宋萬(wàn)兔

（忻州市水利局，山西 忻州 034000）

匯流時(shí)差洪水組合法在勍香河壩系調(diào)洪中的應(yīng)用

宋萬(wàn)兔

（忻州市水利局，山西 忻州 034000）

以汾西縣勍香河壩系內(nèi)淤地壩除險(xiǎn)加固為例，將溝道中壩庫(kù)有安全隱患的大、中型淤地壩作為主要研究對(duì)象，根據(jù)壩庫(kù)工程的泄洪時(shí)空分布實(shí)際，考慮壩系工程中洪水在溝道中泄流的時(shí)間差方法與省規(guī)范法相比較，在保證壩系安全的情況下，將加固工程以投入最小作為目標(biāo)，以方便當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)、攔沙淤地、防洪問(wèn)題等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，利用現(xiàn)代計(jì)算工具和專家智能，尋求其系統(tǒng)內(nèi)諸多因素的最優(yōu)組合。

大中型淤地壩；除險(xiǎn)加固；調(diào)洪演算；匯流時(shí)差組合洪法；省規(guī)范法

1 壩系工程現(xiàn)狀

1.1 流域概況

勍香河壩系位于汾河流域的二級(jí)支流勍香河上，地處山西省汾西縣城西北26km處，流域面積38.7km2，其中水土流失面積33.23km2。流域呈不對(duì)稱樹(shù)葉狀，主溝長(zhǎng)9.5km，平均比降17.0‰，溝壑密度2.45km/km2，溝壑面積占總面積的40%。流域地形西北高東南低，海拔高程1075～1954m，屬黃土殘?jiān)珳羡謪^(qū)，境內(nèi)溝壑縱橫，植被稀少，坡陡溝深，壩址左岸上部覆蓋有黃土，在溝底部有基巖出露,右岸頂部有黃土,底部有破碎風(fēng)化巖石出露，溝床及溝岸土質(zhì)多為紅壤土，溝底伴有一定比例的料礓石，表層風(fēng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，水土流失嚴(yán)重，多年平均輸沙模數(shù)為8000t/km2。

1.2 壩系工程現(xiàn)狀及認(rèn)定情況

2015年，對(duì)該壩系中的骨干壩、中型壩進(jìn)行了安全認(rèn)定，認(rèn)定結(jié)論為該壩系中的5座骨干壩和2座中型壩存在安全隱患，須進(jìn)行除險(xiǎn)加固。除險(xiǎn)加固時(shí)，壩系調(diào)洪計(jì)算以骨干壩為單元進(jìn)行計(jì)算。

2 壩系調(diào)洪計(jì)算

本次壩系調(diào)洪計(jì)算采用《山西省淤地壩工程技術(shù)規(guī)范》所提供的方法（以下稱省規(guī)范法）和計(jì)算暴雨和區(qū)間洪水采用規(guī)范法，洪水組合采用考慮洪水下泄時(shí)的輸水時(shí)間來(lái)進(jìn)行區(qū)間洪水組合（以下稱匯流時(shí)差組合法）兩種方法進(jìn)行對(duì)比分析計(jì)算。

2.1 省規(guī)范法

2.1.1 上游無(wú)骨干壩時(shí)（單壩調(diào)洪）采用下式計(jì)算：

式中：qp——溢洪道最大下泄流量，m3/s；

QP——洪峰流量，m3/s；

WP——骨干壩頻率為P的設(shè)計(jì)洪水總量，萬(wàn)m3；V調(diào)——滯洪庫(kù)容，萬(wàn)m3；

M——溢洪道（寬頂堰）流量系數(shù)，取值1.48～ 1.82；

B——溢洪道底寬，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

2.1.2 上游有骨干壩時(shí)（多壩調(diào)洪）采用下式計(jì)算：

式中：qp——溢洪道下泄流量，m3/s；通過(guò)連續(xù)試算，求出各個(gè)時(shí)段的泄洪流量，最后求出最大泄洪流量；

QP組——上游組合洪峰流量，m3/s；

QP區(qū)——骨干區(qū)間洪峰流量，m3/s；

f1（f2）——上游骨干1（2）所控制的面積，km2；

qp1（qp2）——上游骨干1（2）溢洪道在設(shè)計(jì)頻率時(shí)最大下泄流量，m3/s；

QP1（QP2）——上游骨干1（2）設(shè)計(jì)頻率時(shí)洪峰流量，m3/s；

WP組——上游組合進(jìn)入骨干壩頻率為P的設(shè)計(jì)洪水總量，萬(wàn)m3；

WP區(qū)——本骨干壩頻率為P的設(shè)計(jì)洪水總量，萬(wàn)m3；

WP1(WP2)——上游骨干1（2）在本壩達(dá)到最大洪峰時(shí)可以進(jìn)入本壩控制面積內(nèi)頻率為P的泄洪總量，萬(wàn)m3；

V調(diào)——滯洪庫(kù)容，萬(wàn)m3；

M——溢洪道（寬頂堰）流量系數(shù)，取值1.48～1.82；

B——溢洪道底寬，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

2.2 匯流時(shí)差組合洪水法

匯流時(shí)差組合洪水法，區(qū)間洪峰、洪量、洪水過(guò)程也按照省規(guī)范法計(jì)算，只是組合洪水時(shí)，按照上游壩的洪峰在洪水匯流到本壩庫(kù)區(qū)時(shí)，要按照洪水的傳播速度傳播到大壩滯洪區(qū)洪峰滯后一定時(shí)間，然后與區(qū)間洪水洪水過(guò)程線進(jìn)行組合形成洪水過(guò)程線，用組合洪水過(guò)程線在所在壩按照水量平衡方程調(diào)洪演算，得出壩系調(diào)洪的壩高、庫(kù)容、攔泥庫(kù)容、滯洪庫(kù)容、溢洪道寬、溢洪道最大水深等值。

2.2.1 上游無(wú)骨干壩時(shí)（單壩調(diào)洪）采用下式計(jì)算：

式中：qp——溢洪道下泄流量，m3/s；

qp1（qp2）——溢洪道時(shí)段初(末)下泄流量，m3/s；

QP1(QP2)——上游時(shí)段初入(末入)庫(kù)流量，m3/s；

Δt——溢洪道泄流時(shí)段，h；

ΔV——調(diào)洪時(shí)段淤地壩庫(kù)容增加量，萬(wàn)m3；

V調(diào)——ΔV的最大累計(jì)值，萬(wàn)m3；

M——溢洪道（寬頂堰）流量系數(shù)，此處取值1.48～1.82；

B——溢洪道底寬，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

2.2.2 上游有骨干壩時(shí)（多壩調(diào)洪）采用下式計(jì)算：

式中：qp——溢洪道下泄流量，m3/s；

qp（qp2）1——溢洪道時(shí)段初（末）下泄流量，m3/s；

QP組1（QP組2）——骨干壩組合時(shí)段初（末）入庫(kù)流量，m3/s；

QP組——上游組合時(shí)點(diǎn)流量和，m3/s；

QP區(qū)t——骨干區(qū)間時(shí)點(diǎn)流量，m3/s；

qpt1（qpt2）——上游骨干1（2）溢洪道在設(shè)計(jì)頻率時(shí)段下泄流量，m3/s；

V調(diào)——ΔV的最大累計(jì)值，萬(wàn)m3；

M——溢洪道（寬頂堰）流量系數(shù)，取值1.48～

1.82；

B——溢洪道底寬，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

骨干壩組合洪水過(guò)程線，是骨干壩區(qū)間洪水過(guò)程和上游各壩溢洪道下泄量隨時(shí)間函數(shù)的組合，形成的洪水過(guò)程線更接近泄流與匯流的組合。

2.3 計(jì)算結(jié)果

省規(guī)范法壩系調(diào)洪計(jì)算成果見(jiàn)表1。匯流時(shí)差組合法壩系調(diào)洪計(jì)算成果見(jiàn)表2。

2.4 兩種方法比較分析

通過(guò)對(duì)省規(guī)范法與匯流時(shí)差組合法差值進(jìn)行比較可知：骨干壩上游布置的骨干壩越多，對(duì)溝道內(nèi)的洪峰消減越厲害，時(shí)差匯流法比省規(guī)范法有更好的削峰效果。經(jīng)分析兩種計(jì)算結(jié)果的溢洪道設(shè)計(jì)寬度主要因素排序?yàn)椋簠R流的計(jì)算方法；調(diào)洪計(jì)算方法。用時(shí)差匯流法調(diào)洪比用省規(guī)范法調(diào)洪可以得到節(jié)省資金的除險(xiǎn)加固方案。

3 結(jié)論和建議

3.1 結(jié)論

表1 省規(guī)范法壩系調(diào)洪成果計(jì)算表

一是用時(shí)差匯流法和省淤地壩設(shè)計(jì)規(guī)范法均可完成淤地壩壩系出險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的水文計(jì)算。二是用時(shí)差匯流法均比省淤地壩設(shè)計(jì)規(guī)范法在庫(kù)容、壩高、溢洪道側(cè)墻相同情況下，溢洪道寬度要減少8.85%～ 30.35%之間，以開(kāi)挖寬度為控制指標(biāo)的話，用時(shí)差匯流法可以節(jié)約工程建設(shè)資金8.85%～30.35%。三是用時(shí)差匯流法均比省淤地壩設(shè)計(jì)規(guī)范法比較：洪峰流量在區(qū)間內(nèi)相同，組合洪峰流量減少8.85%～30.35%之間，上游匯入是單個(gè)骨干壩時(shí)消減較少，上游有多壩匯入時(shí)消減較大；且洪水計(jì)算模型更接近匯流實(shí)際情況。四是用時(shí)差匯流法均比省淤地壩設(shè)計(jì)規(guī)范法的缺點(diǎn)繁雜：計(jì)算時(shí)要考慮計(jì)算溝道由于建設(shè)壩溝道縱坡的變化和溝道行洪寬度以及溝道的澡率等因素；計(jì)算工作量較大。

表2 匯流時(shí)差法調(diào)洪成果計(jì)算表

3.2 建議

除險(xiǎn)加固大、中型淤地壩設(shè)計(jì)中，壩淤地調(diào)洪應(yīng)用時(shí)差匯流法計(jì)算時(shí)，引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，減少人工計(jì)算量，可得到較優(yōu)淤地壩除險(xiǎn)加固方案。在今后的壩系除險(xiǎn)加固中更多地利用時(shí)差匯流法，為工程建設(shè)節(jié)約資金。

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1004-7042（2017）08-0037-03

宋萬(wàn)兔(1963-)，男，1985年畢業(yè)于太原理工大學(xué)農(nóng)田水利工程專業(yè)，高級(jí)工程師。

2017-06-17；

2017-07-25