某水庫洪水調節及泥沙淤積分析

張清芳，張清秀

（費縣許家崖水庫管理中心，山東 臨沂 273400）

1 工程概況

某水庫為一座已建的以城鎮供水為主，兼有發電和農田灌溉的小（1）型水庫，壩址以上流域面積57.20 km2，工程樞紐建筑物包括攔河壩、溢洪道、取水建筑物和壩后電站等。

2 水庫洪水調節計算

2.1 洪水標準

水庫原設計總庫容為640萬m3，大于100萬m3，小于1 000萬m3，大壩為漿砌石重力壩，擴建后總庫容為1 337萬m3，大于1 000萬m3，小于10 000萬m3。根據規定，該工程為Ⅲ等工程，主要建筑物為3級建筑物。擴建加高后大壩為堆石壩，采用校核洪水標準為1 000年一遇（P=0.1%），設計洪水重現期為50年一遇（P=2%）。

2.2 洪水調節計算原則

由于水庫庫區兩岸有部分房屋，人口較集中，水庫洪水調度在確保大壩安全的前提下，同時保障庫區淹沒降到最低。故設3扇閘門控制下泄流量，調節計算中要求相應時段下泄流量不大于入庫洪峰流量，閘門開孔水位漲率取0.10～0.20。

2.3 閘門選擇

根據確定的泄流方案結合水工布置選擇了3組不同的溢流寬度進行了比較，分別為12 m、15 m和18 m，即3孔4 m×4 m（b×h）、3孔5 m×4 m（b×h）及3孔6 m×3 m（b×h）閘門共三組方案進行了比較。洪水調節采用單輔助曲線法計算，起調水位753 m，起調庫容1 246萬m3。水庫溢洪道閘門方案比較成果見表1。

表1 水庫設閘門方案比較表

經技術經濟方案比較，推薦3 孔5 m×4 m（b×h）閘門，堰型為WES實用堰，堰頂高程749 m。

2.4 洪水調節計算

堆石壩采用岸邊溢洪道泄洪，設3孔5 m×4 m（b×h）表孔弧形閘門，堰頂高程749 m。孔流時泄流曲線見圖1，閘門全開時按WES實用堰堰流公式計算，綜合流量系數取1.90，其中：

圖1 水庫正常蓄水位（堆石壩方案）閘門不同開度泄流曲線圖（753 m水位）

式中：Q流量，m3/s；σs淹沒系數；m、μ流量系數；ε1側收縮系數；b孔口總凈寬；H堰上總水頭；e閘門開啟高度。其泄流曲線詳見圖2。

圖2 水庫（堆石壩方案）閘門全開時泄流曲線圖

洪水調節計算采用單輔助曲線法計算，起調水位753 m（正常蓄水位），起調庫容1 246萬m3。水庫洪水調節計算成果見表2。

表2 水庫洪水調節成果表

3 水庫泥沙淤積計算

3.1 水庫泥沙淤積形態判定

對水庫泥沙淤積形態的判定主要根據陜西省水利科學研究院和清華大學水利系研究的經驗公式：

K<2.2為錐體，K>2.2為三角洲或帶狀。

式中：V—與運用水位相應的庫容；Ws入—入庫沙量；i0—庫區河床比降。

經計算，K=5.06＞2.2為帶狀淤積。

根據陜西省水利科學研究院和清華大學水利系研究的經驗公式分析水庫泥沙淤積形態均為帶狀淤積。同時根據水庫水下地形測圖分析，進一步論證了該水庫泥沙淤積形態為帶狀淤積。

3.2 水庫泥沙淤積計算

泥沙淤積計算主要為水庫擴建加高后水庫運行50年泥沙淤積計算，據前述“2.7節”，水庫懸移質年輸沙量為21 410 t，泥沙容重按1.3 t/m3計，則年輸沙量為16 469 m3。推移質按懸移質的15%計（閉流區懸移質予以計算，推移質不予計算），并考慮全部淤于庫內。

3.2.1 懸移質淤積量

①多年平均庫容淤損率法

式中：WT水庫蓄水T 年的總淤積量；av水庫多年平均庫容淤損率；V水庫的總庫容（1 337萬m3）；T水庫設計使用年限，取50年。

水庫多年平均年徑流量（W0）為3 364 萬m3，V/W0＝0.397，則av＝WS入/V＝0.001 22，由此計算的水庫懸移質泥沙年淤積量為1.63萬m3，50年懸移質泥沙淤積量為81.7萬m3。

②多年平均排沙比法

V/W0＝0.38，由此由水庫多年平均攔沙率經驗關系曲線查得攔沙率為0.97，則庫懸移質泥沙年淤積量為1.62萬m3，50年懸移質泥沙淤積量為81.1萬m3。

③懸移質泥沙淤積量

懸移質年淤積量采用多年平均庫容淤損率法和多年平均排沙比法的均值，年淤積量為1.625 萬m3，50 年懸移質泥沙淤積量為81.3萬m3。

3.2.2 推移質淤積量

推移質按懸移質的15%計（閉流區懸移質予以計算，推移質不予計算），并考慮全部淤于庫內，則推移質年淤積量為1 995 m3，50年淤積量9.9萬m3。

3.2.3 泥沙總淤積量和壩前淤積高程

水庫實測泥沙淤積水平高程為723.10 m，壩前淤積高程為721.90 m，根據水庫庫容曲線可以查出，運行38年泥沙淤積總量為71.3 萬m3，水庫擴建加高設計運行50 年泥沙總淤積量為懸移質和推移質之和共計91.2 萬m3。因此，設計水庫淤積總量為162.5 萬m3，水平淤積高程為728.60 m，壩前淤積高程為725.70 m。

4 結論

①水庫洪水調度在確保大壩安全的前提下，同時保障庫區淹沒降到最低。洪水調節采用單輔助曲線法計算，起調水位753 m，起調庫容1 246萬m3。

②水庫泥沙淤積形態為帶狀淤積，水庫淤積總量為162.50萬m3，水平淤積高程為728.60 m，壩前淤積高程為725.70 m。

③建議在工程后期運行階段，結合工程實際情況對洪水調節方式進行動態調整，做好泥沙淤積監測工作，超出泥沙淤積需及時采取措施排淤排沙以提高水庫效益。