長潭水庫洪水復(fù)核研究

屠林初

(黃巖長潭水庫管理局，浙江臺州 318024)

1 水庫概況

長潭水庫位于浙江省臺州市黃巖區(qū)西部，椒江支流永寧江上游，壩址以上流域面積441.3 km2，總庫容 6.91 億 m3，水庫集水面積 441.3 km2，主河道長34.2 km，河道平均比降8.363‰，河道平均高程163.0 m(黃海高程，下同)，分水嶺最高點為1 252.5 m，平均高程675 m.上游分為3支流，形成明顯的扇形流域，極易形成全流域強大的暴雨洪水.

2 水庫防洪標準

水庫的擋水建筑物為粘土斜墻砂卵石壩，對照“山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物洪水標準”以及“山區(qū)、丘陵區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物洪水標準”，綜合以往長潭水庫防洪復(fù)核成果以及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000)，本次安全鑒定確定的洪水標準為設(shè)計洪水100年一遇，校核洪水10 000年一遇，同時加算1 000年一遇、2 000年一遇和5 000年一遇洪水情況.

3 流域氣象特征

據(jù)氣象站實測資料統(tǒng)計，流域多年平均氣溫16.9℃，月平均最高氣溫27.6℃(7月份)，月平均最低氣溫6.0℃(1月份)，極端最高氣溫37.9℃(8月份)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，光照充足，雨量豐沛，多年平均雨日約165.0日(降水量 ＞0.1 mm)，其中日雨量 ＞10.0 mm 的有 45.0日左右.降水量時空分布不均，一般降水量山區(qū)大于平原，時間上不僅年際變化較大，而且年內(nèi)分配也很不均勻，其中3～9月的七個月的降水量占全年的70% ～80%，其余5個月約占20% ～30%.本地3、4月價是西北季風(fēng)減退和東南季風(fēng)開始增強期，冷暖空氣交綏，形成綿綿春雨4月16日～7月15日期間(即梅汛期)，7月16日～10月15日期間(即臺汛期)，受太平洋副熱帶高壓脊控制，降水主要為臺風(fēng)暴雨和局部雷陣雨.1994年8月2l日出現(xiàn)了流域一日面暴雨319.9 mm，1962年8月底至9月初普降大雨，三日面暴雨482.7 mm，七日面暴雨553.0 mm.可見臺風(fēng)暴雨不僅降水量大，而且比較集中，雨強較大.

4 設(shè)計洪水復(fù)核

4.1 設(shè)計暴雨

暴雨是形成洪水的主要因素，由暴雨推求設(shè)計洪水通常假定暴雨與洪水具有相同的頻率.根據(jù)本流域降雨、洪水特性、主汛期明顯地可分為梅汛、臺汛期，按不同成因分析各期設(shè)計暴雨，比較符合客觀情況，且水庫可分期蓄水，有利于水庫調(diào)度運行.

流域面雨量統(tǒng)計選擇寧溪、長潭、白石垟、上垟和垟頭五個降水量站，資料起迄年限分別為1952-2010年、1956-2010年、1962-2010年、1962-2010年和1968-2010年.經(jīng)相關(guān)插補后，水庫流域的暴雨系列為1952-2010年共59年.流域面雨量采用泰森多邊形面積權(quán)重法計算，面積權(quán)重分別為:寧溪 0.163、長潭 0.144、白石垟 0.264、上垟0.205、垟頭 0.224.長潭水庫 1D、3D、7D 降雨頻率曲線見圖1.

圖1 長潭水庫全年最大1D、3D、7D降雨頻率曲線

4.2 設(shè)計雨型

設(shè)計暴雨的日程分配，選擇位于水庫流域中心的寧溪雨量站作統(tǒng)計雨型的代表站.在1952-1990年中臺汛期三日雨量＞150 mm，七日雨量＞300 mm的15場暴雨，梅汛期三日雨量＞75 mm，七日雨量＞160 mm的16場暴雨，進行統(tǒng)計分析，結(jié)合原擴初設(shè)計時所采用的日程分配，日程分配百分數(shù)見表1.

表1 設(shè)計暴雨日程分配百分數(shù)表

設(shè)計暴雨的時程分配:最大一日暴雨時程分配運用暴雨衰減指數(shù)代入暴雨強度公式求得時段雨量分配系數(shù)，各時段的雨量按《浙江省可能最大暴雨圖集》中的規(guī)則排列.其余幾日時程分配仍采用原擴初設(shè)時統(tǒng)計時結(jié)果.暴雨衰減指數(shù)np［1］本次分析了各時段雨量均為年最大的多場暴雨，其結(jié)果與擴初設(shè)計所用值較接近.np值取用如下:

臺汛期:重現(xiàn)期N＞100年，np=0.55;

N=100 年，np=0.58;

N ＜100 年，np=0.60.

梅汛期:各重現(xiàn)期np均為0.55.

4.3 設(shè)計洪水

4.3.1 產(chǎn)流計算

長潭水庫流域設(shè)計洪水產(chǎn)流計算采用蓄滿產(chǎn)流的簡易扣損法，假定土壤最大含水量 Imax為100 mm，土壤前期含水量為 75 mm，則初損為25 mm.最大24小時雨量后損值1 mm/h，其余幾日后損值為0.5 mm/h，潛流部分水量，從凈雨開始后扣穩(wěn)滲1.5 mm/h.

4.3.2 匯流計算

匯流計算采用浙江省新綜合單位線法［1］.長潭水庫壩址以上集水面積441.3 km2，流域重心L重心=15.68 km，分水嶺平均高程 H1=675.00 m，河道平均高程 H2=163.00 m，河道平均坡度 SR=2.97 m/km，流域平均坡度 SF=11.60 dm/km2.由 S～α、a、b 關(guān)系曲線［2］查得參數(shù) α =0.54，a=0.10，b=1.325.

由上述求得的新綜合單位線法匯流參數(shù)，臨界雨強采用20 mm/h，即可推求出設(shè)計洪水，設(shè)計洪水過程線見圖2.

圖2 長潭水庫臺汛期設(shè)計洪水過程線

5 水庫調(diào)洪計算

5.1 庫容曲線

庫容曲線見表2.

5.2 泄洪建筑物及泄流能力曲線

長潭水庫除險加固后采用溢洪道泄洪，溢洪道進水渠底寬 61.0 m，底高程 31.00 m，長 319.0 m.溢流堰采用駝峰堰型，堰頂高程33.00 m，溢流凈寬50 m，設(shè)有5孔弧型閘門，閘門尺寸10 m×6.5 m.根據(jù)溢洪道布置情況，因溢洪閘后為陡坡段，不影響堰的過流能力，其流量按自由出流量分式計算.

Q=M·B·H3/2［3］

式中:Q—下泄流量，m3/s;

M—綜合流量系數(shù);

B—溢洪堰總凈寬，取50 m;

H—庫水位與堰頂高程之差，m.溢洪道泄流能力根據(jù)試驗成果選取，見表3.

表2 長潭水庫水位庫容曲線

表3 長潭水庫泄流能力曲線

5.3 水庫調(diào)洪計算

5.3.1 調(diào)洪原則

(1)設(shè)計洪水和校核洪水的調(diào)洪計算不考慮洪水預(yù)報;

(2)以水庫壩前水位作為泄量的判別條件;

(3)下游與永寧江治理二期工程初步設(shè)計相協(xié)調(diào)，滿足永寧江兩岸20年一遇保護集鎮(zhèn)和大片農(nóng)田、50年一遇保護黃巖城區(qū)的防洪要求，控制最大下泄流量為756 m3/s和1 022 m3/s;上游滿足庫區(qū)移民水位的要求:20年一遇壩前洪水位不高于38.00 m;機組發(fā)電流量為 50 m3/s，起調(diào)水位為35.00 m(臺汛期限制水位).

(4)壩前水位高于38.86 m時，敞開5孔閘門泄洪，以確保大壩安全.

5.3.2 調(diào)度運行方式

(1)壩前水位低于35.00 m(臺汛期限制水位)時，不開閘泄洪;

(2)壩前水位高于35.00 m、低于37.99 m(20年一遇洪水位)時，開啟5孔閘門泄洪，但應(yīng)視下游河道過流情況，控制下泄最大流量不大于756 m3/s.

(3)壩前水位高于37.99 m、低于38.86 m(50年一遇洪水位)時，開啟5孔閘門泄洪，但應(yīng)視下游河道過流情況，控制下泄最大流量不大于1 022 m3/s.

(4)壩前水位高于38.86 m時，敞開5孔閘門泄洪，以確保大壩安全.

5.3.3 調(diào)節(jié)計算

本次復(fù)核的洪水過程采用全年設(shè)計洪水成果，采用靜庫容法進行調(diào)節(jié)計算.調(diào)節(jié)計算的基本原理是聯(lián)解水庫的水量平衡方程和蓄泄方程［4］，求解方法采用試算法.即:

式中:W—水庫蓄水量;

Q—入庫水量;

q—出庫水量;

Z—庫水位.

經(jīng)計算調(diào)洪演算成果見表4.

表4 長潭水庫安全復(fù)核調(diào)洪演算成果表

5.4 壩頂高程復(fù)核

壩頂高程應(yīng)不得低于水庫靜水位與波浪高、安全超高之和，浪高及波長按官廳水庫公式計算.壩頂高程計算成果見表5.壩頂高程按各種運行情況下水庫靜水位加對應(yīng)的超高之后取最大者，根據(jù)計算結(jié)果知壩頂高程由校核洪水位控制，防浪墻頂高程取為45.20 m，防浪墻高為1.2 m，壩頂高程為44.00 m.壩頂高程符合規(guī)范要求.

表5 壩頂高程復(fù)核計算結(jié)果

6 結(jié)論

(1)洪水標準復(fù)核計算是在2004年成果的基礎(chǔ)上進行的.采用間接法推求設(shè)計洪水，選取對工程不安全的設(shè)計洪水作為本次的設(shè)計洪水.經(jīng)調(diào)洪演算，100年一遇設(shè)計洪水位39.34 m，最大泄量1 534 m3/s;10 000年一遇校核洪水水位43.02 m，最大泄量3 001 m3/s.所得結(jié)果與原設(shè)計成果基本一致.

(2)經(jīng)壩頂超高復(fù)核，長潭水庫壩頂高程滿足規(guī)范要求.長潭水庫防洪標準滿足規(guī)范要求，水庫防洪安全性為A級.

［1］林基周.新綜合單位線法及其在計算機上的實現(xiàn)［J］.浙江水利科技，1996(2):12-14.

［2］王結(jié)平.小型水庫大壩安全鑒定中洪水標準復(fù)核計算［J］.中國農(nóng)村水利水電，2003(4):37-39.

［3］葛守西.現(xiàn)代洪水預(yù)報技術(shù)［M］.北京:中國水利水電出版社，1999:63.

［4］范鐘秀.中長期水文預(yù)報［M］.南京:河海大學(xué)出版社，1999:123.

［5］黃 燕，王 輝，張明波.水利水電工程除險加固中的設(shè)計洪水復(fù)核［J］.人民長江，2006(4):36-38.