考虑水库调蓄作用的设计洪水分析计算

考虑水库调蓄作用的设计洪水分析计算

刘丽敏

(河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司     天津     300250)

摘  要：随着江河系统治理与开发利用，水库的调蓄对下游设计断面洪水的影响越来越突出。在设计洪水计算中，设计断面上游水库的调蓄能力较大时，水库的调蓄作用不容忽略。推求设计断面受上游水库调蓄影响的设计洪水时，应拟定设计断面以上的设计洪水地区组成。本文以太平庄水库入库洪水计算为例，考虑了上游水沟口二库的调蓄作用，采用同频率地区组成法定量分析计算太平庄水库入库设计洪水。

关键词：设计洪水；水库调蓄；洪水地区组成

太平庄水库坐落于永定河系洋河支流洪塘河上，发源于山西省天镇县灰天沟村，在河北省怀安县刘家堡村附近汇入洋河。太平庄水库控制流域面积714km²，总库容为998万m³，是一座小（1）型水库。

太平庄水库上游有水沟口二库小（1）型水库。水沟口二库控制流域面积为223km²，总库容为716万m³，与太平庄水库为上、下游串联关系。水沟口二库调蓄对太平庄水库设计洪水计算的影响不容忽略。

1  计算方法

本次计算考虑了水沟口二库的洪水调蓄作用，将水沟口二库、太平庄水库作为控制断面，按照水沟口二库（简称“二库”）、水沟口二库至太平庄水库区间（简称“区间”）、太平庄水库全流域（简称“太平庄全流域”）分别进行计算。通过暴雨途径，采用《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）中推理公式法分别计算各分区天然条件下设计洪峰流量，分析计算二库设计、区间相应和区间设计、二库相应两种组合方案。

2  天然条件下各分区设计洪水分析计算

太平庄水库流域各分区控制流域面积如下：水沟口二库流域面积223km²，区间流域面积491km²，太平庄全流域流域面积714km²。

2.1设计洪峰流量

太平庄水库流域各分区的天然设计洪峰流量采用《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL44-2006）中推理公式法计算，公式基本形式如下：

式中：Qm ——洪峰流量（m³/s）；

hτ ——相当于τ时段的最大净雨（mm），，Ht为时段面雨量、μ为平均损失率（mm/h）；

τ ——流域汇流时间（h）；

F ——流域面积（km²）；

L ——沿主河道从出口断面至分水岭最远点的距离（km）；

J ——沿流程 L 的平均比降（以小数计）；

m ——综合性汇流参数。

汇流参数m值参照经验公式θ=L/J1/3和流域的雨洪特性、河道特性、土壤植被条件综合确定。

按照流域控制中心所在位置，查取10min、1h、6h、24h暴雨特征值，取Cs=3.5Cv，应用P-Ⅲ型曲线，分别求得3个分区4种历时不同频率的设计点雨量，再通过内插求得其它各历时相应的设计点雨量。

设计面雨量由设计点雨量乘以相应历时点面折减系数求得。太平庄水库流域位于太行山背风区，根据太行山背风区的点面折减系数，将设计点雨量乘点面折减系数，折算为设计面雨量

推理公式法计算太平庄水库流域各分区天然设计洪峰流量成果见表1。

表1    太平庄水库流域各分区天然设计洪峰流量成果表单位：m³/s

2.2设计洪量

太平庄水库上游流域无实测径流资料，对于无实测径流资料的河流，设计洪量计算采用以下公式：

W=K*H*F

式中：W——设计频率洪量（万m³）；

K——单位换算系数，K＝0.1；

H——设计频率面雨量产生的径流深（mm）；

F——流域面积（km²）。

该流域属太行山背风区，设计洪量采用24h降雨控制。该流域产流分区为Ⅴ区，得到不同重现期24h径流深成果。太平庄水库流域各分区天然设计洪量成果见表2。

表2      太平庄水库流域各分区天然设计洪量成果表          单位：万m³

2.3设计洪水过程线

太平庄水库流域各分区设计洪水过程线以相邻的南洋河柴沟堡站1974年7月实测洪水过程线为典型，采用峰、量同频率控制法放大。

3  考虑水沟口二库调蓄后太平庄水库设计洪水

考虑水沟口二库调蓄情况下的太平庄水库设计洪水考虑了二库同频率设计、区间相应和区间同频率设计、二库相应两种组合方案。

3.1二库设计、区间相应组合方案

水沟口二库的泄洪建筑物有溢流坝和泄洪洞。水沟口二库水位～库容～泄量关系见表3。

水沟口二库调度运用方式为：汛限水位137m；超过汛限水位，溢流坝和泄洪洞同时泄洪。

根据水沟口二库的水位～库容～泄量关系和调度运用方式对水沟口二库设计洪水进行调洪演算，得出水沟口二库设计下泄洪水过程线。

区间相应洪水过程采用太平庄水库全流域天然条件下设计洪水过程线与水沟口二库设计洪水过程线相减得出。

将水沟口二库设计下泄洪水过程线与区间相应洪水过程线错峰叠加，求得二库设计、区间相应组合方案的太平庄水库设计洪水过程。

3.2区间设计、二库相应组合方案

二库相应洪水过程线采用太平庄水库全流域天然条件下设计洪水过程线减去区间设计洪水过程线得到，然后按设计条件下的调度原则对不同标准相应洪水过程调洪计算，得出二库相应标准的下泄洪水过程线，并与区间设计洪水过程线错峰叠加，求得区间设计、二库相应组合方案的太平庄水库设计洪水过程。

综上所述，太平庄水库不同组合方案设计洪水成果见表4。

表4     太平庄水库设计洪水成果表

4  结语

由上述成果可见，通过水沟口二库的调蓄作用，两种组合方案都不同程度的减小了太平庄水库的入库洪水。区间流域面积占太平庄水库总流域面积的69%，水沟口二库流域面积占太平庄水库总流域面积的31%，由于区间流域面积所占比重远大于水沟口二库流域面积所占比重，两种组合方案中，区间设计、二库相应组合方案的设计洪水成果比二库设计、区间相应组合方案的设计洪水成果更大。从安全角度考虑，更推荐区间设计、二库相应组合方案的设计洪水成果。

参考文献：

[1]水利水电工程设计洪水计算规范 [S],2006.

[2]河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司. 河北省怀安县太平庄水库大坝安全评价报告[R].2018.

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