孫立穎

（太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

H 水庫樞紐工程位于山西省汾陽市石家莊村北的董寺河上，水庫控制流域面積19.20 km2，河道長12.10 km，河道縱坡21.45‰，是一座以調(diào)蓄灌溉水為主的水庫。設(shè)計改善灌溉面積1 540 hm2，年供水115.70萬m3。壩型為碾壓式均質(zhì)土壩，最大壩高12 m，上下游最大水頭差為10.10 m，水庫總庫容175.60萬m3。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，H水庫為?。?）型，該工程等別為Ⅳ等工程，其主要建筑物中大壩、泄洪建筑物為4級，次要建筑物為5級，臨時建筑物為5級。水庫大壩壩型為碾壓式均質(zhì)土壩，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定此工程洪水標(biāo)準(zhǔn)按30年一遇設(shè)計，300年一遇校核。

2 基本參數(shù)

2.1 水庫特性曲線

水庫水位與其相應(yīng)的面積、庫容用1∶1 000地形圖量算，水庫上游壩址左側(cè)有一磚瓦廠開挖出的空地可以利用，占地面積約為0.05 km2。壩址庫區(qū)經(jīng)過開挖和邊坡治理后的量算結(jié)果見表2，原壩址高程～庫容曲線見表1。

表1 H水庫水位～面積～庫容曲線表（開挖前）

表2 H水庫水位～面積～庫容曲線表（開挖后）

2.2 泄量曲線

H水庫泄洪建筑物為一孔3 m×3 m的泄洪排沙閘，閘底板高程為768 m，根據(jù)堰流和閘孔出流的判別標(biāo)準(zhǔn)：e/h＞0.75，為堰流；e/h≤0.75，為閘孔出流（e 為閘孔開度，h 為閘前水深）。當(dāng)水位＜772 m時，參照寬頂堰自由出流公式進行過流量計算，公式如下。

式中：μ0—寬頂堰型閘孔出流基本流量系數(shù)；ε2—垂直收縮系數(shù)；H0—寬頂堰總水頭（m）；其余參數(shù)含義同前。

將該水庫相關(guān)參數(shù)代入式（1）和式（2），所得到的泄洪排沙閘泄量關(guān)系見表3和表4。

表3 泄洪閘水位～泄量關(guān)系表（堰流）

表4 泄洪閘水位～泄量關(guān)系表（閘孔出流）

3 特征水位選擇

3.1 死水位的選擇

基于對該水庫庫區(qū)泥沙分析結(jié)果，水庫壩址以上年平均輸沙量為4.19萬t，其中懸移質(zhì)輸沙量為3.81萬t，推移質(zhì)輸沙量為0.38萬t，懸移質(zhì)干容重為1.25 t/m3，推移質(zhì)干容重取經(jīng)驗值1.50 t/m3，則年平均輸沙量換算成體積為3.30萬m3。考慮H水庫供水性質(zhì)及庫容條件，取H水庫的淤積年限為30 a。經(jīng)計算，水庫懸移質(zhì)輸沙量為3.81萬t，懸移質(zhì)干容重為1.25 t/m3，年均來沙量3.05 萬m3；推移質(zhì)輸沙量為0.38 萬t，推移質(zhì)干容重為1.50 t/m3，年均來沙量0.25萬m3，30年來沙總量為99萬m3。

該水庫在30 a 運行期內(nèi)庫內(nèi)淤積泥沙總量99 萬m3，對應(yīng)庫水位為773.90 m。因水庫庫容較小，需考慮排沙措施，設(shè)置一孔泄洪排沙閘。H 水庫回水長度較短，河道坡度陡，洪水歷時短，隨洪水來的泥沙較為集中，故泄洪排沙閘排沙效果較好，此次設(shè)計取懸移質(zhì)排沙比50%進行計算。水庫30 a運行期內(nèi)，庫內(nèi)懸移質(zhì)年均來沙量為3.05 萬m3，推移質(zhì)年均來沙量0.25萬m3，懸移質(zhì)排沙比為50%，淤積年限30 a，考慮排沙比，庫內(nèi)淤積總量為53.25萬m3，對應(yīng)水庫水位為771.40 m。由泥沙分析，選定死水位為771.50 m，相應(yīng)死庫容為55.70萬m3。

3.2 正常蓄水位的選擇

H水庫負(fù)責(zé)改善董寺河灌區(qū)共1 540 hm2農(nóng)田的灌溉用水，灌溉需水量為115.70萬m3。考慮水庫水面蒸發(fā)和庫區(qū)滲漏損失，其中庫區(qū)滲漏損失按照月均蓄水量的1%考慮，水量計算見表5。

表5 H水庫年需水量表

根據(jù)需水量計算結(jié)果，現(xiàn)階段正常蓄水位高程選用777.80 m可以滿足水庫興利要求。因此，正常蓄水位為777.80 m，對應(yīng)庫容175.60萬m3。

3.3 汛限水位的選擇

根據(jù)該水庫運行實際及設(shè)計單位調(diào)整意見，初選汛限水位773、775、776、777 m 四個方案進行比較，各方案比較成果見表6。

表6 H水庫防洪限制水位對比表

考慮水庫在灌溉放水后的首場洪水空庫迎洪，首場洪水過后汛限水位定為773 m（方案一），最大泄流量為63.17 m3/s。目前下游董寺河河道行洪能力為20年一遇，水庫300年校核洪水通過水庫調(diào)節(jié)后最大下泄流量63.17 m3/s，小于董寺河20 a 洪峰流量93.30 m3/s。經(jīng)過調(diào)洪計算，汛期限制水位為773 m 時，可以滿足灌溉、防洪要求，同時還應(yīng)保留一定的水域面積，改善周邊環(huán)境，故汛期限制水位最終確定為773 m。

4 結(jié)論

綜上所述，H 水庫特征水位的選擇涉及到水庫調(diào)度、泄流量、水資源配置等諸多方面，在確定特征水位過程中應(yīng)重點分析死水位、正常蓄水位及汛限水位的選擇，通過合理確定水庫特征水位，以其作為洪水預(yù)警警報中標(biāo)識洪水對水庫設(shè)施危害程度的特征值，為流域防洪調(diào)度、洪水預(yù)警提供重要依據(jù)，并為洪水量級以及水庫防洪能力評價提供重要參考。

收稿日期：2022-6-7