海龍川水庫除險加固設(shè)計洪水計算及分析

湯秀娥　鄭學華

（海城市河務(wù)管理處　遼寧　海城　114200）

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海龍川水庫除險加固設(shè)計洪水計算及分析

湯秀娥鄭學華

（海城市河務(wù)管理處遼寧海城114200）

摘要海龍川水庫經(jīng)過多年運行，加上冬季氣溫較低，經(jīng)過反復(fù)凍融破壞，風化巖堆積加劇。工程存在老化等諸多病害隱患，急需除險加固工程建設(shè)。本文對該水庫的除險加固洪水進行了計算與分析，從中可以看出，本次計算設(shè)計暴雨、設(shè)計洪水成果及壩下泄洪流量均在合理范圍內(nèi)。該次水庫洪水分析為水庫除險加固工程建設(shè)提供了詳實數(shù)據(jù)依據(jù)，也為類似工程建設(shè)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞海龍川水庫；設(shè)計洪水；除險加固；計算分析

1　工程概況

海龍川水庫位于海城市南部，壩址位于岔溝鎮(zhèn)海龍川村，水庫集雨面積2.94km2，屬于山區(qū)小型水庫。水庫主要由攔河大壩、輸水洞、開敞式溢洪道組成。水庫原設(shè)計總庫容20.6萬m3，防洪庫容為10.2 萬m3，興利庫容9.9萬m3，屬于小（二）型水庫，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級。該水庫工程始建于1958年，屬于“三邊”、“三無工程”，施工質(zhì)量差，施工質(zhì)量得不到保證，存在著先天不足，雖然經(jīng)過幾次加固改造，但已運行多年，加上冬季氣溫較低，經(jīng)過反復(fù)凍融破壞，風化巖堆積加劇。工程存在老化等諸多病害隱患[4]。

2　水文與氣象

2.1流域概況

海龍川水庫距海城市內(nèi)40km，位于岔溝鎮(zhèn)海龍川村。該水庫修建在海城河支流上，壩址以上河道長度2.33km，河道平均比降為1.24‰，多年平均徑流量69.6萬m3。水庫集雨面積2.94km2，屬于山區(qū)小型水庫[1]。

2.2氣象情況

海城河流域?qū)贉貛Ъ撅L氣候區(qū)，四季分明、雨量充沛，主要氣候特點是降水偏多，主要集中在7、8月間，夏季平均氣溫較高。流域內(nèi)多年平均氣溫8.7℃左右，12月～2月平均氣溫在0℃以下，一月最冷，實測極端最低氣溫達- 34.9℃，7月～8月平均氣溫最高，平均氣溫高于23℃，極端最高氣溫達36.6℃。氣溫年內(nèi)變化較大，一般超過40℃，多年極端溫差超過70℃。流域內(nèi)多年平均降水量703.6mm。降水量的年際變化較大，豐水年和枯水年相差2倍以上，年最多降水量（1964年）達1081.0mm，年最少降水量（2000年）僅為447.1mm。降雨在年內(nèi)分配極不均勻，雨量多集中在夏季，6月～9月約占全年降水量的72%以上，其中7、8月更為集中，占全年51%。流域內(nèi)多年平均蒸發(fā)量1659.4mm。5月～6月份相對濕度小，氣溫上升快，風速大，是蒸發(fā)量最大時期，為536mm。11月～2月為結(jié)凍期，蒸發(fā)量最小。流域內(nèi)多年平均日照小時數(shù)2624.5h，5月份最多，多年平均為268.4h，12月日照時數(shù)最短在172.7h。流域內(nèi)冬季受西伯利亞冷空氣南下及地形影響，海城站多年平均最大風速16.5m/s，最大風速為20m/s，其相應(yīng)風向為SSE。春季最大風速為20m/s，汛期最大風速為13.5m/s。流域內(nèi)初霜一般在9月下旬，最早在9月14日；終霜期一般在5月上旬，最晚在5月11日。流域內(nèi)降雪最早日期在10 月3日，最晚終雪日在4月29日。流域內(nèi)極端最高地溫63.1℃，發(fā)生在1961年的6月26日，極端最低地溫- 41.7℃，發(fā)生在1987年的1月13日。最大凍土深度為118cm[2]。

3　設(shè)計洪水計算與分析

3.1暴雨洪水特性分析

本流域洪水主要由暴雨產(chǎn)生，一次洪水過程大部分在1天之內(nèi)，最長可達3天，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪河流。一次降雨即形成一次洪峰，其洪水過程線多為單峰型[5]。

3.2設(shè)計洪水推求方法

由于海龍川水庫無實測流量資料，且流域面積較小，采用無資料地區(qū)設(shè)計暴雨計算方法《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設(shè)計暴雨洪水計算方法》（遼寧省水文水資源勘測局1998年8月編），可只采用推理公式法計算設(shè)計洪水[6]。

3.3設(shè)計暴雨的計算

海龍川水庫壩址以上河道長度2.33km，河道平均比降為1.24‰，多年平均徑流量69.6萬m3。水庫集雨面積2.94km2，屬于山區(qū)小型水庫。該地區(qū)南近渤海，為暖溫帶季風氣候區(qū)，本次進行設(shè)計暴雨計算，采用設(shè)計暴雨計算公式PP=KP×P（式中KP為皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數(shù)，腳碼P為某一頻率值。），其計算結(jié)果如表1[7]。

3.4洪水過程線的計算

（1）τ值計算：

其中匯流參數(shù)x、y由遼寧省水文手冊可查得為0.96、0.73。

計算1、6、24小時和三日的設(shè)計面雨量及n1P、n2P值，Cs采用3.5Cv。當F=0.6km2，t=24小時，點面折減系數(shù)KF=1。計算W三p及W（三-24）p和W24。各值見表2。

3.5設(shè)計洪水成果合理性分析

本次采用遼寧省中小河流設(shè)計暴雨洪水計算公式QP=0.278φP×iP×F進行計算洪峰流量。兩次設(shè)計洪水采用的計算方法基本相同。本次計算設(shè)計暴雨、洪水成果與原設(shè)計成果比較見表3，復(fù)核結(jié)果與原設(shè)計成果接近，在合理范圍內(nèi)，基本吻合。說明歷次設(shè)計洪水成果相近，基本合理[4]。

表1　海龍川水庫設(shè)計面雨量計算表

表2　設(shè)計洪水和各種不同頻率的洪峰表

表4　下游河道水位～流量關(guān)系表

圖1　海龍川水庫下游河道水位～流量關(guān)系曲線圖

4　壩下流量關(guān)系分析

本次分析計算了溢洪道消力池下游泄水渠樁號0+111.2斷面的水位～流量關(guān)系曲線。按公式Q=A×R2/3×i1/2計算，式中Q、A、R、i、n分別為流量、過水斷面面積、水力半徑、水力坡度、糙率。橫斷面數(shù)據(jù)為實測；河道糙率根據(jù)河段特征為無沙灘、多石、多草，取值為0.035；水力坡度為實測，取值為89‰。（高程系統(tǒng)為假定高程，斷面資料測量時間2011年。）水位流量關(guān)系曲線見表4；并根據(jù)下游河道水位～流量關(guān)系數(shù)據(jù)點繪下游河道水位～流量關(guān)系曲線，詳見圖1。

根據(jù)海龍川水庫壩下泄流量計算結(jié)果和點繪海龍川水庫下游河道水位～流量關(guān)系曲線，從中可以看出該次設(shè)計洪水計算結(jié)果均在泄流量的合理范圍內(nèi)；水庫下游河道水位～流量關(guān)系曲線平緩圓滑，沒有特殊情況發(fā)生。壩下泄流量和河道與泄流量關(guān)系穩(wěn)定。

5　結(jié)語

通過對海龍川水庫除險加固工程洪水的計算與分析，水庫的設(shè)計洪水在安全泄洪的防御范圍之內(nèi)，不會發(fā)生潰壩情況，同時計算結(jié)果為今后水庫除險加固工程建設(shè)提供了可靠、詳實的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)。水庫除險加固工程實施后，將確保水庫行洪安全，保證下游人們?nèi)罕娚拓敭a(chǎn)安全，為經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。陜西水利

參考文獻

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[2]張艷麗.海城市海龍川水庫溢洪道加固設(shè)計與計算分析[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2015（01）：49.51.

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[6]陳民，薛茜.密云水庫后汛期設(shè)計洪水分析[J].水利水電工程設(shè)計，2000（02）：41.42.

[7]王卓娟，喬娟.湖北省小型水庫設(shè)計洪水計算[J].三峽大學學報，2011（03）：13.14.

（責任編輯：唐紅云）

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