申村水庫(kù)除險(xiǎn)加固洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

楊丙魁

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 項(xiàng)目概況

申村水庫(kù)位于海河流域濁漳河南源上游，地處長(zhǎng)子縣石哲鎮(zhèn)申村以東，距長(zhǎng)子縣城3.0 km，控制流域面積236.2 km2，是一座集防洪、灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的年調(diào)節(jié)中型水庫(kù)?，F(xiàn)狀水庫(kù)樞紐工程由大壩（主壩、副壩）、溢洪道、輸水洞（灌區(qū)渠首）、引水涵臥管等組成。水庫(kù)于1958年4月動(dòng)工興建，當(dāng)年8月建成蓄水。1974年、1988年先后對(duì)大壩和溢洪道進(jìn)行過(guò)兩次改造。原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，無(wú)校核標(biāo)準(zhǔn)。1989年水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇設(shè)計(jì)，1 000年一遇校核。

申村水庫(kù)擔(dān)負(fù)著長(zhǎng)子縣石哲、南陳、大堡頭、丹朱、宋村、南漳6個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）37個(gè)行政村3萬(wàn)余人，0.23萬(wàn)hm2農(nóng)田，以及下游的太焦鐵路、長(zhǎng)晉高速公路、鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路、長(zhǎng)子縣化肥廠(chǎng)、西南呈煤礦等廠(chǎng)礦的防洪任務(wù)。同時(shí)作為申村灌區(qū)的灌溉水源，灌溉漳澤水庫(kù)以西、濁漳南源以北、雍河以南的0.27萬(wàn)hm2平川地，此外，還向惠豐機(jī)械廠(chǎng)提供一部分工業(yè)用水。

建庫(kù)以來(lái)，申村水庫(kù)為保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做出了貢獻(xiàn)，發(fā)揮了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但由于水庫(kù)運(yùn)行多年，心墻頂高程低于設(shè)計(jì)洪水位，取水建筑物損壞嚴(yán)重，且水庫(kù)現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)，因此必須對(duì)申村水庫(kù)重新進(jìn)行洪水調(diào)節(jié)計(jì)算。

2 洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

申村水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容3 381萬(wàn)m3，經(jīng)調(diào)洪計(jì)算后設(shè)計(jì)總庫(kù)容3 445萬(wàn)m3。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，申村水庫(kù)樞紐屬中型Ⅲ等水利樞紐工程，主要建筑物為3級(jí)，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)1 000年一遇。

2.2 基本資料

洪水調(diào)節(jié)計(jì)算的基本資料包括設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)、水位—庫(kù)容曲線(xiàn)、水位—泄量曲線(xiàn)、水庫(kù)調(diào)度原則等。

設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)采用《山西省暴雨洪水計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為50年一遇洪水的洪峰流量為1 722 m3/s；1 000年一遇洪水的洪峰流量為2 975 m3/s。

水位—庫(kù)容曲線(xiàn)采用2030年規(guī)劃水平年的庫(kù)容曲線(xiàn)。

申村水庫(kù)現(xiàn)有3孔溢洪道，每孔寬10 m。除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)改建泄洪設(shè)施方案有兩種。方案一：溢洪道加寬方案。即在原有申村水庫(kù)的泄洪設(shè)施基礎(chǔ)上，增加溢洪道；方案二：泄洪洞方案。即在原有申村水庫(kù)的泄洪設(shè)施基礎(chǔ)上，增加泄洪洞。

申村水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)的起調(diào)水位為950 m，調(diào)度原則為：當(dāng)汛期有洪水入庫(kù)時(shí)，水庫(kù)水位超過(guò)起調(diào)水位時(shí)，在不超過(guò)入庫(kù)洪峰的情況下按最大泄洪能力下泄，直到水庫(kù)水位回落到起調(diào)水位。

2.3 計(jì)算方法及結(jié)果

調(diào)洪計(jì)算采用靜庫(kù)容法、水庫(kù)水量平衡方程進(jìn)行，水庫(kù)水量平衡方程如下：

式中：I1，I2——Δt時(shí)段始、末入庫(kù)流量，m3/s；

O1，O2——Δt時(shí)段始、末出庫(kù)流量，m3/s；

V1，V2——Δt時(shí)段始、末水庫(kù)蓄水量，萬(wàn)m3；

Δt——計(jì)算時(shí)段，萬(wàn)s。

上列水量平衡方程采用試算法求解。

根據(jù)申村水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)、水位—庫(kù)容曲線(xiàn)和水位—泄量曲線(xiàn)，按照調(diào)度原則，通過(guò)水庫(kù)水量平衡方程計(jì)算，推求出申村水庫(kù)的特征水位和相應(yīng)最大下泄流量。計(jì)算結(jié)果為：方案一的50年一遇洪水位為951.32 m，相應(yīng)最大泄量1 046 m3/s，1 000年一遇洪水位為953.16 m，相應(yīng)最大泄量1 536 m3/s；方案二的50年一遇洪水位為951.12m，相應(yīng)最大泄量1065m3/s，1 000年一遇洪水位為953.12 m，相應(yīng)最大泄量1 489 m3/s。

3 方案比選

經(jīng)過(guò)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算，對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行比選如下：方案一溢洪道在原基礎(chǔ)上加一孔，凈寬4 m×10 m，堰頂高程不變；溢洪道新增一扇弧形鋼閘門(mén)及相應(yīng)的啟閉設(shè)備，更換疊梁檢修門(mén)及啟閉設(shè)備。當(dāng)水庫(kù)遭遇50年一遇洪水時(shí)，可削減39%的洪峰，當(dāng)水庫(kù)遭遇1 000年一遇洪水時(shí)，可削減48%的洪峰。

方案二溢洪道規(guī)模維持現(xiàn)狀；拆除原壩下涵洞及其進(jìn)口漿砌石結(jié)構(gòu)，在原涵洞位置布置泄洪洞，進(jìn)口設(shè)塔式進(jìn)水塔，塔內(nèi)設(shè)平板事故檢修門(mén)和工作門(mén)，孔口尺寸5 m×5 m，塔后接城門(mén)洞形無(wú)壓洞，凈高7 m，凈寬5 m。當(dāng)水庫(kù)遭遇50年一遇洪水時(shí)，可削減38%的洪峰，當(dāng)水庫(kù)遭遇1 000年一遇洪水時(shí)，可削減50%的洪峰。

以上兩個(gè)方案的削峰率相當(dāng)，均可解決水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。方案一的土石方開(kāi)挖量大，工程投資比方案二多，但金屬結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單；方案二的土石方開(kāi)挖量較小，而且易解決棄渣問(wèn)題，泄洪洞的進(jìn)口高程較低，有利于延長(zhǎng)水庫(kù)壽命。方案一工程總投資4 624.51萬(wàn)元；方案二工程總投資4525.89萬(wàn)元。

經(jīng)綜合比較，方案二工程投資相對(duì)較少，土石方量較少，雖存在圍堰施工難度大、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高的問(wèn)題，但可徹底解決壩下涵洞及其進(jìn)口存在的問(wèn)題；泄洪洞進(jìn)口高程低，可以延長(zhǎng)水庫(kù)壽命，有利于水庫(kù)的運(yùn)行管理，因此建議采用方案二，即泄洪洞方案。

4 結(jié)語(yǔ)

申村水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，能更好地保護(hù)下游群眾生命財(cái)產(chǎn)及各重要設(shè)施的安全，對(duì)緩解當(dāng)?shù)厮Y源供需矛盾具有深遠(yuǎn)的歷史意義和現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)對(duì)促進(jìn)工農(nóng)業(yè)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境的改善，乃至旅游業(yè)的發(fā)展，都必將起到積極的促進(jìn)作用。因此，對(duì)申村水庫(kù)的除險(xiǎn)加固非常重要，勢(shì)在必行。