石門巖水庫(kù)汛限水位的確定

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簡(jiǎn)介： 本文利用推理公式重新計(jì)算石門水庫(kù)不同頻率的洪峰流量和洪水總量，并結(jié)合石門巖水庫(kù)和賴橋水庫(kù)協(xié)調(diào)聯(lián)合調(diào)度的要求，推算出石門巖水庫(kù)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(jì)劃，計(jì)算水庫(kù)的汛限水位，為確保水庫(kù)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(kù)位于連城縣國(guó)家4A級(jí)冠豸山景區(qū),距縣城區(qū)1.5 km，水庫(kù)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(kù)正常水位▽72.2m,相應(yīng)庫(kù)容310萬(wàn) ,設(shè)計(jì)洪水位▽72.94m，相應(yīng)為330.18萬(wàn)，校核洪水位▽73.3m，校核水位庫(kù)容340萬(wàn) ，水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。水庫(kù)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?kù)。該水庫(kù)的水位和庫(kù)容關(guān)系如下：

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

　　在石門巖水庫(kù)下游有一座庫(kù)容為85萬(wàn)的?、嫘唾嚇蛩畮?kù)，該水庫(kù)壩型為均質(zhì)土壩，壩址上集雨面積 5.87km²（包括石門巖水庫(kù)4.4km² ）,該水庫(kù)設(shè)計(jì)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(wàn) ，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(wàn)。是一座調(diào)蓄能力較好的水庫(kù)。

2、設(shè)計(jì)洪水推求

　　2.1 洪峰流量計(jì)算

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

　　設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)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(jì)。

τ匯流時(shí)間，以h計(jì)

η暴雨遞減指數(shù)，取η=0.68

F流域面積，以㎞²計(jì)

　　2.2 設(shè)計(jì)洪水總量按下式推算：

_{Wmp =0.1H24P .φ.F}

式中：H_24P 某頻率24小時(shí)暴雨，以mm計(jì)

W_mp某頻率洪水總量，以萬(wàn)m³計(jì)

η洪峰逕流系數(shù)

F流域面積，以KM²計(jì)

暴雨參數(shù)S_P (雨力)，按下式計(jì)算

= ==K_P

式中H_24P 某種頻率的24小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨量(mm)

H₂₄ 最大24小時(shí)暴雨量的多年平均值(mm)

K_P 由頻率P、最大24小時(shí)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(jì)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(cè)設(shè)計(jì)若干規(guī)定》，以及《由暴雨推求設(shè)計(jì)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(kù)洪峰流量和洪水總量計(jì)算結(jié)果見表1-1石門巖水庫(kù)Q_mP ～W_mp關(guān)系計(jì)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(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核：原設(shè)計(jì)洪水位為▽72.94m，相應(yīng)庫(kù)容為330.18萬(wàn)，正常水位為▽72.2m，正常水位庫(kù)容為310萬(wàn)。因此，設(shè)計(jì)洪水位以下的滯洪庫(kù)容為V_m =330.18-310=20.18萬(wàn) ，開敞式溢洪道寬B=30m，設(shè)計(jì)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(jì)算公式求得：

q_m=Q_m（1-）

則來(lái)水總量為：W=

即 W=

根據(jù)上式，可先計(jì)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(jì)洪水相應(yīng)的頻率標(biāo)準(zhǔn)。

石門巖水庫(kù)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(wàn)) 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(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)從溢洪道頂?shù)皆O(shè)計(jì)水位可攔蓄的水量W，縱坐標(biāo)即為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下從溢洪道頂?shù)皆O(shè)計(jì)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(wàn)，Q_m =43.23/S，相當(dāng)于P=4%的洪峰和洪量。因此，石門巖水庫(kù)的設(shè)計(jì)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(kù)容為 340 萬(wàn)。因此，滯洪庫(kù)容V_m =30萬(wàn)，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(jì)算式得

W=

即 W=

根據(jù)上式可計(jì)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(wàn),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(kù)的校核標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)550年一遇。

石門巖水庫(kù)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(wàn)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(jí)：一級(jí)稱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)遇到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，要求水庫(kù)能正常運(yùn)用，一切建筑物都維持正常工作，水庫(kù)最高洪水位不超過設(shè)計(jì)洪水位；另一級(jí)稱校核標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)遇到校核標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，屬于非常情況運(yùn)行，此時(shí)庫(kù)水位超過設(shè)計(jì)洪水位，達(dá)到校核洪水位，此種情況仍要求水庫(kù)主要建筑物(大壩)確保安全。

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

　　4.1 下游河道情況及防汛要求

　　石門巖水庫(kù)下游緊接著就是賴橋水庫(kù)，賴橋水庫(kù)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(kù)安全，汛期石門巖和賴橋水庫(kù)務(wù)必進(jìn)行協(xié)調(diào)聯(lián)合調(diào)度。賴橋水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇設(shè)計(jì)、300年一遇校核，設(shè)計(jì)入庫(kù)洪峰流量為57.66m³/s；校核入庫(kù)洪峰流量為92.15/s³,其中：從石門巖水庫(kù)壩址到賴橋水庫(kù)壩址區(qū)間的設(shè)計(jì)和校核洪峰流量為16.46/S和24.75/S；從石門巖水庫(kù)溢洪道允許下泄的流量分別是41.2/S和67.4/S，相對(duì)應(yīng)的石門巖庫(kù)水位分別為▽73.12m和▽73.48m。但經(jīng)復(fù)核石門巖水庫(kù)25年一遇的設(shè)計(jì)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(kù)在設(shè)計(jì)和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的溢洪道下泄量,均小于賴橋水庫(kù)允許石門巖水庫(kù)的相應(yīng)下泄量,因此石門巖水庫(kù)在設(shè)計(jì)和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)所下泄的洪水不會(huì)影響賴橋水庫(kù)的調(diào)洪排泄能力。

　　4.2 工程質(zhì)量

　　石門巖水庫(kù)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(duì)大壩進(jìn)行過二次鉆孔灌漿除險(xiǎn)加固，但目前大壩背坡仍有大面積的滲水，而石門巖水庫(kù)庫(kù)面開展旅游業(yè)，要保持長(zhǎng)期高水位運(yùn)行，滲水問題不解決，長(zhǎng)此以往對(duì)大壩的安全會(huì)帶來(lái)一定影響。另外，水庫(kù)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(shí)，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(kù)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(jì)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(kù)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(lái)確定汛限水位，供防汛指揮長(zhǎng)作指揮水庫(kù)調(diào)度決策的依據(jù)。汛限水位在溢洪道頂以下，洪水來(lái)臨時(shí)一部分洪水先填充汛限水位到溢洪道堰頂之間的庫(kù)容，以V₁ 表示。這樣，溢洪道以上的滯洪庫(kù)容V_m 只需對(duì)剩余水量(W-V₁)進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)高切林調(diào)洪計(jì)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(kù)容(萬(wàn))

W 一定頻率的洪水總量(萬(wàn) )

Q_m 洪峰流量(/S)

q_m 最大泄流量(/S)

V_m 滯洪庫(kù)容(萬(wàn))

　　石門巖水庫(kù)允許最高洪水位確定在▽72.94m時(shí)，相對(duì)應(yīng)的滯洪庫(kù)容為V_m ＝20.18萬(wàn)，此時(shí)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(jì)劃，最大洪峰流量49.8/S；洪水總量W＝73.9萬(wàn)，按上式計(jì)算得V₁ =24.15萬(wàn),則水庫(kù)相應(yīng)庫(kù)容為285.85萬(wàn)，查水位庫(kù)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(jì)劃，最大洪峰流量Q_m＝56.2/S;洪水總量W＝83.4萬(wàn)，同樣按上式計(jì)算得V₁ =40.76萬(wàn),水庫(kù)相應(yīng)庫(kù)容為269.24萬(wàn)，查水位庫(kù)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(kù)容的能力低(只有放水孔 0.5～0.8/S的流量預(yù)泄)，同時(shí)考慮到石門巖水庫(kù)庫(kù)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(kù)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(jì)劃是較為理想的。