石門巖水庫汛限水位的確定

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簡介： 本文利用推理公式重新計算石門水庫不同頻率的洪峰流量和洪水總量，并結(jié)合石門巖水庫和賴橋水庫協(xié)調(diào)聯(lián)合調(diào)度的要求，推算出石門巖水庫允許最高洪水位，以及根據(jù)汛期控制洪水標(biāo)準(zhǔn)編制計劃，計算水庫的汛限水位，為確保水庫渡汛安全提供決策依據(jù)。
關(guān)鍵字：汛限水位確定

１、基本情況

　　石門巖水庫位于連城縣國家4A級冠豸山景區(qū),距縣城區(qū)1.5 km，水庫壩型為漿砌石重力壩,壩高30.5m,壩頂高程為▽74m,壩址以上集雨面積 4.4㎞² ,水庫正常水位▽72.2m,相應(yīng)庫容310萬 ,設(shè)計洪水位▽72.94m，相應(yīng)為330.18萬，校核洪水位▽73.3m，校核水位庫容340萬 ，水庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。水庫灌溉農(nóng)田面積4200畝是一座具有防洪、灌溉、旅游等綜合效益較好的?、逍退畮?。該水庫的水位和庫容關(guān)系如下：

水 位(m) 475055 6065 68 69 70 71 72 72.272.94 73.3庫容(萬)0 6 31.583162225 243265 281303 310 330.18340

　　在石門巖水庫下游有一座庫容為85萬的?、嫘唾嚇蛩畮?，該水庫壩型為均質(zhì)土壩，壩址上集雨面積 5.87km²（包括石門巖水庫4.4km² ）,該水庫設(shè)計調(diào)控能力的洪峰流量達(dá)57.66/s，洪水總量達(dá)w=89.05萬 ，校核調(diào)洪能力的洪峰流量達(dá)92.15/s,洪水總量達(dá)150.78萬。是一座調(diào)蓄能力較好的水庫。

2、設(shè)計洪水推求

　　2.1 洪峰流量計算

　　石門巖水庫流域沒有實(shí)測的洪水資料，本文設(shè)計洪峰流量采用推理公式,計算出各種頻率的24小時洪水總量 W_mp 和相應(yīng)的洪峰流量Q_mp （表1-1)。

　　設(shè)計洪峰流量計算式：

Qm＝0.278φF

式中：0.278單位換算系數(shù)

φ洪峰逕流系數(shù)

S_P 為某一頻率雨力，以mm/h計。

τ匯流時間，以h計

η暴雨遞減指數(shù)，取η=0.68

F流域面積，以㎞²計

　　2.2 設(shè)計洪水總量按下式推算：

_{Wmp =0.1H24P .φ.F}

式中：H_24P 某頻率24小時暴雨，以mm計

W_mp某頻率洪水總量，以萬m³計

η洪峰逕流系數(shù)

F流域面積，以KM²計

暴雨參數(shù)S_P (雨力)，按下式計算

= ==K_P

式中H_24P 某種頻率的24小時設(shè)計暴雨量(mm)

H₂₄ 最大24小時暴雨量的多年平均值(mm)

K_P 由頻率P、最大24小時暴雨的變差系數(shù)C_V24 及偏態(tài)系數(shù)C_S24 (取C_S24 =3.5C_V24 ),在K_P 值表中

查得C_V24 =0.36

　　計算過程中，有關(guān)參數(shù)的選定，參照《龍巖地區(qū)水利工程勘測設(shè)計若干規(guī)定》，以及《由暴雨推求設(shè)計最大洪水流量諾模圖的研制》、《龍巖地區(qū)水文圖集》等。石門巖水庫洪峰流量和洪水總量計算結(jié)果見表1-1石門巖水庫Q_mP ～W_mp關(guān)系計算表

表1-1

P(%)φτηH_24PFK_PS_PQ_mpW_mpT500.81.80.68924.40.9333.321.832.48.25200.81.80.681254.41.2645.129.644.08.26100.811.80.681474.41.4853.035.252.48.2750.831.80.681674.41.6960.541.261.08.233.330.851.80.681814.41.8365.545.767.78.2320.871.80.681934.41.9569.849.873.98.2410.891.80.682134.42.1577.056.283.48.240.50.911.80.682324.42.3483.862.592.98.26500.81.80.68924.40.9333.321.832.48.25200.81.80.681254.41.2645.129.644.08.26100.811.80.681474.41.4853.035.252.48.2750.831.80.681674.41.6960.541.261.08.23

3、洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

　　3.1 設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核：原設(shè)計洪水位為▽72.94m，相應(yīng)庫容為330.18萬，正常水位為▽72.2m，正常水位庫容為310萬。因此，設(shè)計洪水位以下的滯洪庫容為V_m =330.18-310=20.18萬 ，開敞式溢洪道寬B=30m，設(shè)計洪水位溢洪水深為0.74m，則溢洪道下泄洪量q_m =1.55BH^3/2 =1.55×30×0.74^3/2 =29.6/S。

采用高切林調(diào)洪計算公式求得：

q_m=Q_m（1-）

則來水總量為：W=

即 W=

根據(jù)上式，可先計算一系列的W、Q_m 值，建立W～Q_m 關(guān)系曲線，見表3-1，再與表1-1聯(lián)解出W，即可推算出設(shè)計洪水相應(yīng)的頻率標(biāo)準(zhǔn)。

石門巖水庫Q_m ～W關(guān)系曲線表

　　表3-1

洪峰流量Q_m (/S)40 50 60 70 80 90 100 洪水總量W(萬) 77.62 49.4639.83 34.97 32 30 28.66

　　根據(jù)表1-1和表3-1，點(diǎn)繪Q_m ～W和Q_mp ～W_mp關(guān)系曲線。以表3-1的Q_m 為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪Q_m ～W關(guān)系曲線；再以表1-1中的Q_mp 為縱坐標(biāo)，W_mp 為橫坐標(biāo)，在同一張紙上點(diǎn)繪Q_{mp ～} W_mp關(guān)系曲線，兩線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)從溢洪道頂?shù)皆O(shè)計水位可攔蓄的水量W，縱坐標(biāo)即為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下從溢洪道頂?shù)皆O(shè)計水位可滯洪的洪峰流量Q_m ，再以Q_m ，W值從表1-1中即可查算出相應(yīng)的防洪標(biāo)準(zhǔn)頻率值，經(jīng)查得：W=64萬，Q_m =43.23/S，相當(dāng)于P=4%的洪峰和洪量。因此，石門巖水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為25年一遇。

　　3.2 校核洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核：原校核洪水位為△73.3m，相應(yīng)庫容為 340 萬。因此，滯洪庫容V_m =30萬，從溢洪道下泄的流量為 q_m ＝1.55BH^3/2 ＝1.55×30×1.1^3/2 =53.65/S，采用高切標(biāo)調(diào)洪計算式得

W=

即 W=

根據(jù)上式可計算出一系列的Q_m、W值，建立Q_m～W 關(guān)系曲線表,見表3-2,再與表1-1聯(lián)解出Q_m和W,即可推算出校核洪水位下,可攔蓄的洪量W=109.5萬,洪峰Qm＝73.9/S，它相當(dāng)于P=0.18%的洪峰和洪量。因此，石門巖水庫的校核標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)550年一遇。

石門巖水庫Q_m ～W關(guān)系曲線

表3-2

洪峰流Qm (m³/S)65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 洪水總量W (萬m³) 171.81128.44105.3991.08 81.34 74.28 68.92 64.72 61.34 58.56

4、防洪允許最高洪水位的確定

　　洪水標(biāo)準(zhǔn)分兩級：一級稱設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)遇到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時，要求水庫能正常運(yùn)用，一切建筑物都維持正常工作，水庫最高洪水位不超過設(shè)計洪水位；另一級稱校核標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)遇到校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時，屬于非常情況運(yùn)行，此時庫水位超過設(shè)計洪水位，達(dá)到校核洪水位，此種情況仍要求水庫主要建筑物(大壩)確保安全。

　　根據(jù)以上洪水標(biāo)準(zhǔn)分級原則，石門巖水庫防洪允許最高洪水位的確定，必須綜合考慮以下幾個方面的情況：

　　4.1 下游河道情況及防汛要求

　　石門巖水庫下游緊接著就是賴橋水庫，賴橋水庫壩型為土壩，土壩下游是連城縣城區(qū)，因此防洪安全至關(guān)重要，為確保水庫安全，汛期石門巖和賴橋水庫務(wù)必進(jìn)行協(xié)調(diào)聯(lián)合調(diào)度。賴橋水庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇設(shè)計、300年一遇校核，設(shè)計入庫洪峰流量為57.66m³/s；校核入庫洪峰流量為92.15/s³,其中：從石門巖水庫壩址到賴橋水庫壩址區(qū)間的設(shè)計和校核洪峰流量為16.46/S和24.75/S；從石門巖水庫溢洪道允許下泄的流量分別是41.2/S和67.4/S，相對應(yīng)的石門巖庫水位分別為▽73.12m和▽73.48m。但經(jīng)復(fù)核石門巖水庫25年一遇的設(shè)計洪水位為▽72.94m，溢洪道相應(yīng)下泄量為29.6/S,550年一遇的校核洪水位為▽73.3m，溢洪道相應(yīng)下泄量為53.65 /S,可見石門巖水庫在設(shè)計和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)時的溢洪道下泄量,均小于賴橋水庫允許石門巖水庫的相應(yīng)下泄量,因此石門巖水庫在設(shè)計和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)所下泄的洪水不會影響賴橋水庫的調(diào)洪排泄能力。

　　4.2 工程質(zhì)量

　　石門巖水庫于1975年5月竣工后，蓄水運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)大壩背水坡有滲漏現(xiàn)象，曾經(jīng)對大壩進(jìn)行過二次鉆孔灌漿除險加固，但目前大壩背坡仍有大面積的滲水，而石門巖水庫庫面開展旅游業(yè)，要保持長期高水位運(yùn)行，滲水問題不解決，長此以往對大壩的安全會帶來一定影響。另外，水庫大壩高水位溢洪考驗(yàn)機(jī)率較少，只在1974年6月18日洪水時，溢洪水深達(dá)0.7m，相應(yīng)洪水位為▽72.90m經(jīng)受過考驗(yàn)。因此，一方面大壩滲水問題應(yīng)進(jìn)一步得到處理，另一方面防洪限制水位應(yīng)以歷史考驗(yàn)過的洪水位作為基礎(chǔ)。

　　綜合以上原則及情況，石門巖水庫防洪允許最高洪水位確定在▽72.94m，相當(dāng)于P=4%，即防洪標(biāo)準(zhǔn)為25年一遇的設(shè)計洪水位較為妥當(dāng)。

5、汛限水位的確定

　　為了使汛期洪水嚴(yán)格控制在允許最高洪水位以下運(yùn)行，水庫防洪調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)必須大于防洪允許最高洪水位的標(biāo)準(zhǔn)，以此來確定汛限水位，供防汛指揮長作指揮水庫調(diào)度決策的依據(jù)。汛限水位在溢洪道頂以下，洪水來臨時一部分洪水先填充汛限水位到溢洪道堰頂之間的庫容，以V₁ 表示。這樣，溢洪道以上的滯洪庫容V_m 只需對剩余水量(W-V₁)進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)高切林調(diào)洪計算方法，可以近似地認(rèn)為

V1=W-

式中：V1汛限水位至溢洪道頂之間的庫容(萬)

W 一定頻率的洪水總量(萬 )

Q_m 洪峰流量(/S)

q_m 最大泄流量(/S)

V_m 滯洪庫容(萬)

　　石門巖水庫允許最高洪水位確定在▽72.94m時，相對應(yīng)的滯洪庫容為V_m ＝20.18萬，此時溢洪道下泄P＝4％的最大流量為q_m =29.6/S。

　　若汛期控制按50年一遇的洪水編制計劃，最大洪峰流量49.8/S；洪水總量W＝73.9萬，按上式計算得V₁ =24.15萬,則水庫相應(yīng)庫容為285.85萬，查水位庫容關(guān)系表得：汛限水位為▽71.20m。

　　若汛期控制按100年一遇的洪水編制計劃，最大洪峰流量Q_m＝56.2/S;洪水總量W＝83.4萬，同樣按上式計算得V₁ =40.76萬,水庫相應(yīng)庫容為269.24萬，查水位庫容關(guān)系表得:汛限水位為▽70.20m。

　　但著限于石門巖大壩防滲問題尚未徹底解決，且大壩騰空庫容的能力低(只有放水孔 0.5～0.8/S的流量預(yù)泄)，同時考慮到石門巖水庫庫面最佳旅游水位變幅在▽70.7～▽72.2m之間，要使汛限水位至允許最高洪水位下運(yùn)行調(diào)度，既確保大壩安全度汛，又不影響庫面旅游，定汛限水位為▽71.2m，即按50年一遇洪水編制運(yùn)用計劃是較為理想的。