王 萍

(桓仁縣水務(wù)局，遼寧 本溪 117022)

1 工程背景

大伙房水庫是遼寧省北部渾河干流上的一座以防洪和供水為主，兼有其他諸多功能的大型水利樞紐工程。水庫與下游的河道的堤防相互配合，共同構(gòu)成渾河中下游的防洪體系，可以為下游的600萬 余人和15.6萬hm2農(nóng)田提供有效的保護(hù)[1]。同時，大伙房水庫又是下游的撫順和沈陽兩市的重要水源地水庫，對下游地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的作用和意義[2]。1995年，渾河流域遭受了特大暴雨的襲擊，經(jīng)過復(fù)核，大伙房水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)已不能達(dá)標(biāo)，由原來的1 000年一遇降低為300年一遇。基于此，對水庫進(jìn)行了除險加固和新建第二溢洪道相結(jié)合的設(shè)計方案，提高水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)。新建的第二溢洪道主要承擔(dān)水庫的加泄水量。該溢洪道位于主溢洪道右側(cè)兩低山之間的U型山谷的上游，為直泄式溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計，堰體總寬為102.2 m，溢流凈寬為84.0 m，堰頂高程為125.0 m。溢洪道的控制段長為32.88 m，收縮段長158.42 m，陡槽段長130.25 m，建筑物的級別為Ⅰ級，防洪標(biāo)準(zhǔn)按照千年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，按照可能最大洪水校核。由于特大洪水發(fā)生頻率較小，屬于稀遇性實(shí)踐，因此水庫的第二溢洪道作為水庫的非常溢洪道在應(yīng)用方面可供借鑒的實(shí)例并不多，因此在運(yùn)用方面會面臨水文條件、起調(diào)水位等較多的不確定性，而這些不確定性因素的存在，必然會增加水庫的防洪調(diào)度方面的風(fēng)險[3]。基于此，研究針對不同的啟用情境，對第二溢洪道的啟用指標(biāo)進(jìn)行量化研究，保證水庫在遭遇特大洪水襲擊的情況下，能夠及時啟用第二溢洪道，降低水庫調(diào)度方面的風(fēng)險。

2 第二溢洪道啟用水位計算

2.1 計算原理與思路

根據(jù)研究目的，認(rèn)為大伙房水庫第二溢洪道的啟用水位指的是其參與泄洪的最低水位[4]。在計算過程中首先結(jié)合水庫以防洪調(diào)度風(fēng)險控制為前提的可接受洪水過程，確定遭遇特大洪水襲擊條件下第二溢洪道的啟用水位，并結(jié)合典型洪水過程的計算，驗(yàn)證其科學(xué)性和合理性[5]。具體的計算步驟如下：

首先，以王麗學(xué)等[6]的研究成果為借鑒，結(jié)合大伙房水庫實(shí)際情況，對基于防洪風(fēng)險防控的可接受洪水過程進(jìn)行推求，分析獲取第二溢洪道不參與泄洪條件下的壩前水位，并將其作為第二溢洪道的啟用水位。然后結(jié)合典型洪水過程的分析計算第二溢洪道未參與和參與泄洪兩種不同工況下的壩前水位，經(jīng)過數(shù)據(jù)的對比分析，驗(yàn)證第二溢洪道啟用的科學(xué)性與有效性[7]。

在此次研究中，采用水庫調(diào)度和洪水過程分析相結(jié)合的方式[8]，利用公式(1)確定第二溢洪道的啟用水位。

(1)

式中：ΔW為時段洪量，m3；Qt+1為t+1時段泄流量，m3/s；Qt為t時段泄流量，m3/s；Δt為時段間隔，s；qt+1為t+1時段入庫流量，m3/s；qt為t時段入庫流量，m3/s。

2.2 不開啟第二溢洪道計算結(jié)果

研究中以萬年一遇洪水過程為例，進(jìn)行大伙房水庫的調(diào)洪計算，獲取第二溢洪道不參與泄洪的大壩壩前最高水位，入庫的洪峰流量為15 100 m3/s，計算時間為8月15日0時。由于大伙房水庫在汛期和非汛期的調(diào)度原則不同，因此研究中按照汛期和非汛期兩種不同的調(diào)度方式進(jìn)行研究。其中，汛期的起調(diào)水位為126.5 m，非汛期的起調(diào)水位為128.5 m。具體的計算結(jié)果如下：

(1)起調(diào)水位為126.5 m。按照上節(jié)的計算公式進(jìn)行計算，結(jié)果如圖1～圖2所示。由圖中的計算結(jié)果可以看出，第二溢洪道不參與泄洪情況下的壩前最高水位為137.07 m。

圖1 起調(diào)水位為126.5 m計算結(jié)果1

圖2 起調(diào)水位為126.5 m計算結(jié)果2

(2)起調(diào)水位為128.5 m。按照上節(jié)的計算公式進(jìn)行計算，結(jié)果如圖3～圖4所示。由圖中的計算結(jié)果可以看出，第二溢洪道不參與泄洪情況下的壩前最高水位為136.34 m。

圖3 起調(diào)水位為128.5 m計算結(jié)果1

圖4 起調(diào)水位為128.5 m計算結(jié)果2

綜合上述計算結(jié)果，當(dāng)起調(diào)水位為126.5 m時，第二溢洪道啟用的壩前水位高度應(yīng)該是137.07 m；當(dāng)起調(diào)水位為128.5 m時，第二溢洪道啟用的壩前水位高度應(yīng)該是136.34 m。

2.3 開啟第二溢洪道計算結(jié)果

按照上節(jié)的計算原理和方法，對第二溢洪道參與泄洪條件下的調(diào)洪過程進(jìn)行計算分析，結(jié)果如表1所示。由此可見，當(dāng)大伙房水庫遭遇萬年一遇洪水侵襲的情況下，開啟第二溢洪道可以實(shí)現(xiàn)對壩前水位的有效控制。

表1 第二溢洪道是否參與泄洪的壩前最高水位計算結(jié)果 m

2.4 典型超標(biāo)洪水計算結(jié)果

按照上文的計算思路和方法對超標(biāo)洪水工況下的調(diào)度過程進(jìn)行計算。計算過程中的起調(diào)水位為126.5 m和128.5 m不變，超標(biāo)洪水的入庫的洪峰流量為20 300 m3/s。計算結(jié)果如表2所示。由此可見，當(dāng)大伙房水庫遭遇典型超標(biāo)洪水侵襲的情況下，開啟第二溢洪道可以實(shí)現(xiàn)對壩前水位的有效控制。

表2 典型超標(biāo)洪水計算結(jié)果 m

3 第二溢洪道啟用條件推薦方案

研究中針對大伙房水庫可能遭遇的萬年一遇洪水和超標(biāo)洪水過程，結(jié)合汛期和非汛期兩種不同調(diào)度方案下的起調(diào)水位，經(jīng)過調(diào)度計算獲得不同調(diào)度情境下的第二溢洪道啟用的壩前水位。在不同的計算情景下，第二溢洪道的啟用水位均為水庫的底線水位，可以結(jié)合工程的具體實(shí)際，以提前啟用第二溢洪道，保證水庫的泄洪安全。由于此次研究的主要目標(biāo)是防范水庫的調(diào)度風(fēng)險，因此僅從防洪調(diào)度的風(fēng)險控制視角研究和確定第二溢洪道啟用方案。

針對萬年一遇洪水過程，如果起調(diào)水位為126.5 m，當(dāng)水位高度超過137.07 m，且水位仍明顯上漲時即可啟用第二溢洪道，可以將最高水位控制在137.63 m以下；如果起調(diào)水位為128.5 m，當(dāng)水位高度超過136.34 m，且水位仍明顯上漲時即可啟用第二溢洪道，可以將最高水位控制在137.15 m以下。

針對典型超標(biāo)洪水過程，如果起調(diào)水位為126.5 m，當(dāng)水位高度超過139.69 m，且水位仍明顯上漲時即可啟用第二溢洪道，可以將最高水位控制在139.99以下；如果起調(diào)水位為128.5 m，當(dāng)水位高度超過139.32 m，且水位仍明顯上漲時即可啟用第二溢洪道，可以將最高水位控制在139.65 m以下。

4 結(jié) 語

此次研究以遼寧省大伙房水庫為例，對不同情景下的第二溢洪道啟用條件進(jìn)行研究，提出了不同調(diào)度情景下第二溢洪道啟用的壩前水位條件。計算結(jié)果顯示，第二溢洪道的啟用水位具有科學(xué)性和合理性，可以為大伙房水庫非常條件下的調(diào)度提供必要的支持和借鑒。當(dāng)然，此次研究也有一些不足之處，主要是研究過程中僅考慮了溢洪道的泄流能力，而沒有對下游河道的洪水承載能力進(jìn)行計算和分析，在今后研究中，需要綜合考慮下游河道的承載力和第二溢洪道的泄流能力，獲得更為科學(xué)的第二溢洪道啟用條件。