胡紅亮,曾 敏
(江西水利職業(yè)學(xué)院,南昌 330013)
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無資料地區(qū)小型水庫設(shè)計洪水復(fù)核計算
胡紅亮,曾敏
(江西水利職業(yè)學(xué)院,南昌 330013)
摘要:水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核對于保證水庫安全運行、充分發(fā)揮其防洪與興利等效益有著重要的意義。多數(shù)小型水庫建設(shè)屬“三邊”工程,設(shè)計粗淺,水文資料系列延長為進行洪水計算提供了條件。為了更準(zhǔn)確地掌握水庫大壩的防洪能力,合理調(diào)度運行,需對防洪能力進行復(fù)核,保證水庫的安全運行。但小型水庫普遍缺乏原始資料,其復(fù)核方法具有一定的特殊性,文章以楊總水庫為例,著重論述其設(shè)計洪水復(fù)核計算的獨特方法。
關(guān)鍵詞:無資料地區(qū);小型水庫;設(shè)計洪水復(fù)核;楊總水庫
0引言
防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核是根據(jù)大壩設(shè)計階段洪水計算的水文資料和運行期延長的水文資料,考慮建壩后上游地區(qū)人類活動的影響和大壩工程現(xiàn)狀,進行設(shè)計洪水的復(fù)核和調(diào)洪計算,評價大壩工程現(xiàn)狀的抗洪能力是否滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求[1~3]。水庫建成投入運行后,隨著運行期的延長,水文系列也不斷增加,規(guī)劃設(shè)計階段的洪水頻率計算結(jié)果將發(fā)生變化,有的變化甚至很大。由于多數(shù)小型水庫建設(shè)屬“三邊”工程,設(shè)計粗淺,水文資料系列延長為更準(zhǔn)確地進行洪水計算提供了條件,加上水庫工程的性能與規(guī)??赡馨l(fā)生變化,因此為了更準(zhǔn)確地掌握水庫大壩的防洪能力,合理調(diào)度運行,需對防洪能力進行復(fù)核,必要時采取除險加固措施,使水庫工程具有規(guī)范規(guī)定的抗洪能力,保證水庫安全運行。但是小型水庫普遍缺乏原始資料,其復(fù)核方法具有一定的特殊性,下面以楊總水庫為例,全面論述無資料地區(qū)小型水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核的方法。
1水庫基本概況
楊總水庫位于遼寧省綏中縣高嶺鎮(zhèn),所處河流名叫石河,壩址位置位于E120°00′,N40°11′處,是1座以防洪灌溉為主﹑養(yǎng)魚為輔的小(Ⅱ)型水庫。楊總水庫控制面積為1.24 km2,壩址以上河長為1.5km,河道平均比降為21.5‰。庫區(qū)最大風(fēng)速為20.0 m/s,多年平均最大風(fēng)速為14.2 m/s。
水庫建庫時設(shè)計的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇洪水設(shè)計,300 a一遇洪水校核。水庫原正常蓄水位為45.42m,相應(yīng)庫容為5.57 萬 m3;水庫原設(shè)計洪水位為46.37m,相應(yīng)庫容為9.18 萬 m3;水庫原校核洪水位為46.93m,相應(yīng)庫容為11.29 萬 m3[4]。
2設(shè)計洪水復(fù)核計算
2.1水庫水位~面積、庫容關(guān)系曲線
為得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù),對水庫庫區(qū)進行了實地測量,選取若干代表斷面,進行了復(fù)測、計算。本次復(fù)核測量結(jié)果如表1所示。
表1 楊總水庫水庫水位~面積、庫容計算成果表
2.2楊總水庫溢洪道水位~泄量復(fù)核計算
楊總水庫此次測量復(fù)核得到的溢洪道堰頂高程為44.90m,溢洪道為開敞式無閘門,泄流方式為自由溢流式,采用寬頂堰泄流公式進行計算[5]:
(1)
式中:m為寬頂堰流量系數(shù),m=0.32;b為溢洪道凈寬,b=28.7m; H為堰上水頭,m;ε為側(cè)收縮系數(shù),ε為1。
楊總水庫溢洪道水位泄量關(guān)系曲線圖見圖1。
圖1 楊總水庫溢洪道水位~泄量曲線
2.3不同頻率設(shè)計暴雨復(fù)核
楊總水庫由于無水文觀測資料,所以本次復(fù)核根據(jù)《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》(以下簡稱《計算方法》)進行計算[6],查詢附錄得出楊總水庫位于遼寧省水文分區(qū)Ⅵ2區(qū)。暴雨匯流歷時按下面公式進行計算:
(2)
式中:τ為匯流歷時,h;l為壩址以上河長,l=1.5km;j為河道平均比降j=21.5‰;x、y為系數(shù)x=0.64,y=0.67,查表所得。算得τ=0.3。
1)設(shè)計暴雨均值P均的計算
楊總水庫設(shè)計暴雨參數(shù)計算成果見表2。
2)設(shè)計暴雨面雨量PP面的計算
楊總水庫設(shè)計面雨量:
PP面計算式:即PP面=P均×KP×KF
(3)
式中:KP為點面雨量折算系數(shù),因楊總水庫流域面積非常小,點雨量即代表面雨量,不需要點面折算,這里的折算系數(shù)可作為1,計算結(jié)果見表3。
表2 楊總水庫設(shè)計暴雨參數(shù)表
3)設(shè)計暴雨強度ip計算
楊總水庫設(shè)計暴雨強度ip計算表見表4。
2.4不同頻率設(shè)計洪水復(fù)核
楊總水庫不同頻率設(shè)計洪水計算成果見表5。
表3 楊總水庫設(shè)計面雨量PP面計算表
表4 楊總水庫設(shè)計暴雨強度ip計算表
表5 楊總水庫設(shè)計洪峰流量及洪量計算成果表
2.5楊總水庫設(shè)計頻率洪水調(diào)洪計算
不同頻率設(shè)計洪水過程線形狀系數(shù)及參與調(diào)洪的設(shè)計洪量計算見表6。
表6 楊總水庫設(shè)計洪水過程線及參與調(diào)洪的設(shè)計洪量計算成果表
1)設(shè)計頻率洪水調(diào)洪計算
楊總水庫為開敞式溢洪道,起調(diào)水位按溢洪道堰頂高程44.90m開始起調(diào),輸水洞不參與調(diào)洪。因所求設(shè)計洪水過程線形狀系數(shù)rp<0.05,則采用以設(shè)計洪峰流量QP為最大流量、按式W調(diào)p=0.67W24P+0.12QP×τ計算出的W調(diào)p為洪水總量,洪水歷時為T=5.56W調(diào)p/QP的簡化三角形過程線[7]。用計算出不同頻率參與調(diào)洪的洪量W調(diào)p(104m3)代入簡化公式:
(4)
進行調(diào)洪計算。
楊總水庫10%設(shè)計頻率洪水調(diào)洪計算見表7。
同理,其它設(shè)計頻率洪水調(diào)洪計算略,成果見表8。
2)設(shè)計洪水特征值復(fù)核
復(fù)核設(shè)計洪水特征值與原特征值比較見表8。
表7 楊總水庫10%設(shè)計頻率洪水調(diào)洪計算
表8 復(fù)核設(shè)計洪水特征值與原特征值比較
3)設(shè)計洪水特征值復(fù)核結(jié)論
水庫建庫時設(shè)計的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇洪水設(shè)計,300 a一遇洪水校核。由表8可知,現(xiàn)狀水庫庫容明顯減少,因為水庫經(jīng)過多年運行,泥沙淤積所致。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)規(guī)定,復(fù)核后水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇洪水設(shè)計,20 a一遇洪水校核,經(jīng)計算水庫最大庫容為6.79 萬 m3,<10 萬 m3,工程規(guī)模達(dá)不到小(Ⅱ)型水庫標(biāo)準(zhǔn)[8]。
3壩頂高程復(fù)核
為了保證水不從壩頂漫過,土壩壩頂高程應(yīng)在水庫校核水位以上,而且應(yīng)有足夠的超高,超高的數(shù)值等于波浪在壩坡上爬高R和風(fēng)雍高度e與安全超高A之和。壩頂超高計算:
Y=R+e+A
(5)
式中:Y為壩頂超高,m;R為最大波浪在壩坡上爬高,m;e為最大風(fēng)壅水面高度,m;A為安全加高,m;楊總水庫波浪的平均波周期和平均波高采用莆田試驗公式計算。平均波浪爬高計算公式:
(6)
式中:Rm為平均波浪爬高,m;m為單坡的坡度系數(shù),若坡角為α,即等于cotα;KΔ為斜坡的糙率滲透性系數(shù);KW為經(jīng)驗系數(shù)[9]。
壩頂高程計算結(jié)果見表9。
表9 壩頂高程復(fù)核計算成果表
由表9可以看出,本次復(fù)核計算壩頂高程采用值選擇設(shè)計及校核兩組計算結(jié)果的最大值,楊總水庫計算壩頂高程明顯要比現(xiàn)狀壩頂高程低好多,所以楊總水庫現(xiàn)狀壩頂高程滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。
4結(jié)論
無資料地區(qū)小型水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核時,采用由雨量資料推求設(shè)計洪水的思路,并結(jié)合當(dāng)?shù)乇┯旰樗謨酝魄蟮玫皆O(shè)計洪水成果,經(jīng)合理性分析后認(rèn)為該成果是合理的[10]。接著利用調(diào)洪計算將各種特征水位予以確定,然后檢查壩頂高程和大壩溢洪道控制段的頂部高程是否符合規(guī)范要求,最后對水庫大壩的安全性作出評價,這樣為以后水庫的進一步除險加固提供堅實的決策參考依據(jù)。
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[作者簡介]胡紅亮(1989-),男,江西南昌人,碩士研究生,助理講師;曾敏(1987-),男,湖南邵陽人,碩士研究生,助理講師。
[收稿日期]2015-11-12
文章編號:1007-7596(2016)03-0019-04