花古水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水及泥沙淤積計(jì)算探析

宇 彤

(遼寧鐵嶺市農(nóng)田基本建設(shè)工作辦公室，遼寧 鐵嶺 112000)

花古水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水及泥沙淤積計(jì)算探析

宇 彤

(遼寧鐵嶺市農(nóng)田基本建設(shè)工作辦公室，遼寧 鐵嶺 112000)

本文采用《遼寧省中小河流(無(wú)資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》，對(duì)花古水庫(kù)壩址處洪水進(jìn)行分析計(jì)算，采用圖表法與面積比法對(duì)洪水計(jì)算進(jìn)行比較，并對(duì)泥沙淤積情況進(jìn)行分析，計(jì)算的成果可為花古水庫(kù)的運(yùn)行管理提供參考數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)洪水；泥沙淤積；計(jì)算；花古水庫(kù)

1 工程概況

花古水庫(kù)位于康平縣柳樹(shù)屯鄉(xiāng)花古窩堡村西側(cè)，坐落于遼河支流秀水河上，壩址以上控制面積為343.60km2，水庫(kù)原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇設(shè)計(jì)、300年一遇校核，1983年“三查三定”為100年一遇設(shè)計(jì)、500年一遇校核?；ü潘畮?kù)樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水洞組成。主壩、副壩均為均質(zhì)土壩，主壩頂長(zhǎng)1250m，副壩頂長(zhǎng)770m，主壩最大壩高8.70m，輸水洞為壩內(nèi)方涵，斷面尺寸為1.50m×1.50m×2孔，溢洪道為開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)，寬頂堰型，堰頂凈寬約50m?；ü潘畮?kù)是一座以防洪、灌溉為主，兼有養(yǎng)魚(yú)等綜合利用的中型水庫(kù)。

2 多年平均來(lái)水量

壩址以上河流長(zhǎng)度44.76km，河道平均坡度3.25‰。多年平均降水量525mm，多年平均蒸發(fā)量1800mm，多年平均徑流深50mm，多年平均懸移質(zhì)150t/km2，多年平均年降水量變差系數(shù)：Cv=0.25，Cs=2Cv；年徑流變差系數(shù)：Cv=0.77，Cs=2Cv。

多年平均來(lái)水量為

W=0.10FY=0.1×257×50=1285萬(wàn)m3

式中F——壩址以上集水面積,257km2;

Y——多年平均年徑流深,50mm。

各種保證率下年來(lái)水量見(jiàn)表1。

表1 各種保證率下年來(lái)水量

3 設(shè)計(jì)洪水

3.1 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

花古水庫(kù)壩址以上11.50km處為張家窯小(1)型水庫(kù)，11km處為滿斗小(2)型水庫(kù)。張家窯、滿斗水庫(kù)工程標(biāo)準(zhǔn)低，洪水調(diào)節(jié)性能小。為安全計(jì)，花古水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中可不考慮張家窯水庫(kù)和滿斗水庫(kù)的洪水調(diào)節(jié)作用，直接采用壩址處天然設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算。

3.1.1 匯流歷時(shí)計(jì)算

按全流域面積257km2進(jìn)行計(jì)算：

式中τ——匯流時(shí)間，h;

L——壩址以上的河流長(zhǎng)度，km;

J——河道平均坡度，‰。

3.1.2 設(shè)計(jì)面雨量及面暴雨強(qiáng)度計(jì)算

面雨量：P三p面=P三KpKF

P24p面=P24KpKF

P6p面=P6KpKF

P1p面=P1KpKF

Pτp面=P24面×24n2p-1×6n1p-n2pτ1-n1p

面暴雨強(qiáng)度：ip=Pτp面/τ

式中KF——點(diǎn)面折減系數(shù)，查圖為0.96；

Pτp面——τ歷時(shí)設(shè)計(jì)面雨量，mm；

n2p,n1p——短歷時(shí)暴雨指數(shù)。

設(shè)計(jì)面雨量及面暴雨強(qiáng)度計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)面雨量及面暴雨強(qiáng)度計(jì)算成果

3.1.3 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

Qp=0.278ΦpipF

式中Qp——設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s;

Φp——設(shè)計(jì)洪峰徑流系數(shù)；

ip——相當(dāng)于匯流時(shí)間τ的設(shè)計(jì)面暴雨強(qiáng)度，mm/h;

F——集水面積，km2。

其設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果

3.2 設(shè)計(jì)洪量計(jì)算

設(shè)計(jì)洪量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

洪峰按面積比的2/3次方推求，洪量按面積比的1次方推求(見(jiàn)表5)?；ü潘畮?kù)圖表法與面積比法設(shè)計(jì)洪水成果比較見(jiàn)表6。

表4 設(shè)計(jì)洪量計(jì)算結(jié)果 單位：萬(wàn)m3

表5 花古水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果

表6 花古水庫(kù)此次設(shè)計(jì)洪水比較

由表6可知，此次用面積比法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水，洪峰比圖表法計(jì)算的小23.70%～46.80%，3日洪量小15.30%～34.50%，為了水庫(kù)大壩的安全，此次設(shè)計(jì)洪水采用圖表法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪水(見(jiàn)表7)。

表7 花古水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水比較

4 泥沙淤積計(jì)算

花古水庫(kù)壩址以上11.50km處為張家窯和滿斗水庫(kù)，沙漠非產(chǎn)流區(qū)可認(rèn)為不產(chǎn)沙，張家窯水庫(kù)和滿斗水庫(kù)并沒(méi)有排沙設(shè)施，因此，花古水庫(kù)入庫(kù)沙量計(jì)算中產(chǎn)沙面積可以考慮只按張家窯水庫(kù)和滿斗水庫(kù)-花古水庫(kù)區(qū)間面積進(jìn)行計(jì)算，區(qū)間面積為174.60km2。

根據(jù)《遼寧省水資源》，多年平均懸移質(zhì)年輸沙模數(shù)為50～200t/km2，根據(jù)實(shí)際淤積量進(jìn)行試算，得出g=150t/km2，則多年平均懸移質(zhì)年輸沙量G=gF=150×174.6=26190t;推移質(zhì)輸沙量占懸移質(zhì)比重E=20%,水庫(kù)淤積年限T=40年(1958—1998),泥沙容重r=1.3 t/m3。

綜合懸移質(zhì)、推移質(zhì)泥沙和岸崩三者需要的淤積庫(kù)容為

V=GT(1+E)/10000γ=26190×40×

(1+0.2)/1.3=96.70萬(wàn)m3

經(jīng)計(jì)算，從建庫(kù)到1998年，水庫(kù)的淤積庫(kù)容應(yīng)為96.70萬(wàn)m3，原設(shè)計(jì)死庫(kù)容為153萬(wàn)m3，相應(yīng)死水位92.83m。查實(shí)測(cè)地形圖計(jì)算水位-庫(kù)容曲線，實(shí)測(cè)從1958—1998年淤積量為87.75萬(wàn)m3，對(duì)應(yīng)水位為92.33m。實(shí)測(cè)淤積量與公式計(jì)算淤積量值相比，淤積量較少。

水庫(kù)淤積年限T=30年(1998—2028年),淤積量為

V=GT(1+E)/10000γ=26190×30×

(1+0.2)/(10000×1.3)=72.52萬(wàn)m3

5 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)花古水庫(kù)及臨近水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果，點(diǎn)繪了設(shè)計(jì)洪峰與面積及設(shè)計(jì)洪水總量與面積關(guān)系圖(圖略)，從圖中可以看出，各站的點(diǎn)子分布比較有規(guī)律，洪峰流量隨面積的增加而加大，洪峰-面積關(guān)系較好，基本成面積比2/3次方關(guān)系，符合洪水的地區(qū)綜合關(guān)系規(guī)律及該地區(qū)降水特性，表明花古水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果是合理的。通過(guò)泥沙淤積量計(jì)算，原設(shè)計(jì)死水位為92.83m，死庫(kù)容為153萬(wàn)m3，到1998年死庫(kù)容還有56.30萬(wàn)m3，從2008年開(kāi)始，20年后水庫(kù)死庫(kù)容已淤積滿，同時(shí)考慮冬季養(yǎng)魚(yú)的要求水深1.50m，最后確定死水位為93.85m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容為215萬(wàn)m3。

[1] 張明芳,邢波.大中型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法探討[J].山東水利,2011(3).

[2] 劉強(qiáng).頭屯河水庫(kù)設(shè)計(jì)流量分析[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2015(8).

[3] 姜彪,李成振,丁曼.基于DEM的山區(qū)小型水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法及應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2015(8).

[4] 李敏,馬玉軍,周如瑞.水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線修勻方法及應(yīng)用[J].水電能源科學(xué),2013(6).

[5] 楊艷英.上英水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2015(6).

Calculation and Analysis of Design Flood and Sediment Accumulation of Huagu Reservoir

YU Tong

(LiaoningTielingCityFarmlandCapitalConstructionWorkOffice,Tieling112000,China)

In this paper, “the design of storm water flooding in small and medium rivers in Liaoning Province” (without data area) is used to calculate the flood at the dam site of Huagu reservoir. The flooding calculation is compared by graphical method and area ratio method, and the siltation situation is analyzed. The calculation results can provide reference data for the operation and management of Huagu reservoir.

design flood; sediment accumulation; calculation; Huagu Reservoir

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.02.015

TV222.2

A

1673-8241(2017)02- 0067- 04