繆萍萍，任喜龍，李博超，高 蛟，嚴(yán) 闊

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

1 研究背景

桃林口水庫(kù)下游分水樞紐，俗稱桃林口小壩，距桃林口水庫(kù)壩下7.6km，始建于1978年，受當(dāng)時(shí)條件限制，設(shè)計(jì)、施工存在質(zhì)量缺陷，原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低。經(jīng)過30年運(yùn)行，庫(kù)區(qū)淤積嚴(yán)重，調(diào)節(jié)庫(kù)容僅170萬m3，不能滿足供水和電站調(diào)節(jié)需要。工程嚴(yán)重老化，壩面剝蝕嚴(yán)重，對(duì)水庫(kù)工程安全運(yùn)用、水資源優(yōu)化配置和合理利用造成了限制，影響了水庫(kù)效益的正常發(fā)揮。

為解決分水樞紐存在問題，2009年秦皇島市水務(wù)局組織實(shí)施了分水樞紐清淤改造工程。工程建設(shè)有：非溢流壩段改造，溢流壩段加高加固，增設(shè)排沙底孔，修建跨河交通橋，原沖沙閘及引青渠首進(jìn)水閘（原防洪閘）改造，庫(kù)區(qū)清淤，護(hù)地堤迎水坡防護(hù)，完善管理設(shè)施及觀測(cè)設(shè)施等。2011年5月主體工程完工。

2 洪水分析

2.1 設(shè)計(jì)洪水推求

《秦皇島市水文手冊(cè)》 中提供了3種設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，即單因子公式、多因子經(jīng)驗(yàn)公式和推理公式。

2.1.1 單因子公式

式中 Qm，p為某一頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；Cp為某一頻率的洪峰模系數(shù)（無量綱）；為多年平均洪峰流量模系數(shù)；F為設(shè)計(jì)流域面積（km2）。

2.1.2 多因子經(jīng)驗(yàn)公式

式中 H24，p為某一頻率的年最大24h降雨量（mm），CS＝3.5CV；Ψ為流域形狀系數(shù)（無量綱），Ψ＝F/L2，L為主河道長(zhǎng)度（km）；J為主河道比降（‰）；C為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（無量綱）。

2.1.3 推理公式

式中 τ為匯流歷時(shí)（h）；Hτ為歷時(shí)內(nèi)最大降雨量（mm）；tc為凈雨歷時(shí)（h）；R為次洪水徑流深（mm）；μ為產(chǎn)流參數(shù)（mm/h）；m為匯流參數(shù)（無量綱）；J為主河道比降。

本次計(jì)算主要通過流域設(shè)計(jì)暴雨產(chǎn)匯流推算出河道洪峰流量。其中相關(guān)參數(shù)取值主要依據(jù)《河北省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》、SL44—2006 《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》和《秦皇島市水文手冊(cè)》分析確定。分別采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算20年一遇、10年一遇和5年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量，計(jì)算成果見表1。

應(yīng)該積極探索將鎮(zhèn)街非稅收入納入非稅收入征繳系統(tǒng)，鎮(zhèn)街按照實(shí)現(xiàn)收入的真實(shí)情況，自行繳入非稅收入征繳系統(tǒng)，由稅務(wù)部門根據(jù)收入性質(zhì)分類匯總后按規(guī)定時(shí)間要求劃解至國(guó)庫(kù)，由國(guó)庫(kù)統(tǒng)一進(jìn)行資金結(jié)算并撥款，鎮(zhèn)街按照“鄉(xiāng)財(cái)縣管鄉(xiāng)用”的有關(guān)規(guī)定使用非稅收入款項(xiàng)，以提升鎮(zhèn)街非稅收入管理水平。

若從防洪不利的角度出發(fā)，當(dāng)桃林口水庫(kù)最大下泄流量遭遇到支流洪峰時(shí)，對(duì)于桃林口水庫(kù)下游分水樞紐和支流的防洪最為不利，流量遭遇情況見表3。

表1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果 單位：m3/s

表3 設(shè)計(jì)洪水遭遇方案 單位：m3/s

計(jì)算結(jié)果可知，單因子公式與推理公式計(jì)算成果基本一致，多因子公式計(jì)算結(jié)果略偏大，考慮到推理公式是通過推理而得出的雨洪計(jì)算推理公式，且在我國(guó)無資料地區(qū)的小流域應(yīng)用比較廣泛和成熟，因此，本次石門子村支流設(shè)計(jì)洪水采用推理公式計(jì)算成果。

2.2 設(shè)計(jì)洪水遭遇分析

桃林口水庫(kù)下游分水樞紐坐落在盧龍縣桃林口村南，距桃林口水庫(kù)壩下7.6km。桃林口水庫(kù)與桃林口水庫(kù)下游分水樞紐之間有石門子村支流匯入，支流距桃林口水庫(kù)下游分水樞紐2.6km。本次主要分析不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下桃林口下泄流量與區(qū)間支流洪峰的遭遇情況。

按照桃林口水庫(kù)初步設(shè)計(jì)文件，桃林口水庫(kù)不承擔(dān)下游防洪任務(wù)，洪水調(diào)度起調(diào)水位為正常蓄水位143.4m。但根據(jù)河北省防汛抗旱指揮部辦公室1999年6月編制的《河北省大型水庫(kù)防洪預(yù)案》，在實(shí)際運(yùn)用中，“考慮到豐水年泄量較大，因而將正常蓄水位適當(dāng)降低，以利錯(cuò)峰”。因此，調(diào)度原則確定為：保工程安全運(yùn)行，保持興利庫(kù)容，兼顧下游防洪，充分發(fā)揮興利與除害效益。

根據(jù)青龍河流域的降水特點(diǎn)，參考?xì)庀箢A(yù)報(bào)及水情測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)，采取沿時(shí)程動(dòng)態(tài)控制蓄水位的調(diào)度運(yùn)行方式，汛后蓄水位143.4m，下泄流量與潘家口、大黑汀水庫(kù)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，7月31日前蓄水水位確定140m，相應(yīng)調(diào)洪庫(kù)容1.60億m3，8月1日至10日為141.15m，相應(yīng)調(diào)洪庫(kù)容1.05億m3。

調(diào)度運(yùn)用方式：①對(duì)5年一遇洪水，根據(jù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，只靠底孔進(jìn)行泄洪，表孔弧門不打開；②對(duì)10年、20年一遇洪水，先按5年一遇標(biāo)準(zhǔn)調(diào)度，根據(jù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，當(dāng)洪峰流量達(dá)到10年以上標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，由底孔及表孔弧門聯(lián)合泄洪，調(diào)洪演算成果見表2。

表2 桃林口水庫(kù)調(diào)洪演算成果 單位：m3/s

3 分水樞紐改造前后水面線分析

3.1 下游分水樞紐設(shè)計(jì)洪水位

桃林口水庫(kù)下游分水樞紐加高加固后，泄洪設(shè)施包括溢流壩（堰頂高程由83.8m加高至85.0m，凈寬300m）、左岸兩孔排沙閘（閘底高程79.2m，閘室凈寬8m×2m，孔口高3.5m）和新建2個(gè)底孔沖沙閘（閘底高程72.0m，底孔斷面4m×2m），改造前后泄洪設(shè)施泄流曲線見圖2。

圖2 下游分水樞紐改造前后水位泄量關(guān)系

根據(jù)不同重現(xiàn)期洪水桃林口水庫(kù)下游分水樞紐入庫(kù)流量及水位泄量關(guān)系，可以插值出不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)洪水位，見表4。

表4 桃林口水庫(kù)下游分水樞紐改造前后設(shè)計(jì)洪水位（壩址處）

3.2 改造前后設(shè)計(jì)洪水水面線分析

桃林口水庫(kù)下游分水樞紐以上及石門子村支流設(shè)計(jì)水面線按照天然河道一維恒定非均勻流方法計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中 Z上、Z下為上、下斷面洪水位（m）；V上、V下為上、下斷面平均流速（m/s）；Q為設(shè)計(jì)流量（m3/s）；△L為上、下斷面間距（m）；α為動(dòng)能校正系數(shù)；ζ軃為平均局部阻力系數(shù)；K軍為上、下斷面平均流量模數(shù)，計(jì)算公式為，其中；n為河床糙率；ω為過水?dāng)嗝婷娣e（m2）；R為過水?dāng)嗝嫠Π霃剑╩）。

水面線推算起始斷面為桃林口水庫(kù)下游分水樞紐（樁號(hào)0+000），起調(diào)水位按設(shè)計(jì)洪水位考慮。河道糙率根據(jù)河道流量、河床組成、床面特征、河道平面形態(tài)等，參考《水力計(jì)算手冊(cè)》確定。

為了分析桃林口水庫(kù)下游分水樞紐改造前后對(duì)石門子村支流洪水位的影響，對(duì)20年、10年、5年一遇標(biāo)準(zhǔn)的洪水分別進(jìn)行改造前后水面線推求，推求成果見圖3～圖5。

圖3 改造前后20年一遇洪水水面線

圖4 改造前后10年一遇洪水水面線

圖5 改造前后5年一遇洪水水面線

當(dāng)發(fā)生20年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水，改造前后起調(diào)水位分別為87.69m和88.78m，起調(diào)水位抬高了1.09m，支流與主流交匯處水位抬高了0.31m，支流受下游水位抬高而壅高的影響范圍為900m；當(dāng)發(fā)生10年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水，改造前后起調(diào)水位分別為86.30m和87.32m，起調(diào)水位抬高了1.02m，支流與主流交匯處水位抬高了0.35m，支流受下游水位抬高而壅高的影響范圍為670m；當(dāng)發(fā)生5年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水，改造前后起調(diào)水位分別為85.48m和86.42m，起調(diào)水位抬高了0.94m，支流與主流交匯處水位抬高了0.23m，支流受下游水位抬高而壅高的影響范圍為650m。

4 結(jié)語(yǔ)

通過計(jì)算桃林口水庫(kù)下游分水樞紐改造前后洪水位，結(jié)合桃林口水庫(kù)泄洪情況，推算分析桃林口水庫(kù)下游分水樞紐改造工程對(duì)石門子村支流洪水位的影響，對(duì)于20年、10年、5年一遇標(biāo)準(zhǔn)洪水，改造前后小壩壩址（0+000）處洪水位受影響最大，增幅范圍為0.94～1.09m；石門子村支流與主流交匯處（2+700）水位增幅范圍為0.23～0.35m。由于支流為山區(qū)性河流，河底坡降較大，支流受下游水位抬高而壅高的影響范圍為900，670，650m（20年、10年、5年標(biāo)準(zhǔn)）。

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［3］芮孝芳.水文學(xué)原理［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2004.

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［5］梁忠民，鐘平安，華家鵬.水文水利計(jì)算［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2008.