汾陽市H水庫特征水位優選探討

孫立穎

（太原理工大學建筑設計研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

H 水庫樞紐工程位于山西省汾陽市石家莊村北的董寺河上，水庫控制流域面積19.20 km2，河道長12.10 km，河道縱坡21.45‰，是一座以調蓄灌溉水為主的水庫。設計改善灌溉面積1 540 hm2，年供水115.70萬m3。壩型為碾壓式均質土壩，最大壩高12 m，上下游最大水頭差為10.10 m，水庫總庫容175.60萬m3。根據《防洪標準》《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，H水庫為小（1）型，該工程等別為Ⅳ等工程，其主要建筑物中大壩、泄洪建筑物為4級，次要建筑物為5級，臨時建筑物為5級。水庫大壩壩型為碾壓式均質土壩，根據標準確定此工程洪水標準按30年一遇設計，300年一遇校核。

2 基本參數

2.1 水庫特性曲線

水庫水位與其相應的面積、庫容用1∶1 000地形圖量算，水庫上游壩址左側有一磚瓦廠開挖出的空地可以利用，占地面積約為0.05 km2。壩址庫區經過開挖和邊坡治理后的量算結果見表2，原壩址高程～庫容曲線見表1。

表1 H水庫水位～面積～庫容曲線表（開挖前）

表2 H水庫水位～面積～庫容曲線表（開挖后）

2.2 泄量曲線

H水庫泄洪建筑物為一孔3 m×3 m的泄洪排沙閘，閘底板高程為768 m，根據堰流和閘孔出流的判別標準：e/h＞0.75，為堰流；e/h≤0.75，為閘孔出流（e 為閘孔開度，h 為閘前水深）。當水位＜772 m時，參照寬頂堰自由出流公式進行過流量計算，公式如下。

式中：μ0—寬頂堰型閘孔出流基本流量系數；ε2—垂直收縮系數；H0—寬頂堰總水頭（m）；其余參數含義同前。

將該水庫相關參數代入式（1）和式（2），所得到的泄洪排沙閘泄量關系見表3和表4。

表3 泄洪閘水位～泄量關系表（堰流）

表4 泄洪閘水位～泄量關系表（閘孔出流）

3 特征水位選擇

3.1 死水位的選擇

基于對該水庫庫區泥沙分析結果，水庫壩址以上年平均輸沙量為4.19萬t，其中懸移質輸沙量為3.81萬t，推移質輸沙量為0.38萬t，懸移質干容重為1.25 t/m3，推移質干容重取經驗值1.50 t/m3，則年平均輸沙量換算成體積為3.30萬m3。考慮H水庫供水性質及庫容條件，取H水庫的淤積年限為30 a。經計算，水庫懸移質輸沙量為3.81萬t，懸移質干容重為1.25 t/m3，年均來沙量3.05 萬m3；推移質輸沙量為0.38 萬t，推移質干容重為1.50 t/m3，年均來沙量0.25萬m3，30年來沙總量為99萬m3。

該水庫在30 a 運行期內庫內淤積泥沙總量99 萬m3，對應庫水位為773.90 m。因水庫庫容較小，需考慮排沙措施，設置一孔泄洪排沙閘。H 水庫回水長度較短，河道坡度陡，洪水歷時短，隨洪水來的泥沙較為集中，故泄洪排沙閘排沙效果較好，此次設計取懸移質排沙比50%進行計算。水庫30 a運行期內，庫內懸移質年均來沙量為3.05 萬m3，推移質年均來沙量0.25萬m3，懸移質排沙比為50%，淤積年限30 a，考慮排沙比，庫內淤積總量為53.25萬m3，對應水庫水位為771.40 m。由泥沙分析，選定死水位為771.50 m，相應死庫容為55.70萬m3。

3.2 正常蓄水位的選擇

H水庫負責改善董寺河灌區共1 540 hm2農田的灌溉用水，灌溉需水量為115.70萬m3。考慮水庫水面蒸發和庫區滲漏損失，其中庫區滲漏損失按照月均蓄水量的1%考慮，水量計算見表5。

表5 H水庫年需水量表

根據需水量計算結果，現階段正常蓄水位高程選用777.80 m可以滿足水庫興利要求。因此，正常蓄水位為777.80 m，對應庫容175.60萬m3。

3.3 汛限水位的選擇

根據該水庫運行實際及設計單位調整意見，初選汛限水位773、775、776、777 m 四個方案進行比較，各方案比較成果見表6。

表6 H水庫防洪限制水位對比表

考慮水庫在灌溉放水后的首場洪水空庫迎洪，首場洪水過后汛限水位定為773 m（方案一），最大泄流量為63.17 m3/s。目前下游董寺河河道行洪能力為20年一遇，水庫300年校核洪水通過水庫調節后最大下泄流量63.17 m3/s，小于董寺河20 a 洪峰流量93.30 m3/s。經過調洪計算，汛期限制水位為773 m 時，可以滿足灌溉、防洪要求，同時還應保留一定的水域面積，改善周邊環境，故汛期限制水位最終確定為773 m。

4 結論

綜上所述，H 水庫特征水位的選擇涉及到水庫調度、泄流量、水資源配置等諸多方面，在確定特征水位過程中應重點分析死水位、正常蓄水位及汛限水位的選擇，通過合理確定水庫特征水位，以其作為洪水預警警報中標識洪水對水庫設施危害程度的特征值，為流域防洪調度、洪水預警提供重要依據，并為洪水量級以及水庫防洪能力評價提供重要參考。

收稿日期：2022-6-7