大洞水庫設計洪水及洪水調節分析

陳文聰

（廣東宣源工程設計咨詢有限公司，廣東 江門 529700）

1 工程概況

云浮市大洞水庫的主要任務是灌溉、防洪、發電。水庫設計灌溉面積306.67 hm2，防洪保護人口0.77 萬、耕地面積480 hm2，建有75 kW的裝機發電站，對促進當地農業生產發展發揮了較大作用，并產生了一定的經濟效益。工程等別為Ⅳ等，永久性水工建筑物級別為4級，次要建筑物為5級；防洪標準：設計洪水重現期為30年一遇（P=3.33%），校核洪水位重現期為500年一遇（P=0.2%）。

2 設計洪水

2.1 設計洪水計算方法

由設計暴雨推求設計洪水，本次計算設計洪水采用廣東省綜合單位線法和推理公式法兩種方法進行計算。

2.2 設計洪水暴雨推求

2.2.1 暴雨產匯流參數

根據《廣東省暴雨徑流查算圖表使用手冊》（1991 年），大洞水庫位于《廣東省暴雨徑流查算圖表》分區的西江分區。根據上述分區對應，大洞水庫暴雨產流、匯流分區表（略）。經在萬分之一地形圖上復核得到大洞水庫集雨面積為14.05 km2，干流河長4.24 km，平均比降0.033。

2.2.2 設計暴雨推求

由于缺乏實測降雨資料，查《等值線圖》《廣東省暴雨徑流查處圖表使用手冊》中相關圖表，知大洞水庫位于云浮市云安區，水庫雨型分區屬Ⅷ西江，得1/6、1、6、24、72 h相關暴雨參數表（略）。

2.2.3 設計洪水

采用綜合單位線法和新推理公式法計算設計洪水，洪水過程線圖如下圖1。

圖1 設計洪水過程線成果圖

圖2 大洞水庫枯水月份洪水過程線圖

根據圖1的設計洪水過程線成果可知，采用綜合單位線法計算的一天洪量和三天洪量與新推理公式計算的成果基本一致，而前者計算出來的洪峰流量均比后者計算的成果略大，且兩者的差值均在20%以內，在省水文局所規定的差值范圍內。根據廣東省水文總站1991 年編制的《廣東省暴雨徑流查算圖表》中規定：在兩種方法的設計洪峰流量相差不超過20%（以數值大者為分母計算）后，原則上應采用廣東省綜合單位線方法的設計洪水及調洪演算成果。綜合單位線方法可以比較精致地反映工程所在河流的洪水特點和降雨變化過程，因此，選擇綜合單位線方法的計算成果。

2.2.4 歷次洪水計算成果比較

在2003年6月的《省人大議案大洞水庫除險加固工程設計報告書》、2017 年《云安區都楊鎮大洞水庫大壩安全鑒定工程綜合評價報告》報告書中水文分析計算成果見表1。分析差別原因是此次計算較2003 年除險加固工程，短歷時暴雨取值采用最新的數據資料；其次此次計算與安全鑒定計算成果θ取值不同計算結果相差4.6%相差不大，此次計算合理。

表1 大洞水庫設計洪水計算成果對比表

2.2.5 施工期洪水

水庫水下部位的選擇在枯水期施工，施工洪水按枯水期5年一遇洪水標準設計。計算采用降雨推求洪水的方法。

由于缺乏大洞水庫枯水期的暴雨量觀測資料，故查《廣東省暴雨參數等值線圖》大洞水庫產匯流特征參數，根據新興縣暴雨枯水月份分配比例，可計算短歷時不同時段的枯水期暴雨。

施工洪水采用綜合單位線法進行計算，經計算5年一遇洪峰流量為48.48 m3/s。

3 水庫洪水調節計算

3.1 調洪原則

3.1.1 調洪原則

大洞水庫現有一座開敞式溢洪道，無閘門控制。溢洪道為寬頂堰，堰寬10 m，堰頂高程為64 m。溢洪道泄洪為自由出流，庫水位高于64 m時開始泄洪，起調水位為64 m。

3.1.2 水位～庫容關系曲線

根據2017 年《云安區都楊鎮大洞水庫大壩安全鑒定工程綜合評價報告》報告書，由水位～面積曲線推算出水庫的水位～庫容曲線與原庫容曲線相差不大，故仍采用水庫原設計庫容曲線，庫容曲線見圖3：

圖3 大洞水庫庫容曲線圖

3.1.3 溢洪道泄流能力計算

大洞水庫溢洪道為一座無閘門控制的開敞式溢洪道，堰型為寬頂堰，堰頂高程64.00 m，溢流總凈寬10 m。根據《溢洪道設計規范》，計算下泄流量的公式采用寬頂堰公式。

根據《溢洪道設計規范》寬頂堰泄流能力按下式計算：

式中：Q——過堰流量，m3/s；B——總凈寬，m；H——計入流速水頭的堰上總水頭，m；m——二元水流寬頂堰流量系數，取0.385；ε側收縮系數，取為0.9。

3.2 調洪結果

大洞水庫正常蓄水位64 m，汛期水庫起調水位亦為64 m，調洪原則如下：以正常蓄水位64 m起調，調洪演算成果見表2。

表2 大洞水庫調洪演算成果表

由表2 可以看出，P=3.33%設計洪水位為67.33 m，相應庫容415.29 萬m3；P=0.2%校核洪水位68.82 m，相應庫容472.30 萬m3。

由表3 看出，相同頻率情況下，此次計算調洪水位比水庫2003安全鑒定設計水位低0.12 m，原因在于此次計算設計洪水入庫流量較安全鑒定略偏大，此次調洪結果是合理的。

表3 大洞水庫調洪演算成果比較表

3.3 施工洪水調節計算

主壩輸水涵：水庫輸水涵管為有壓圓形涵管，直徑0.80 m，管長106 m；進水口高程46.60 m，出口高度46.08 m。

根據高等教育出版社《水力學》上冊中串聯管道的水力計算公式計算輸水涵管的泄流能力，計算公式如下：

其中：Q 為出流量；μ為流量系數；A 為出口斷面的橫斷面面積；λi為阻力系數；di為管道直徑；Ai為第i 段管道的橫斷面面積；Ci為謝才系數；n 為涵管糙率，取0.012；ζ為局部阻力系數，ζ1=0.5，ζ2=0.5，ζ3=1.0。

大洞水庫灌溉死水位46.6 m，水庫不預留春耕灌溉庫容，相應起調水位為46.6 m。根據施工洪水計算成果及施工期調洪輔助曲線，對水庫進行調洪演算，經計算5 年一遇施工洪水位49.75 m，相應庫容66.94萬m3，相應泄洪流量3.91 m3/s。

4 結語

大洞水庫的主要任務是灌溉、防洪、發電。水庫設計灌溉面積0.46萬畝，通過收集水庫流域相關水文參數，采用推力公式法對水庫設計洪水進行計算，獲取不同頻率下的設計洪水參數，與安全鑒定相比誤差較小，設計洪水參數較為合理。5 年一遇施工洪水位49.75 m，相應庫容66.94 萬m3，相應泄洪流量3.91 m3/s。