巢湖市開明山水庫調洪演算分析研究

丁明浩

（合肥水文水資源局，安徽 合肥 230000）

洪水計算及調洪驗算在水庫工程設計及除險加固設計中，對工程定規模、定方案起到至關重要的作用，并且調洪演算結果對水庫日常調度運行具有重要的指導意義。本文就如何正確推算安徽省無實測洪水資料地區的洪水，采用水庫水量平衡方程準確計算水庫水位，進行計算闡述，使開明山水庫的調洪演算成果更加合理，從而能更好發揮水庫綜合功能和效益。

1 水庫基本情況

開明山水庫位于巢湖市散兵鎮開明村境內，屬長江流域巢湖水系，是一座以灌溉為主，兼有防洪等綜合利用效益的小（2）型水庫，水庫集水面積0.64km2，設計灌溉面積600 畝，有效灌溉面積為400 畝，保護耕地300 畝，保護人口為200 人，水庫下游防洪保護范圍有巢廬公路和伍房崗等3 座村莊。水庫原設計洪水標準重現期20 年一遇，校核洪水標準重現期300 年一遇。開明山水庫現有泄洪設施為正常溢洪道，位于大壩右側，為開敞式寬頂堰，現場測定堰頂凈寬6m，堰頂高程60.0m。開明山水庫流域特性參數見表1。

表1 開明山水庫流域特征值表

2 設計洪水計算

開明山水庫壩址無實測洪水資料，鄰近流域也無實測洪水資料，根據現行規范的規定，并考慮流域氣候與自然地理條件、地區洪水特性等，按無資料地區設計洪水計算辦法由設計暴雨間接推求設計洪水。本次設計洪水根據安徽省水利水電勘測設計院1984 年5 月編制的《安徽省暴雨系數等值線圖、山丘區產匯流分析成果和山丘區中、小面積設計洪水計算辦法》（以下簡稱《84 年辦法》），參考1995年“安徽省長短歷時最大暴雨統計參數等值線圖”，計算入庫洪水。

2.1 點、面設計暴雨

本次設計按暴雨等值線圖推求設計暴雨，由于《84 年辦法》的附圖包含了最大24h、3d 等暴雨均值及Cv等值線，采用的暴雨系列較長，并進行了面上平衡，參數也進行了必要的調整、修正，能反映短歷時暴雨統計參數地區性分布規律，可以滿足本次計算要求，因此本次采用由原水電部規劃總院驗收、水電部批準頒發使用的《84 年辦法》進行水庫設計洪水計算。開明山水庫所在流域的洪水主要由暴雨形成，暴雨歷時一般1～3d。根據該流域的暴雨及洪水特性，以最大24h 的設計暴雨量進行設計洪水的峰、量控制，按《84 年辦法》計算設計洪水。

由《84 辦法》，查得開明山水庫所在流域最大24h 暴雨參數：

H24=100mm，Cv24=0.60，Cs=3.5Cv

H1=45mm，Cv1=0.50，Cs=3.5Cv

水庫控制面積F=0.64km2，24h 與1h 暴雨點面轉換系數均為1.0，面雨量均值也分別為100mm、45mm。面凈雨量（即地面徑流）等于面暴雨量扣除損失量和地下水，5 年、10 年、20 年一遇損失量和地下水量為80mm；30 年一遇及以上扣除損失量和地下水量60mm。匯流計算中瞬時單位線參數按江淮之間山丘區經驗公式計算，當F/J2＜1 時，瞬時單位線參數m1=N×k，N 固定為3 時，k 為：

20 年一遇面暴雨量P1=89.56mm，P24=220.03mm；300 年一遇面暴雨量P1=145.80mm，P24=387.05mm。根據P1和P24的比值，查《84 年辦法》表6 得重現期20 年和300 年對應n 值分別為00.72、0.70。

20 年一遇面凈雨量R3=78.41mm，R24=140.03mm；300 年一遇面凈雨量R3=173.32mm，R24=327.05mm。根據計算重現期20 年和300 年對應k 值分別為0.09、0.04，采用值均取0.10。

2.2 設計洪水

按采用的n 和k 瞬時單位線參數，選擇相應的洪水流量模過程線，再對相應的洪峰進行修正，使用修正后的洪峰和原n 值查的新的k 值，由新的k、n 確定的洪水流量模過程線逐項乘以F×R24/1000，分別求得各種頻率的設計洪水過程線。經計算及查表，開明山水庫20 年一遇設計洪峰流量12.79m3/s，設計洪量9.82 萬m3；300 年一遇校核洪峰流量27.88m3/s，設計洪量22.64 萬m3。

3 調洪演算

3.1 水庫水位和容積關系

開明山水庫水位-容積關系見表2。

表2 開明山水庫水位-容積關系表

3.2 控制運用條件

開明山水庫汛限水位為60.00m，水位超過60.00m 時，溢洪道自由溢洪。

3.3 溢洪道泄洪能力計算

寬頂堰泄流公式：

式中：綜合流量系數m=0.37，堰頂寬度b=6m。

開明山水庫水位-泄量關系表見表3。

表3 開明山水庫水位-泄量關系表

3.4 調洪演算理論方法

調洪演算通常采用水庫水量平衡方程：

式中：V1、V2分別為計算時段始末的庫容（m3）；Q1、Q2分別為計算時段始末的入庫流量（m3/s）；q1、q2分別為計算時段始末的出庫流量（m3/s）；Δt 為計算時段（s）。

3.5 算法和步驟

本次根據水庫現狀防汛控制運用原則、水庫現狀水位庫容曲線和水庫水量平衡基本方程，采用水庫壩址洪水靜庫容法，對各頻率設計洪水進行調洪演算。

3.6 調洪演算成果

根據上述擬定的算法進行調洪演算，調洪演算成果見表4。

表4 開明山水庫調洪演算計算成果表

4 調洪演算成果與實測水位比較

開明山水庫有記錄的洪水年份主要為2016 年和2020 年，據相關分析，水庫2016 年洪水接近20 年一遇標準，水庫2020 年洪水接近300 年一遇標準。根據水庫管理部門提供的2016 年水庫水位觀測資料顯示，2016 年開明山水庫最高水位60.58m，比上述調洪演算計算水位60.64m 低了0.06m，2020 年開明山水庫最高水位61.15m，比上述調洪演算計算水位61.30m 低了0.15m。

對比水庫實測水位資料分析，本次的調洪演算成果基本合理、可靠，誤差在規范允許的范圍內，可作為水庫安全鑒定、除險加固設計及日常運行調度的依據。

5 結語

設計洪水復核成果是水庫安全鑒定和除險加固設計的基礎依據，一定要根據工程特點和設計流域實際情況，遵循“多種方法、綜合分析、合理選用”的原則，認真分析、精心設計。針對開明山水庫的特點，分析調洪演算理論方法，采用《84 年辦法》，對開明山水庫進行調洪演算。對比調洪演算結果與實測水位資料，可以看出，采用《84 年辦法》調洪演算計算結果基本符合實際■