì)陡峻險(xiǎn)要，下游相對(duì)平緩。

灣甸子河主要蓄水工程有后樓水庫(中型水庫)，水庫控制流域面積81 km2，壩址上游河道長度為15.3 km，是清原縣四大河流之一的渾河發(fā)源地。灣甸子二號(hào)攔河閘以上集水面積為124.35 km2，河道長度20.1 km，河道平均比降為9.86‰，河道現(xiàn)狀寬度為38 m。后樓水庫集水面積81 km2，壩扯以上河長15.3 km，最大壩高18.3 m。總庫容為14.63×106m3，校核水位為483.38 m，設(shè)計(jì)庫容為11.74×106m3，設(shè)計(jì)水位為481.8 m，正常高水位為481.5 m，汛限水位為478.3 m。

紅河流域面積850 km2，四道河子水文站是紅河唯一的控制站，建于1938年11月，觀測時(shí)間到1992年12月，四道河子水文站控制面積834 km2。由于灣甸子二號(hào)閘閘址以上集水面積與四道河子水文站控制面積相差超過15%，因此不采用面積比法進(jìn)行水文計(jì)算[1-2]。

本次計(jì)算采用遼寧省水文水資源勘測局1998年8月編制的《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》計(jì)算。

2設(shè)計(jì)徑流量計(jì)算

本次設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算以《水資源二次評(píng)價(jià)》中所給出的附表和附圖資料為依據(jù)。根據(jù)《水資源二次評(píng)價(jià)》中1956—2000年多年平均徑流深等值線圖查得灣甸子二號(hào)閘控制流域內(nèi)多年平均徑流深為300 mm，多年平均徑流量為3730.5萬m3。各保證率天然年徑流量成果見表1。

徑流年內(nèi)分配系數(shù)采用《水資源二次評(píng)價(jià)》中成果。根據(jù)《水資源二次評(píng)價(jià)》，紅河流域?qū)儆诖蠡锓克畮煲陨蠀^(qū)間，離紅河較近的代表站為占貝站，Cv=0.54，Cs= 2Cv，年徑流分配成果見表2。

表1　各保證率天然年徑流量成果表

表2　年徑流分配成果

3攔河閘設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

3.1后樓水庫設(shè)計(jì)洪水

3.1.1設(shè)計(jì)洪水成果

后樓水庫控制流域面積81 km2，占紅河流域面積的9.5%，壩址以上河道長度15.3 km，河道平均比降14.4‰。

采用設(shè)計(jì)洪峰成果見表3，設(shè)計(jì)洪水過程線見表4。

3.1.2調(diào)洪演算成果

(1)庫容曲線及泄量曲線

后樓水庫庫容曲線及泄量曲線采用2008年松遼委《關(guān)于遼寧省后樓水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)的復(fù)核的函》(松遼規(guī)計(jì)〔2008〕299號(hào))中的審批成果。成果見圖1、表5。

(2)后樓水庫調(diào)洪演算原則

水庫防洪限制水位478.30 m，起調(diào)水位定為防洪限制水位。溢洪道閘門運(yùn)用原則為6月1日進(jìn)入汛期開啟閘門，9月20日汛期結(jié)束，落閘蓄水，因此水庫泄洪為無閘門控制。

(3)后樓水庫調(diào)洪演算成果采用2008年松遼委《關(guān)于遼寧省后樓水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)的復(fù)核的函》(松遼規(guī)計(jì)〔2008〕299號(hào))中的審批成果，成果見表6。

表3　后樓水庫設(shè)計(jì)洪峰成果表

表4　后樓水庫設(shè)計(jì)洪水過程線成果表

圖1　后樓水庫水位～庫容面積曲線圖(H～V、H～A)

水位/m堰上水頭/m流量系數(shù)mεδM單寬流量/(m3·s-1)泄量/(m3·s-1)478.30.0001.00001.000.0000.000.00478.80.500.39680.99531.001.7490.6218.55479.31.000.41510.99071.001.8221.8254.65479.81.500.42620.98601.001.8623.42102.59480.32.000.43430.98131.001.8885.34160.18480.82.500.44070.97671.001.9067.54226.06481.33.000.44590.97201.001.9209.98299.28481.83.500.45040.96730.961.85312.13363.96482.34.000.45200.96270.961.85014.80444.02482.84.500.44700.95800.941.78317.02510.58483.35.000.44280.95330.941.75819.65589.57483.85.500.43930.94870.941.73522.38671.48484.36.000.43630.94400.931.69724.94748.06

表6　后樓水庫洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

3.2灣甸子二號(hào)閘設(shè)計(jì)洪水

灣甸子二號(hào)閘采用后樓水庫下泄流量與下游后樓-攔河閘區(qū)間洪水疊加之和[3]。設(shè)計(jì)洪峰成果見表7。

3.3施工期洪水

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)的時(shí)間安排、氣候特點(diǎn)及施工要求，施工期洪水分為汛前(3—5月)、汛期(6—9月上旬)、汛后(9月中旬—11月)，確定施工時(shí)段為汛前3—5月，汛后9月中旬—11月。

施工期水文汛前期和汛后期的分析方法是在2008年撫順市水利勘測設(shè)計(jì)研究院編制完成的《后樓水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中的施工期洪水成果的面積比的2/3次方進(jìn)行分析計(jì)算的，《后樓水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》已通過松遼委專家組的審查[4]。灣甸子二號(hào)閘施工期洪水成果見表8。

表7　洪峰流量成果表 　m3/s

表8　灣甸子二號(hào)閘施工汛前期和汛后期洪水成果表　m3/s

4灣甸子二號(hào)攔河閘工程任務(wù)及標(biāo)準(zhǔn)

4.1灣甸子二號(hào)攔河閘工程任務(wù)

灣甸子二號(hào)攔河閘建成后解決閘址下游53.33 hm2農(nóng)田的蓄水灌溉問題，工程加固改建后，攔河閘滿足規(guī)范要求的泄洪能力。

4.2灣甸子二號(hào)攔河閘工程標(biāo)準(zhǔn)

灣甸子二號(hào)攔河閘位于灣甸子鎮(zhèn)省實(shí)驗(yàn)林場南側(cè)的灣甸子河上，該工程主要作用為滿足閘址下游53.33 hm2農(nóng)田的灌溉任務(wù)。根據(jù)水文計(jì)算結(jié)果，水閘按10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的洪峰流量為439.77 m3/s。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 265-2001)中第2.1.1、2.1.2及2.1.3條款規(guī)定，水閘最大過閘流量為1000～100 m3/s時(shí)，水閘工程等別為Ⅲ等，相應(yīng)主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。由于攔河閘下游主要為村屯及農(nóng)田，工程失事后損失較小，根據(jù)清原縣水務(wù)局相關(guān)降級(jí)文件，將主要建筑物級(jí)別降低1級(jí)為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5級(jí)。

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252-2000)中3.1.2條款規(guī)定：“當(dāng)山區(qū)、丘陵區(qū)的水利水電工程永久性水工建筑物的擋水高度低于15 m，且上下游最大水頭差小于10 m時(shí)，其洪水標(biāo)準(zhǔn)宜按平原、濱海區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定。”由此確定灣甸子二號(hào)攔河閘主要建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20～10 a一遇洪水，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50～30 a一遇洪水。本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)取下限，設(shè)計(jì)洪水為10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，校核洪水為30 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，消能防沖建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇[5]。

5結(jié)論

灣甸子二號(hào)攔河閘工程主要是抬高河道水位用于灌溉引水，為了滿足灌區(qū)供水水位需要，結(jié)合河道水位流量關(guān)系，確定閘門正常的擋水高度，本工程正常擋水位為454.30 m。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇(P=10%)，設(shè)計(jì)洪水位為456.28 m。校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇(P=3.33%)，校核洪水位為456.97 m。

除險(xiǎn)加固灣甸子二號(hào)攔河閘工程是保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的需要，也是水資源合理開發(fā)利用的迫切需要，對(duì)振興遼寧省老工業(yè)基地也有重大意義。綜上所述，攔河閘目前未進(jìn)行臨時(shí)修復(fù)，無法滿足度汛和灌溉要求，工程加固迫在眉睫。為保證今后河道防洪灌溉需求，解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，對(duì)攔河閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固是十分必要的。

參考文獻(xiàn)：

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[4]楊菊香.無實(shí)測水文資料地區(qū)洪水計(jì)算與分析[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2014(1)：33-35.

[5]詹道江,葉守澤.工程水文學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社,2000.

作者簡介：李書博(1983-)，男，工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。

中圖分類號(hào)：TV122.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2096-0506(2016)06-0060-04