山西省沁縣西湖水庫設計洪水分析計算

王小偉

(長治市水利勘測設計研究院，山西 長治 046000)

西湖水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養殖、旅游等效益的小(一)型水庫，位于沁縣境內海河流域漳衛南運河水系濁漳河西源干流上，地處山西省長治市沁縣定昌鎮南關二郎山下。水庫控制流域面積271 km2，主河道長24.3 km，平均坡降8.40‰。流域地貌以土山區為主，占63%，土石山區占37%。大壩為碾壓式均質土壩，最大壩高10.7 m，壩頂長557.0 m，壩頂寬17.4 m，壩頂高程953.3 m。總庫容451.76萬m3，調洪庫容272.76萬m3，興利庫容166.62萬m3。水庫保護下游3個村莊3000余人、5000畝耕地及208國道、棟漫線、段宜線等公路的安全。

1 流域概況

濁漳河屬海河流域漳衛南運河水系，上游有南、北、西三大支流，俗稱南源、北源、西源。濁漳西源發源于沁縣漳源鎮余巖村北，流經漳源村、北河村，入漳源水庫；出漳源水庫后，流經口頭村、劉家坡，入梁家灣水庫；出梁家灣水庫，經沁縣縣城西，納支流迎春河，入西湖水庫；西湖水庫以下流經段柳、樊村接納圪蘆河后繼續向南，經過白家溝、輕城、大橋溝、小王、峪口、新店，在南池接納白玉河后，于二神口出沁縣，入襄垣境內后灣水庫，在襄垣縣甘村匯入濁漳河。

濁漳河西源河道全長80 km，流域面積1689 km2。在沁縣境內的流向大致為東南方向，流域面積1007.9 km2，主河道長33.5 km。河床兩岸一級及二級臺地是沁縣主要耕地分布區，河床內砂丘密布，河勢變化迅速，主流變化頻繁遷徙不定，是典型的山區河流。

2 設計洪水標準

按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252-2017)，西湖水庫工程規模為小(一)型，等別為Ⅳ等，主要水工建筑物為4級，次要水工建筑物為5級。大壩最大壩高10.7 m，按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252-2017)，當山區、丘陵區的水庫樞紐工程擋水建筑物的擋水高度低于15.0 m，上下游水頭差小于10.0 m時，其防洪標準可按平原區、濱海區的規定執行。確定水庫設計洪水標準為20 a一遇，校核洪水標準為100 a一遇。

3 洪水計算方法

濁漳河西源下游設有基本水文站一處，該站于1960年設立，為后灣水庫出庫站，控制流域面積1300 km2，測驗項目有后灣水庫壩上水位、出庫流量等。由于測站上游調蓄工程較多，再加上后灣水庫本身的調蓄，根據其測驗資料很難計算出后灣水庫的入庫洪峰流量，且西湖水庫距離后灣站較遠，控制流域面積相差較大。因此，本次設計洪水以《山西省水文計算手冊》(以下簡稱“手冊”)為依據，按無資料地區以設計暴雨推求天然設計洪水。

西湖水庫壩址以上分別有石板上、迎春、景村、漳源、梁家灣5座小(一)型水庫，其中石板上與迎春兩座水庫并聯位于迎春河上，距離西湖水庫的距離分別為14 km和10 km；梁家灣水庫位于干流上，距離西湖水庫約2 km；景春和漳源水庫位于梁家灣水庫上游，呈并聯關系，距離梁家灣水庫壩址分別約為4 km和8 km。流域水系及各水庫位置見圖1。西湖水庫的設計入庫洪水由上述水庫下泄與區間洪水逐級疊加得到。

圖1 流域水系及水庫位置示意圖

4 基本資料

流域特征參數包括流域面積、流域主河道長等，由1∶50000地形圖量算得出，水文下墊面查相關資料結合現場調查確定。各水庫及區間流域特征參數見表1。

表1 各水庫及區間流域特征參數表

西湖水庫壩址以上各水庫特征指標采用最近一次水庫除險加固設計值，具體指標見表2。

表2 西湖水庫上游各水庫特征指標表

5 上游各水庫及區間天然洪水計算

各水庫及區間天然洪水采用“山西省水文計算軟件”中流域模型法、推理公式法和地區經驗公式法三種方法計算，輸入流域暴雨統計特征值、產匯流參數，即可利用軟件計算得到不同頻率不同方法洪水結果。

結果表明三種方法得到的天然洪水成果大小基本一致，相差在10%以內。按不利原則考慮，選用三種方法中最大的流域模型法計算成果。流域各水庫及區間洪水成果見表3。

表3 西湖水庫壩址以上各水庫及區間洪水計算結果

將表3各流域面積-洪量點繪在直角坐標中，見圖2。

圖2 流域面積-洪量關系圖

由圖2可知，流域不同面積洪量呈直線關系，另外西湖水庫流域面積較小，因此本次分析計算中，認為西湖水庫控制流域內各區域洪水同頻，洪水組合按同頻考慮。

6 上游水庫調洪計算及洪水組合

不同頻率洪水計算過程相同，以100 a一遇洪水為例列出計算過程。根據水庫調度運行方式，采用靜庫容水量平衡法，首先對上游漳源、景村、迎春、石板上4座水庫進行調洪計算，結果見表4。

表4 上游4座水庫100 a一遇洪水調洪結果表 單位：m3/s

梁家灣水庫入庫洪水由景春水庫、漳源水庫下泄與其區間洪水疊加組成。根據演進距離及洪水波傳播速度，漳源、景村下泄洪水與梁家灣區間洪水錯時1 h疊加。計算結果見表5。

表5 梁家灣水庫100 a一遇入庫洪水及調洪計算表 單位：m3/s

7 西湖水庫設計入庫洪水

西湖水庫設計入庫洪水由上游迎春水庫、石板上水庫和梁家灣水庫下泄與區間洪水疊加組成。石板上、迎春水庫下泄洪水與區間洪水錯時0.5h，梁家灣水庫距離西湖水庫較近，下泄洪水不考慮錯時。計算結果見表6。

表6 西湖水庫100年一遇入庫洪水計算表 單位：m3/s

計算得西湖水庫20 a一遇(P=5%)設計入庫洪水洪峰流量602.0 m3/s，洪水總量1564.0萬m3；100 a一遇(P=1%)校核洪水標準的入庫洪峰流量為1229.0 m3/s，洪水總量3290.0萬m3。

8 結論

在上游5座小型水庫梯級影響下，西湖水庫入庫洪水計算較為復雜。上游水庫下泄洪水過程與區間洪水逐級錯時疊加，最終計算得到西湖水庫設計入庫洪水。結合流域以往洪水成果、歷史調查洪水，初步確定本次洪水分析計算成果是合理的。