石佛水庫除險加固設計洪水計算與分析

倪　明

(錦州市水利工程建設管理局，遼寧 錦州 121000)

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石佛水庫除險加固設計洪水計算與分析

倪明

(錦州市水利工程建設管理局，遼寧 錦州 121000)

石佛水庫位于北鎮市富屯鄉石佛村，西沙河支流上，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養魚的小(Ⅱ)型水庫。水庫經過多年的運行存在著病險，急需除險加固。文章對該水庫工程的概況及水文氣象進行了簡述，并對水庫設計暴雨和設計洪水進行計算，同時根據計算結果對其進行了合理性分析，從分析可以看出設計洪水成果合理。通過分析為水庫除險加固建設提供了詳實的數據依據，也為類似工程建設提供了參考和借鑒作用。

設計暴雨；設計洪水；計算；石佛水庫；北鎮市

1　工程概況

石佛水庫位于北鎮市富屯鄉石佛村，西沙河支流上，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養魚的小(Ⅱ)型水庫。水庫原設計防洪標準20a一遇，原校核洪水標準300a一遇。大壩為黏土心墻壩，輸水洞為正虹吸管[1]。水庫經過多年的運行存在著病險，急需除險加固。水庫除險加固后下游富屯鄉2個村，2000口人，耕地3 km2，灌溉面積1.3 km2，102國道和廣大人民群眾的生命財產安全得到了保護[2]。

2　水文與氣象

石佛水庫壩址以上流域面積2.93 km2，主河道長3.05 km。流域內山多地少，森林茂密，植被較好，泥沙淤積相對較少，多年平均徑流深213mm。西沙河流域地處中緯度，屬于溫帶季風氣候區，其特點是冬季以西北季風為主，嚴寒干燥；夏季以東南季風為主，炎熱多雨，四季冷暖干濕分明。以北鎮站為氣象代表站，統計30a氣候資料。各氣象特性如下：多年平均降水量為608mm；多年平均蒸發量為1970mm；多年平均氣溫8.9℃，氣溫由北向南遞增，標準凍土深度1.2m，最大凍土深度1.3m。最大風速可達25m/s，其相應風向為NW，多年平均最大風速15m/s[3]。

3　設計洪水計算

本流域現無水文站、雨量站，其最近的雨量觀測站點為趙荒地站，壩址附近沒有水文觀測站，故洪水推求按無資料地區計算洪水成果[4]。

3.1設計暴雨計算

石佛水庫控制面積2.93 km2，壩址以上河流長度3.05 km，河道比降93.76‰，水文分區V1區。該地區屬于季風氣候區域中，水汽主要來自東南方太平洋上空高溫多濕的氣流中，季風的強弱對降水量大小影響很大，是遼寧省多雨地區之一[5]。形成本地區暴雨的主要天氣系統有華北氣旋、高空槽。本地區暴雨比較集中，大部分發生在東南季風勢力最強的7—8月，暴雨一般持續1～2d，其中大部分在1 d內，最長可達3 d[6]。

此次進行各種標準計算時，采用無資料地區設計暴雨計算方法《遼寧省中小河流(無資料地區)設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，以下簡稱《推理公式遼寧法》)，由于壩址處附近沒有水文站實測資料，只能與原有資料和附近水庫洪水進行比較[2]。流域特性為：流域面積F=2.93 km2；河長L=3.05 km；河道比降J=93.76‰；水文分區屬于V1區；其計算結果如表1。

3.2設計洪水計算

本流域洪水主要由暴雨產生，一次洪水過程大部分在1d之內，最長可達3d，河道坡度較陡，屬于陡漲陡落的山溪性河流[5]。

3.2.1匯流歷時計算

根據石佛水庫所在的水文分區V1區，查《推理公式遼寧法》得各水文分區地區匯流參數表，x為0.57，y為0.65。

3.2.2設計暴雨參數計算

查《推理公式遼寧法》得遼寧省年最大24h暴雨均值等設計暴雨參數，計算結果見表2。

表2　設計暴雨參數表　mm

1)時段面雨量。查《推理公式遼寧法》得，當F=2.93 km2，t=0.26h，點面折減系數kF=1.0，進而查得模比系數kp值，見表3。

表3　模比系數kp值表

2)計算Ptp面=Pt×Vp×VF。計算結果見表4。

表4　Ptp面計算結果表

4)計算τ歷時設計面雨量及面暴雨強度ip。查《推理公式遼寧法》，得計算τ歷時設計面雨量及面暴雨強度ip采用下式計算[8]：

Pτp面=P1p面×τ1-n0p

ip=pτp面/τ

(1)

計算τ=0.26h。計算結果為：當P%=2時，Pτp面=47.14，ip=181.29；當P%=5時，Pτp面=38.93，ip=149.71；當P%=10時，Pτp面=32.24，ip=123.98。

5)計算φP。根據《推理公式遼寧法》，計算φP。計算結果為：當P%=2時，α三p=0.47，α(三-24)p=0.12，φP=0.65；當P%=5時，α三p=0.40，α(三-24)p=0.11，φP=0.56；當P%=10時，α三p=0.33，α(三-24)p=0.10，φP=0.47。

3.2.3設計洪峰與洪量計算

1)洪峰流量計算。Qp洪峰流量Qp根據《推理公式遼寧法》按公式Qp=0.278φP×ip×F計算，計算結果為當P%=2時，Qp為95.98m3/s；當P%=5時，Qp為68.29m3/s；當P%=10時，Qp為47.46m3/s。

2)洪水總量計算。根據《推理公式遼寧法》，洪水總量按下式計算：

W三p=0.1×α三p×P三p面×F

W(三-24)p=0.1×α(三-24)p

×(P三p面-P24p面)×F

W24p=W三p-W(三-24)p

(2)

計算結果為：當P%=2時，W三p=0.47萬m3，α(三-24)p=40.26萬m3，W24pP=1.55萬m3；當P%=5時，W三p=28.36萬m3，α(三-24)p=27.23萬m3，W24pP=1.13萬m3；當P%=10時，W三p=19.01萬m3，α(三-24)p=18.17萬m3，W24pP=0.84萬m3。

3)洪水歷時計算

①計算形狀系數。查《推理公式遼寧法》得，西部地區形狀系數按下式計算：

rp=W24p/(Qp×52×0.36)，計算結果為：當P%=2時，rp=0.022；當P%=5時，rp=0.021；當P%=10時，rp=0.02。

②計算洪水歷時。當rp<0.05時采用以設計洪峰Qp為最大流量、按式W調p=0.67W24p+0.12Qpτ，T=5.56W調p/Qp計算出洪水總量W調p，洪水歷時T。通過計算，當P%=2時，W調p=29.97萬m3，T=1.74h；當P%=5時，W調p=20.37 萬 m3，T=1.66h；當P%=10時，W調p=13.65萬m3，T=1.60h。

4　設計洪水成果的合理性分析

石佛水庫位于北鎮市富屯鄉石佛村，西沙河支流上。由于本地區屬無資料地區，因此設計洪水成果的合理性分析主要分析西沙河及沙子河兩流域內的有關水庫樞紐洪峰流量～面積關系，并將其繪到對數格紙上，詳見圖1。

圖1石佛水庫設計洪峰流量(Q～F)地區綜合分析圖

由圖1可知，本區域范圍內有關水庫樞紐斷面的洪峰流量～面積關系點子分布來看比較有規律，洪峰流量隨著面積的增加而加大的，石佛水庫成果點繪其中正好位于同頻率分布線上，所以該站設計洪水成果是合理的。

5　結　語

通過對石佛水庫設計暴雨和設計洪水的計算與合理性分析，從分析可以看出：

1)水庫設計洪峰流量隨著面積的增加而加大的，而且水庫成果點繪其中正好位于同頻率分布線上，所以該站設計洪水成果是合理的。

2)水庫設計洪水計算的成果分析為水庫除險加固提供了詳實數據依據，說明水庫除險加固在設計洪水上符合防洪標準，工程建設具有可行性。

[1]魏宏剛.響河水庫除險加固工程設計[J].水利規劃與設計，2013(06)：78-79.

[2]張艷麗.海龍川水庫溢洪道加固設計與計算分析[J].水利技術監督，2015(01)：49-51.

[3]袁瑩.北鎮市石佛水庫工程地質分析與評價[J].內蒙古水利，2015(01):37-38.

[4]陳民，薛茜.密云水庫后汛期設計洪水分析[J].水利水電工程設計，2000(02):41-42.

[5]王卓娟，喬娟.湖北省小型水庫設計洪水計算[J].三峽大學學報，2011(03):13-14.

[6]項偉.海龍川水庫大壩除險加固設計與計算[J].黑龍江水利科技，2014(12)：177-179.

[7]陳延生.葦子溝水庫大壩除險加固設計[J].黑龍江水利科技，2014(12)：160-163.

[8]馬丹.水庫溢洪道除險加固工程設計思路[J].水利科技與經濟，2010(02)：157-158.

1007-7596(2016)07-0043-03

2016-05-28

倪明(1982-)，男，遼寧錦州人，工程師，研究方向為水利工程建設管理、水利工程施工等。

TV697.3；TV122.3

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