何平波
(黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計研究院 廣州分院,廣州 510000)
水庫工程建設(shè)具有良好的防洪、蓄水、發(fā)電、灌溉、生態(tài)等綜合效益,水庫修建后的攔蓄水作用,可有效改善流域內(nèi)蓄洪、排澇條件。影響水庫調(diào)洪的因素眾多,在確定水庫調(diào)洪方案時,需要充分考慮發(fā)電、灌溉、下游安全以及水庫泄洪能力等多個要素[1-4]。水庫工程調(diào)洪方案需要從宏觀、微觀方面進行考慮,全面獲取流域情況,從而制定合理的調(diào)洪方案。
茂墩水庫以灌溉為主,兼顧防洪、發(fā)電。根據(jù)收集的相關(guān)資料顯示,該水庫總庫容為0.14×108m3,大于0.1×108m3,設(shè)計灌溉面積約為0.084 32×104hm2,下游總裝機容量為485 kW。茂墩水庫安全達標工程設(shè)計洪水采用50年一遇設(shè)計,1 000年一遇校核,工程等別為Ⅲ等,水庫規(guī)模為中型。
設(shè)計洪水參數(shù)是影響水庫調(diào)洪方案的重要因素,為了保證方案的可靠性,采用廣東省綜合單位線法、推理公式法兩種方法計算壩址區(qū)設(shè)計洪水[5-7]。當(dāng)兩種方法設(shè)計洪峰流量值相差不超過20%時,采用廣東省綜合單位線法成果。
設(shè)計洪水計算成果見表1。
表1 茂墩水庫大壩壩址設(shè)計洪水成果表
茂墩水庫實行分期控制運用,設(shè)定汛期防汛水位,在汛期調(diào)度運行中,嚴格執(zhí)行三防部門規(guī)定的分期控制運用標準及泄洪方式。蓄水運行分期防限水位分別為:
4-6月份為96.36 m,相應(yīng)庫容為978.75×104m3;7-9月份為97.66 m,相應(yīng)庫容為1 100×104m3。
茂墩水庫溢洪道為開敞式寬頂堰,堰頂高程為95.66 m,水庫正常蓄水位為97.66 m。根據(jù)2001年《茂墩水庫防洪安全復(fù)核報告》中的調(diào)洪原則,茂墩水庫以正常蓄水位97.66 m起調(diào),庫上游持續(xù)來水,先用閘門控制,來水多少泄多少,保持庫水位在97.66 m左右;如庫上游來水愈來愈大,閘門開度相應(yīng)增大。當(dāng)庫水位仍持續(xù)上升,說明來水大于泄水,閘門不起調(diào)控作用時,此時可將閘門全部打開;當(dāng)庫水位回落至97.66 m時,逐步關(guān)閉閘門,使庫水位維持在97.66~97.71 m之間;當(dāng)遭到超過水庫校核標準的洪水時,要及時報警,經(jīng)批準同意后,將茂墩水庫泄水、輸水建筑物閘(閥)門全開泄洪。
根據(jù)茂墩水庫管理處提供的資料,確定茂墩水庫的水位-庫容曲線,見圖1。
圖1 水位-庫容關(guān)系曲線
茂墩水庫的主要泄洪建筑物為溢洪道,溢洪道型式為駝峰堰(a型),堰高1 m,堰頂高程95.66 m,堰頂寬4.5 m,堰頂設(shè)平板鋼閘門,門高2.3 m。
溢洪道泄流能力按敞開式堰流計算,公式如下:
(1)
式中:Q為過閘流量,m3/s;g為重力加速度,m/s2;B為堰頂總凈寬,m,茂墩水庫溢洪道凈寬4.5 m,單孔;H0為計入流速水頭的堰上總水頭,m;m為寬頂堰流量系數(shù);ε為側(cè)收縮系數(shù)。
經(jīng)過計算,茂墩水庫溢洪道泄流能力計算成果見表2。
正常蓄水位97.66 m下,閘孔泄流流量計算公式如下:
(2)
式中:Q為閘孔出流流量,m3/s;σs為淹沒系數(shù);e為閘門開啟高度,m;n為閘孔孔數(shù),單孔;H0為包括行近流速水頭的閘前水頭,m;μ0為閘孔自由出流的流量系數(shù)。
茂墩水庫溢洪道閘門為平板鋼閘門,μ0按下式計算:
(3)
經(jīng)計算,正常蓄水位97.66 m下閘孔泄流流量計算成果見表3。
表2 溢洪道泄流能力計算成果表
續(xù)表2
表3 正常蓄水位97.66m下溢洪道閘孔泄流能力計算成果表
將本次計算的泄流量與《廣州市從化區(qū)茂墩水庫大壩安全評價報告》進行對比,對比結(jié)果見圖2。
圖2 茂墩水庫水位-泄流量關(guān)系對比圖
由圖2可知,設(shè)計泄流量復(fù)核計算成果與原有的設(shè)計結(jié)果相差不大??紤]到本次設(shè)計計算時,嚴格按照相關(guān)規(guī)范選取計算參數(shù),并考慮了溢洪道入口處的水頭損失,故本次計算成果是合理的。綜合考慮,本次安全達標設(shè)計泄流量采用最新的計算成果。
根據(jù)茂墩水庫設(shè)計洪水過程線、水庫泄水建筑物的泄流曲線及水庫的庫容曲線,以97.66 m為起調(diào)水位,采用廣東省水利廳調(diào)洪程序進行調(diào)洪計算,成果見表4。圖3為1 000年一遇暴雨洪水下水庫水位、入庫流量、下泄流量隨時間變化的過程。
調(diào)洪演算成果合理性分析:將本次計算成果的設(shè)計洪水位與1976年復(fù)核成果、2001年《茂墩水庫防洪安全復(fù)核報告》和2017年《廣州市從化區(qū)茂墩水庫大壩安全評價報告》(廣東省水利水電科學(xué)研究院)的成果進行對比,相關(guān)成果見表5。
表4 茂墩水庫調(diào)洪計算成果表
圖3 茂墩水庫1 000年一遇暴雨洪水計算成果圖
表5 設(shè)計洪水位對比表 /m
由表5可知,本次設(shè)計防洪標準(P=2%)復(fù)核計算水庫設(shè)計洪水位為99.54 m,相應(yīng)庫容1 172.42×104m3;校核洪水位(P=0.1%)為100.18 m,相應(yīng)庫容為1 339.1×104m3。
從表5可以看出,歷年水庫防洪標準復(fù)核成果差異較大,2001年的復(fù)核成果數(shù)值明顯高于其他3次,本次復(fù)核成果與2017年較為接近。本次復(fù)核中采用了2003年最新版《廣東省暴雨參數(shù)等值線圖》查算相關(guān)暴雨參數(shù),并且按照庫區(qū)實際情況對匯流參數(shù)做出合理調(diào)整;同時水位-庫容曲線采用最新的測量成果,使計算結(jié)果更加接近水庫實際情況;調(diào)洪演算調(diào)度規(guī)則采取先用閘門控制,使水位保持在正常蓄水位97.66 m,按洪水過程線,即來多少水泄多少水;當(dāng)持續(xù)來水且閘門不再起作用時,再采用完全放開閘門自由泄洪的調(diào)度原則。而2001年的調(diào)洪計算書中,沒有充分考慮閘門的調(diào)蓄作用。
根據(jù)茂墩水庫實際情況,結(jié)合水庫調(diào)洪原則,經(jīng)過計算,確定茂墩水庫的水位-泄量關(guān)系。在保證水庫安全、效益、下游安全、上游安全等條件下,制定了茂墩水庫不同洪水頻率的調(diào)洪方案,計算結(jié)果可為茂墩水庫調(diào)洪實施提供參考。