蔡景禮

(黑龍江省八五六農(nóng)場(chǎng)水務(wù)局，黑龍江虎林158418)

，則式(1)可化為:

在規(guī)劃水庫建設(shè)工程時(shí)，首先要做的工作是庫址比較、查勘、地質(zhì)勘探、水文調(diào)查、土石料調(diào)查和灌區(qū)調(diào)查以及必要的地形測(cè)量;之后是庫容的確定、壩型的選擇及壩的斷石放水、泄水建筑物設(shè)計(jì)。本文側(cè)重小型水庫的庫容調(diào)洪計(jì)算。

1 調(diào)洪計(jì)算

在取得庫址以上集水面積和降雨(設(shè)計(jì)暴雨)資料后，根據(jù)溢流建筑堰頂初步擬定高程及堰底市程，使可進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算。

總庫容在100萬m3以下的小型水庫，溢洪道為不設(shè)閘門的自由出流，即以設(shè)計(jì)頻率的洪峰流量設(shè)計(jì)溢洪道的尺寸，再以校核頻率的洪峰流量校核過水能力。

對(duì)于總庫容＞100萬m3的水庫，要求進(jìn)行比較精確的分時(shí)段調(diào)洪計(jì)算。

分時(shí)段調(diào)洪演算是根據(jù)洪水過程中各時(shí)段進(jìn)庫、出庫流量與調(diào)洪庫容之間的水量平衡關(guān)系來進(jìn)行的:

即

式中:Δt為調(diào)洪時(shí)段，采用0.5～1 h;Q1、Q2為時(shí)段初、末進(jìn)庫流量，從設(shè)計(jì)洪水過程線查得;Q'1、Q'2為時(shí)段初、末出庫流量，由溢洪道水深與泄洪流量關(guān)系曲線查得;V2、V1為時(shí)段初、末水庫庫容，由水位庫容關(guān)系曲線查得。

令

，則式(1)可化為:

根據(jù)式(2)，即可列表用試算法計(jì)算或作輔助曲線法求得調(diào)洪后的洪峰流量。

上式用到的洪水過程線，有的根據(jù)實(shí)測(cè)資料用單位過程線推算，有的用同頻率設(shè)計(jì)洪水線，某些省小型水庫一般采用后一種辦法。

2 采用同頻率設(shè)計(jì)洪水線方法

這種方法調(diào)洪步驟如下:

2.1 選定暴雨歷時(shí)和雨型

調(diào)洪計(jì)算采用多長(zhǎng)的設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體工程的調(diào)洪能力而定。小型水庫集雨面積小，洪水暴漲暴落，連續(xù)洪峰對(duì)它影響較小，因此，凡以開敞式溢洪道泄洪的，建議采用24 h暴雨洪水過程線進(jìn)行調(diào)洪演算。

洪水過程線是與雨量在時(shí)間上的分配相適應(yīng)的，如果雨量分布比較均勻，則出現(xiàn)的洪峰流量較小，若暴雨集中，相應(yīng)的洪峰流量就大，同時(shí)出現(xiàn)洪峰的時(shí)間越早，對(duì)調(diào)洪越有利，因若洪峰來得遲，一部分調(diào)洪庫容已為先來的洪水填充，從而減小了水庫對(duì)洪峰的調(diào)節(jié)能力。所以，選擇不同的雨型得出不同的調(diào)洪成果。參照浙江省臺(tái)風(fēng)期經(jīng)常出現(xiàn)的暴雨雨型的統(tǒng)計(jì)資料，同時(shí)考慮到工程的安全與經(jīng)濟(jì)，建議按照以下原則繪制同頻率的24 h暴雨雨型。

以匯流時(shí)間τ為單位，把24 h劃分為24/τ個(gè)時(shí)段。各時(shí)段的暴雨強(qiáng)度及暴雨量可根據(jù)同頻率原理推導(dǎo)出來的公式進(jìn)行計(jì)算。

式中

BK為暴雨分配系數(shù)

n為暴雨衰減指數(shù)。

在我省某些流域建議n值采用0.5～0.7。

BK值可查表，如確定n值為0.67和0.60情況下，其BK值查表1。

表1 暴雨分配系數(shù)BK值表

將各時(shí)段的暴雨強(qiáng)度按下列原則排列組成設(shè)計(jì)雨型:即把雨峰放在第18 h，老二、老三放在雨峰之前，然后按一后一前順序排列，當(dāng)峰后6 h排滿后即把余下的順序排列在前面。τ=1 h、τ=2 h、τ=3 h的設(shè)計(jì)雨型，并繪制相對(duì)應(yīng)τ值時(shí)的設(shè)計(jì)雨型圖。當(dāng)τ為其它數(shù)值時(shí)可依此類推。

2.2 推求設(shè)計(jì)洪水過程線

根據(jù)前述設(shè)計(jì)雨型并假定各時(shí)段的暴雨均為一孤立暴雨，相應(yīng)的洪水過程線均為一等腰三角形，其底寬為2τ，縱高為各分時(shí)段的洪峰流量QK。

式中:洪峰流量QMp=0.278ψ·ip·F。

將上述各分段洪水過程線疊加起來，即為同頻率設(shè)計(jì)24 h暴雨洪水過程線。在實(shí)際應(yīng)用中可用圖解法，即把各個(gè)時(shí)段的峰頂順序逐點(diǎn)作連線，即為要求的設(shè)計(jì)洪水過程線，見圖1。

圖1 同頻率設(shè)計(jì)洪水過程線

求得同頻率設(shè)計(jì)洪水過程線后，即可進(jìn)行分時(shí)段調(diào)洪，其步驟如下:

1)確定調(diào)洪時(shí)段Δt:一般選用0.5～1 h或采用匯流時(shí)間τ的分?jǐn)?shù)如τ/2、τ/3等。調(diào)洪時(shí)段的劃分應(yīng)從洪水過程線峰值所在時(shí)刻按時(shí)段大小向峰前、后逐段進(jìn)行，這樣可以防止洪峰值由于時(shí)段劃分不善而被漏掉，以致影響調(diào)洪計(jì)算成果的精確性。

表2 調(diào)洪輔助曲線繪制表

表2中第①欄起始庫水位即起調(diào)水位，一般即溢洪道底高。以后根據(jù)溢洪水深大小每隔0.1～0.5 m作為一個(gè)計(jì)算點(diǎn)，一直算到可能出現(xiàn)的最大水深以上。

第②欄為與庫水位相應(yīng)的溢洪道過水深度。

第③欄為與溢洪水深相應(yīng)的下泄量Q'。計(jì)算時(shí)可參考未調(diào)洪前的洪峰流量定出溢洪道的需要長(zhǎng)度B，并根據(jù)不同的溢洪水深h，由(6)式計(jì)算下泄流量及繪制Q'～H關(guān)系曲線:

式中:Q'為過堰流量，m3/s;ε為收縮系數(shù)，一般自由溢流式溢洪道可采用1.0;B為溢洪道堰頂長(zhǎng)度，m;h為溢洪水深，m;M為流量系數(shù)，見表3。

表3 流量系數(shù)取值

如果有較大泄水洞可同時(shí)排泄洪水時(shí)，上述泄流量應(yīng)增加相應(yīng)庫水位下的洞泄流量。

第④欄為溢洪水深相應(yīng)的調(diào)洪庫容。

第⑤欄為Q'Δt，其中的Δt是調(diào)洪時(shí)段，以秒為單位。

3)調(diào)洪演算:列成表4進(jìn)行:

表4中:第②欄——入庫流量Q可從洪水過程線中查得;

第③欄——Qcp為前后兩時(shí)段入流量的平均值;

第④欄——Qcp·Δt為時(shí)段平均入流量Qcp與時(shí)段Δt的乘積;

表4 繪制Q'～H關(guān)系曲線表

3 結(jié)論

依上述方法，可求出溢洪建筑的最大下泄流量和相應(yīng)水庫最高水位H，從而確定較為合理的防洪設(shè)計(jì)庫容。

［1］ 浙江省水利電力局.小型水庫［M］.北京:水利電力出版社，1975.