某工程庫(kù)尾伏流采取工程措施后設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

劉冬梅，楊 周

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

某工程庫(kù)尾伏流采取工程措施后設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

劉冬梅，楊 周

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

貴州省巖溶發(fā)育，峰叢、洼地眾多，河流明暗交替現(xiàn)象十分普遍。若庫(kù)區(qū)某些伏流段阻水嚴(yán)重，為保證上游重要鄉(xiāng)鎮(zhèn)不受淹，需采取工程措施對(duì)伏流卡口段進(jìn)行處理。當(dāng)采取工程措施后，洪水變得相對(duì)暢通，因此與天然情況下的洪水計(jì)算有較大的差別。文章對(duì)庫(kù)尾伏流采取工程措施后的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算進(jìn)行了探討，以期對(duì)類似的工程有所幫助。

庫(kù)尾伏流；工程措施；設(shè)計(jì)洪水

0 前 言

某水利樞紐工程位于貴州省畢節(jié)市與遵義市境內(nèi)。位于水庫(kù)庫(kù)尾、壩址上游約39～45km處，有3段伏流(暗河)，分別為大天橋、中天橋及小天橋暗河，中、小天橋河段從大天橋進(jìn)口至小天橋出長(zhǎng)約6km。大、中、小天橋伏流均不同程度存在卡口段，阻礙上游洪水順利通過(guò)。

水庫(kù)建成后，隨著小天橋出口水位的抬高，伏流段過(guò)洪能力將會(huì)變得更小。為保證水庫(kù) 20a一遇洪水回水不影響上游大河鄉(xiāng)，設(shè)計(jì)擬采取大中天橋分洪隧洞+小天橋明渠方案對(duì)伏流卡口段進(jìn)行處理，隧洞各2條，長(zhǎng)度約為 2.8km，斷面為12×18.1m；明渠長(zhǎng)度約為 0.5km，斷面為25×23m。

1 流域慨況

六沖河為烏江最大的一級(jí)支流，全長(zhǎng)273.4km，全流域面積10665km2。六沖河干流大致以赫章以上劃為上游河段，河谷較開(kāi)闊，赫章至瓜仲河水文站為中游河段，河谷深切，巖溶相當(dāng)發(fā)育，明暗相間，有多處伏流段，其中赫章縣城至七星關(guān)河段長(zhǎng)32km，有大小伏流6處，分別為卡上，豬爬巖，毛家洞，大、中、小天橋伏流，總長(zhǎng)約8km。梯子巖至瓜仲河水文站河段長(zhǎng)7km，有伏流數(shù)處，其中最長(zhǎng)的梯子巖伏流長(zhǎng)3km，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)為貴州省風(fēng)景名勝區(qū)(九洞天)，瓜仲河以下至河口為下游河段，河谷地形開(kāi)闊，束放相間，其間伍佐河口、六圭河、寄仲壩地形開(kāi)闊，階地發(fā)育(已為洪家渡電站水庫(kù)庫(kù)區(qū))[1]。

某水利樞紐工程壩址位于長(zhǎng)江流域?yàn)踅Я髁鶝_河干流的中游河段上，壩址以上集水面積 4312km2。

受水區(qū)位于畢節(jié)市、大方、黔西、金沙、納雍、織金、赫章6縣和遵義市城區(qū)及仁懷市。受水區(qū)地處云貴高原向東部低山丘陵過(guò)渡的斜坡地段，地形以山地高原為主。區(qū)內(nèi)河流屬山區(qū)雨源型河流，源短流細(xì)，巖溶發(fā)育，地表和地下水滯蓄能力差，水資源量小，開(kāi)發(fā)利用程度有限，因此水利化程度和保證率不高，旱災(zāi)頻繁。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)站洪水頻率計(jì)算

經(jīng)分析，以壩址上游的六沖河干流上的七星關(guān)水文站(F=2999km2)、壩址下游的六沖河干流控制站洪家渡站(F=9456km2)和支流白甫河上的對(duì)江站(F=1944km2)為設(shè)計(jì)依據(jù)站。各站設(shè)計(jì)洪水用頻率法計(jì)算，經(jīng)過(guò)目估適線確定三站洪峰洪量系列的參數(shù)采用值[2]。

3 伏流削峰作用分析

六沖河干流上暗河溶洞分布廣，在干流以上比較大的伏流有卡上、豬爬巖、毛家洞、大天橋、中天橋、小天橋、梯子巖伏流。其中七星關(guān)站受伏流影響，造成洪峰模數(shù)為全省的最低值[3]。

根據(jù)調(diào)查分析，大花水河段毛家洞洞口最大出流能力僅400m3/s；1983年較大洪水在大天橋進(jìn)口和小天橋出口處水位差比測(cè)時(shí)水位差高19m，說(shuō)明較大洪水時(shí)天橋伏流壅水嚴(yán)重。

根據(jù)分析，天橋伏流削峰能力在20%～35%(P=5%～1%)，常年洪水削峰能力很小。其中大花水?dāng)嗝嫔嫌?km處即為毛家洞出口，斷面以上集水面積 1300km2，大天橋入口處集水面積 2910km2，大天橋入口～小天橋出口區(qū)間集水面積55km2，大花水～大天橋區(qū)間集水面積 1610km2，七星關(guān)站集水面積 2999km2。天橋伏流削峰計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 天橋伏流削峰計(jì)算成果表

4 壩址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

壩址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算考慮天然、天橋伏流暢通、考慮連通洞作用3種情況進(jìn)行分析計(jì)算。

4.1 大天橋伏流入口及天橋伏流暢通情況下七星關(guān)站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)上述伏流削峰能力分析，2a一遇左右的洪水，大、中、小天橋基本暢通，故考慮七星關(guān)站常年一遇洪水(≤700m3/s)情況下，大天橋伏流入口和七星關(guān)站洪水流量相一致。

七星關(guān)站≤700m3/s的洪峰流量與伏流入口處的調(diào)查歷史洪水合并，組成大天橋伏流入口處洪峰流量系列，點(diǎn)繪得到伏流入口～七星關(guān)站同期年洪峰流量的線性相關(guān)關(guān)系曲線，相關(guān)系數(shù)為0.99，相關(guān)性好[4]。

關(guān)系式為：

Q大天橋入口=(Q七星關(guān)-361.59)/0.5256

(1)

根據(jù)上式插補(bǔ)得到大天橋伏流入口歷年的洪峰流量，采用頻率法經(jīng)過(guò)目估適線，得到大天橋伏流入口處的洪峰系列參數(shù)采用值。

將大天橋伏流入口處設(shè)計(jì)洪水成果按面積比移至七星關(guān)站斷面，比擬系數(shù)為1.03，得到暢通情況下即不受伏流影響的七星關(guān)站斷面設(shè)計(jì)洪水成果，見(jiàn)表2。

表2 大天橋伏流入口及暢通情況下七星關(guān)站設(shè)計(jì)洪水成果表

備注：伏流入口、七星關(guān)站設(shè)計(jì)洪量成果一致

4.2 天然情況下壩址設(shè)計(jì)洪水

據(jù)七星關(guān)和洪家渡兩站同頻率設(shè)計(jì)洪水峰、量值，推算峰、量面積比指數(shù)，壩址年最大洪峰流量依據(jù)七星關(guān)站設(shè)計(jì)洪水按加大10%的洪峰面積比指數(shù)推算到壩址[5]。

4.3 考慮連通洞作用壩址設(shè)計(jì)洪水

本工程庫(kù)尾分布的大、中、小天橋3段伏流進(jìn)、出口河床高程在1294～1274m，地面最高高程在1400～1350m，水庫(kù)蓄水后伏流洞段有可能部分或全部淤堵；伏流洞段存在因排水不暢和受泥沙淤積影響而形成庫(kù)中庫(kù)的可能。設(shè)計(jì)擬在伏流河段采取大中天橋分洪隧洞+小天橋明渠方案降低對(duì)上游壅水的影響[6]。

考慮連通洞的設(shè)計(jì)洪水按天橋伏流不過(guò)流、連通洞過(guò)流情況下進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)連通洞的滯洪能力，對(duì)伏流入口進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，其下泄流量與連通洞出口～壩址區(qū)間設(shè)計(jì)洪水相疊加，得到設(shè)計(jì)洪水過(guò)程[7]。

經(jīng)連通洞滯洪后，壩址處校核洪水洪峰流量為5090m3/s(0.02%)，考慮到水庫(kù)運(yùn)行初期，伏流和連通洞共同泄流，本階段考慮校核頻率洪峰、洪量同時(shí)加大10%，加大后校核洪水洪峰流量為5600m3/s。

4.4 天橋伏流暢通情況下壩址設(shè)計(jì)洪水

天橋伏流暢通情況即不考慮天橋伏流影響。暢通情況與現(xiàn)狀情況洪量相同。設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算采用兩種方法比較，經(jīng)比較，最終采用不考慮伏流影響的七星關(guān)站設(shè)計(jì)洪水按面積比指數(shù)推算到壩址處成果[8-9]。

4.5 推薦采用的壩址設(shè)計(jì)洪水成果

水庫(kù)運(yùn)行初期，伏流和連通洞共同泄流，壩址設(shè)計(jì)洪水考慮按天橋伏流暢通情況計(jì)算，校核頻率洪峰、洪量同時(shí)加大10%，得到水庫(kù)壩址處校核洪峰流量為7050m3/s。通過(guò)調(diào)洪計(jì)算，水庫(kù)最大下泄流量為3310m3/s，水庫(kù)校核洪水位為1326.06m?？紤]連通洞情況下校核洪水位抬高0.45m。成果是偏安全的[10]。詳見(jiàn)表3。

表3 水庫(kù)壩址設(shè)計(jì)洪水成果表

備注：連通洞和暢通情況下P=0.02%設(shè)計(jì)洪峰、洪量加大10%

5 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)洪水計(jì)算是一項(xiàng)重要且復(fù)雜的工作，計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水的大小，直接關(guān)系到工程的安全。貴州省巖溶發(fā)育，河流明暗交替現(xiàn)象頻現(xiàn)。當(dāng)對(duì)庫(kù)區(qū)伏流卡口斷面采取工程措施后，洪水變得相對(duì)暢通，與天然情況下的洪水計(jì)算有較大的差別。因此，設(shè)計(jì)人員除重視洪水調(diào)查，開(kāi)展必要的水文地質(zhì)調(diào)查外，還必須結(jié)合流域的水文資料情況，選擇多種方法來(lái)進(jìn)行分析比較，最終選擇對(duì)工程安全有利的設(shè)計(jì)洪水成果。

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1007-7596(2014)03-0100-03

2013-05-18

劉冬梅(1968-)，女，重慶人，高級(jí)工程師，從事水資源水文專業(yè)工作；楊周(1982-)，男，貴州都勻人，工程師，從事水文水資源專業(yè)工作。

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