羅姍姍，葉人源，何 鳳

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴陽 550081)

1 工程概況

石板灘水庫位于龍里縣北部洗馬鎮(zhèn)石板灘村，水庫所在河流哪磅河為清水河上段落北河二級支流。石板灘水庫正常蓄水位1 337.00 m，相應庫容為318萬m3；校核洪水位1 337.30 m，相應庫容355萬m3；水庫擋水建筑物為單曲砌石拱壩，最大壩高32.0 m，壩頂弧長268.8 m，壩頂寬2.9 m，壩頂高程1 339.00 m；壩頂設溢洪道，溢流堰頂高程為1 337.00 m。

2 流域水文地質條件

水庫及附近區(qū)域碳酸鹽巖廣布，夾少量碎屑巖。其中強巖溶層組主要為P1m、P1q和C2hn中厚至厚層塊狀灰?guī)r地層，分布于庫尾正常蓄水位以上及壩址下游，遠離庫盆，溶蝕強烈，洼地眾多，含水豐富。地下水主要以巖溶水和基巖裂隙水賦存，并以溶洞泉形式排出地表，在庫尾上游百花樹一帶發(fā)育Ks1、Ks2 2個巖溶大泉，枯流為50～150 L/s，是水庫主要基流補給源。水庫接納壩址以上流域來水及柏花樹洞泉水，水庫控制集水面積為9.5 km2(其中地表明流面積4.9 km2，屬本流域巖溶、洼地，經地下調蓄后進入河道1.0 km2；另外有外流域巖溶、洼地經地下調蓄后以泉水形式進入河道3.6 km2)，主河道長度3.825 km，平均坡降39.67‰，流域形狀系數0.335。

3 暴雨洪水特性

表1 設計流域不同頻率最大24 h、1h設計暴雨成果表 /mm

4 設計洪水

4.1 歷史洪水調查

根據壩上水位雨量遙測站記錄顯示，在2017年6月29，該水庫發(fā)生1次大洪水。當日16時18時，水庫水位超過堰頂高程(1 337.00 m)，但未超過壩頂高程(1 338.00 m)；根據當地45歲男子李波描述，歷史上1998年有次大洪水，水庫水位與2017年洪水相比稍大，水位略高，但是未超過防浪墻高程(1 338.70 m)。

2017年洪水水位超過堰頂高程0.68 m，水位達到1 337.68 m?？紤]到被調查人對1998年前的洪水難記憶清楚，可靠歷史洪水最遠考證期僅能定在1998年。根據被調查人年齡，本次歷史洪水頻率以暴雨頻率為主，結合周邊站綜合分析。根據龍里氣象站年最大1日暴雨和年最大1 h暴雨系列分析，結合周邊其他氣象站資料，2017年洪水重現期約為20年一遇(下泄流量為58.2 m3/s ，1998年洪水重現期約為50年一遇。

4.2 設計洪水計算

本水庫工程的集水面積有地表和地下2個部分，2部分的產流、匯流條件不同。本次設計洪水采用組合疊加法、全流域分別進行計算。其中明流區(qū)洪水采用貴州省特小流域雨洪公式計算，閉流區(qū)洪水采用閉流區(qū)雨洪公式計算。

(1) 明流區(qū)設計洪水

(F≤10 km2)

(1)

式中：Qp為設計頻率P的洪峰流量，m3/s；r1為匯流系數，r1=0.36；f為流域形狀系數，f=F/L2；L為主河道河長，m；J為分水嶺至出口斷面的河道平均比降；F為明流區(qū)流域匯水面積，km2；C為洪峰徑流系數，0.825～0.873；SP為設計最大1 h點雨量，mm。

壩址設計洪量按下列公式計算：

W總=0.1·F·(H24p-Hs-△Hs)

(2)

式中：F為明流區(qū)流域匯水面積，km2；H24p為設計頻率最大24 h面雨量，mm；Hs為穩(wěn)定雨損，mm；ΔHs為附加雨損，mm。將水庫壩址各參數代入以上計算公式，計算得水庫壩址不同頻率設計洪水，明流區(qū)天然設計洪水計算成果見表2。

表2 石板灘水庫明流區(qū)天然設計洪水成果表

(2) 閉流區(qū)設計洪水

閉流區(qū)集雨面積為4.6 km2，具有一定的調蓄作用[4-5]，因此采用《貴州省特小流域暴雨洪水計算標準》中閉流區(qū)洪水計算公式計算。經查看水文地質圖并結合調查，閉流區(qū)一次洪水歷時過程15 h，漲水歷時ta和退水歷時(T-ta)的比例可選定為(T-ta)/ta約3～4，則漲水歷時ta約為12 h，退水歷時(T-ta)約為36 h。計算公式為：

Qp閉=0.0231·C·Φ·H24p·A閉/T

(3)

式中：Qp閉為閉流區(qū)洪峰流量，m3/s；C為洪峰徑流系數(0.825～0.873)；Φ為暴雨點面折算系數，當F≤25 km2時，Φ=1；H24p為24 h設計面平均雨深，mm；A閉為閉流區(qū)流域匯水面積，F=4.6 km2；T為洪水總歷時，48 h。

閉流區(qū)設計洪量采用《貴州省特小流域暴雨洪水計算標準》(1993年1月修訂)中閉流區(qū)洪量計算公式計算。計算公式為：

Wp閉=C·Φ·H24p·A閉

(4)

式中：Wp閉為閉流區(qū)洪水總量, m3/s；C為洪峰徑流系數(0.823～0.875)；Φ為暴雨點面折算系數，當F≤25 km2時，Φ=1；H24p為24 h設計面平均雨深，mm；A閉為閉流區(qū)流域匯水面積，F=4.6 km2；石板灘水庫閉流區(qū)天然設計洪水成果見表3。

表3 石板灘水庫閉流區(qū)天然設計洪水成果表

(3) 設計洪水成果

石板灘水庫明流區(qū)和閉流區(qū)設計洪水過程線分別采用的概化過程線法計算，明流區(qū)取洪水形狀系數ρ=0.2的(三)類概化過程線型[6-9]，漲水面積率取a0=21.9%，采用設計洪量控制。從水庫壩前兩泉水匯流處到壩址處距離約1 km，按照2.5 m/s的洪水河槽演進速度計算，0.2 h達到壩址處，考慮閉流區(qū)錯峰0.3 h與明流區(qū)洪水疊加(錯峰疊加過程已考慮明流區(qū)與閉流區(qū)自身匯流時間差)，即為壩址處設計洪水成果。石板灘水庫設計洪水成果見表4。

表4 石板灘水庫天然設計洪水成果表

4.3 設計洪水成果合理性分析

若水庫壩址以上洪水計算考慮全流域產匯流，用暴雨洪水法進行洪水計算。2種方法設計洪水計算成果對比見表5。

表5 兩種方法設計洪水計算成果比較表

從表5可以看出，采用明流+伏流疊加計算和全流域明流計算洪峰成果差異較大，洪水總量差別較小。水庫壩址流域內無實測降雨資料，洪水由暴雨形成。本次設計洪水計算采用雨洪法分析，選取龍里氣象站作為參證站，并結合貴州省短歷時暴雨統(tǒng)計參數等值線圖，確定設計流域暴雨統(tǒng)計參數。本次設計洪水計算20年一遇洪峰流量為59.9 m3/s，成果與2017年6月29號場次洪水下泄流量(58.2 m3/s)接近。由此可見，采用明流+伏流疊加計算設計洪水成果較合理可靠。

5 結 論

巖溶地區(qū)水庫壩址以上明流區(qū)與伏流區(qū)產匯流特性差異巨大，因受到地下水通道和伏流洞調蓄作用，對天然洪水有明顯的削峰滯洪作用，特別是伏流區(qū)洪水過程變化較小時，出流較均勻呈基流形式。本文采用明流+伏流疊加和全流域明流2種計算方法，計算設計洪水成果對比分析表明：按全流域考慮設計洪水成果明顯偏大，采用疊加組合分析洪水計算成果與歷史洪水調查成果接近，由此可見疊加組合分析方法更為可行合理。