戶主東水庫(kù)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖繪制的實(shí)例分析

李成龍

（滕州市戶主水庫(kù)管理所，山東 滕州277533）

戶主東水庫(kù)位于滕州市東郭鎮(zhèn)上戶主村北700 m，城河支流上，控制流域面積9.25 km2，總庫(kù)容437.57 萬(wàn)m3，興利庫(kù)容260 萬(wàn)m3，是一座具有防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益的?。?）型水庫(kù)。戶主東水庫(kù)大壩為黏土心墻砂殼壩，最大壩高12.1 m，壩頂寬5.0 m，壩長(zhǎng)658 m，壩頂高程129.0 m。迎水坡干砌石護(hù)坡，背水坡碎石護(hù)坡。戶主東水庫(kù)興利水位124.17 m，設(shè)計(jì)洪水位127.31 m，校核洪水位128.00 m，設(shè)計(jì)洪水下泄流量98.39 m3/s，校核洪水下泄流量167.62 m3/s。 本文是按發(fā)生校核洪水時(shí)發(fā)生潰壩情況下，計(jì)算洪水淹沒(méi)范圍，繪制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。

1 計(jì)算過(guò)程

由于幸福河是戶主水庫(kù)（中型，最近處距戶主東水庫(kù)0.7 km，泄洪通道與戶主東水庫(kù)共用）的泄洪通道，當(dāng)戶主東水庫(kù)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，戶主水庫(kù)也極有可能發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水而正在進(jìn)行泄洪，因此戶主東水庫(kù)的下游流量應(yīng)考慮和戶主水庫(kù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的洪水泄洪量疊加計(jì)算。戶主東水庫(kù)泄洪通道沿幸福河距上級(jí)河流城河距離為10 865 m，洪水在3 000 m 處和戶主水庫(kù)洪水匯流疊加。經(jīng)查證戶主水庫(kù)在校核洪水位時(shí)泄洪量為432 m3/s。

1.1 洪水流量分析

根據(jù)上述大壩結(jié)構(gòu)形式以及流域洪水特征，水庫(kù)潰壩形式為漸潰式，潰壩最大流量計(jì)算公式如下：

其中，b=K（V1/2B1/2H）1/2

式中：Qmax為最大潰壩流量，m3/s；L 為庫(kù)水面（垂直壩軸方向）長(zhǎng)度，戶主東水庫(kù)為1 853 m；B為潰壩時(shí)沿壩軸方向水面寬或壩頂長(zhǎng)度，戶主東水庫(kù)為654 m；b 為潰口寬度，m；H 為潰壩時(shí)壩前水深，m；V 為潰壩時(shí)水庫(kù)庫(kù)容，萬(wàn)m3；K 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，黏土取0.65，壤土取1.3；g 為重力加速度，取值9.81 m/s。

經(jīng)計(jì)算，在校核洪水位下潰壩時(shí)壩址處最大潰壩流量為7 612 m3/s。

2）潰壩下游流量計(jì)算。經(jīng)查證《水庫(kù)汛期控制運(yùn)用方案編制計(jì)算手冊(cè)》為方便計(jì)算，采用經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：QLM為當(dāng)最大潰壩流量演進(jìn)至距壩址處時(shí)，在該處出現(xiàn)的最大流量，m3/s；QM為壩址處最大潰壩流量，m3/s；V 為水庫(kù)潰壩時(shí)的庫(kù)容，m3；L 為距壩址的距離，m；U 為河道洪水期斷面最大平均流速，如無(wú)資料，一般山區(qū)可取3.5～5.0 m/s，半山區(qū)可取2～3 m/s，平原可取1～2 m/s；K 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，山區(qū)河道取1.3，丘陵河道取1.0，平原河道取0.85；UK 取值：山區(qū)河道UK=7.15，半山區(qū)河道UK=4.76，平原河道UK=3.13。

依潰壩泄流導(dǎo)致的在任何典型斷面處的水位要與利用最大潰壩流量和水力學(xué)公式計(jì)算確定的流量所對(duì)應(yīng)的水深相一致的原則，確定各典型斷面的水深。

式中：S 為河流坡降；n 為曼寧系數(shù)，根據(jù)河流地形、地面建筑物情況選取；A 為水流斷面面積，m2；R 為水力半徑，R=A/P，m；P 為斷面濕周，m。

為確定潰壩后的淹沒(méi)范圍，根據(jù)下游工程和重要保護(hù)目標(biāo)所在位置，分別設(shè)立斷面進(jìn)行計(jì)算，按上述公式得到各斷面的淹沒(méi)水位，根據(jù)高程確定洪水淹沒(méi)邊界，繪制出《戶主東水庫(kù)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖》。

3）考慮洪水疊加。由于幸福河是戶主水庫(kù)的泄洪通道，當(dāng)戶主東水庫(kù)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，戶主水庫(kù)也極有可能發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水正進(jìn)行泄洪，因此戶主東水庫(kù)的下游流量在3 km 以下應(yīng)考慮和戶主水庫(kù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的洪水泄洪量疊加計(jì)算。經(jīng)查證，戶主水庫(kù)在校核洪水位時(shí)泄洪量為432 m3/s。經(jīng)計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 校核洪水位時(shí)潰壩不同斷面的最大流量計(jì)算表

潰壩洪水至城河時(shí)由于面積較大，進(jìn)入城河后流量較小，經(jīng)過(guò)城河泄洪后，影響較小，故不再考慮城河以下的洪水淹沒(méi)。

1.2 淹沒(méi)范圍計(jì)算

根據(jù)以上計(jì)算過(guò)程，推算出戶主東水庫(kù)泄洪通道上每1 000 m 處的最大洪水流量，根據(jù)洪水流速可推算出每個(gè)斷面的過(guò)水面積，在1∶10 000的地形圖上繪制橫斷圖，根據(jù)過(guò)水面積試算出淹沒(méi)寬度范圍。

1）試算流速。戶主東水庫(kù)下游幸福河段沒(méi)有洪水期斷面最大平均流速記錄，根據(jù)實(shí)際河道比降，流速在0～2 km 處取2 m/s，4 km 以下取1 m/s。據(jù)此可推算出每個(gè)斷面的洪水?dāng)嗝婷娣e。

選取典型斷面驗(yàn)算流速。

下游1 km 處：v=R2/3S1/2/n=2.15 m/s

與半山區(qū)取用的2 m/s 相近，可以取用。

下游8 km 處：v=R2/3S1/2/n=0.892（m/s）

與平原地區(qū)選取的1 m/s 相接近，可以取用。

2）校核洪水時(shí)潰壩各斷面最大洪水過(guò)水面積經(jīng)計(jì)算如表2。

表2 校核洪水位時(shí)潰壩不同斷面的過(guò)水面積計(jì)算表

1.3 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖繪制

在1∶10 000 的地形圖上，經(jīng)多次試算，繪出戶主東水庫(kù)的主流泄洪通道的中軸線，然后每隔1000 m 選取一個(gè)典型斷面，根據(jù)在地形圖上量取平面距離和高程繪制橫斷面圖，估算水位高程查詢面積與上述計(jì)算面積比較試算，然后調(diào)整洪水位高程直至查詢面積和計(jì)算面積相等。

繪橫斷圖后查詢橫斷面邊界線至中軸線的距離，連線成圖。

2 計(jì)算中遵循的原則及注意事項(xiàng)

1）淹沒(méi)范圍內(nèi)局部建筑物、樹(shù)木和道路等，考慮洪水的破壞性和安全起見(jiàn)，不計(jì)其對(duì)洪水的阻礙影響。

2）洪水經(jīng)過(guò)狹窄通道后進(jìn)入平坦地段時(shí)，如果地勢(shì)平坦或者低洼，理論上洪水淹沒(méi)范圍會(huì)隨之?dāng)U大，水位高程一直淹沒(méi)至水位等高線。但隨著范圍的擴(kuò)大，水位會(huì)降低。當(dāng)計(jì)算至水位低于0.5 m 以下時(shí)，不再外延，和上一個(gè)斷面淹沒(méi)寬度相順延。

3）在每個(gè)1 000 m 斷面附近選取具有代表性的斷面垂直于中軸線繪橫斷面圖，橫斷面圖要能代表附近地形的高程走向。

4）多條洪水主線分析。以上計(jì)算是通過(guò)一條洪水中軸線分析計(jì)算，但在實(shí)際上洪水在漫溢過(guò)程中會(huì)有很多條流向分支，尤其是在下游，盡管計(jì)算流量已經(jīng)變小，但洪水淹沒(méi)范圍會(huì)在兩側(cè)垂直等高線繼續(xù)漫延，所以，根據(jù)地勢(shì)等高線考慮下游淹沒(méi)范圍修正。