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      某水庫特征水位分析及洪水調(diào)節(jié)研究

      2021-03-11 02:46:30鄒吉余
      黑龍江水利科技 2021年1期
      關(guān)鍵詞:興利蓄水位庫容

      鄒吉余

      (蓋州市水利事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 蓋州 115200)

      0 引 言

      水庫工程建設(shè)具有灌溉、發(fā)電、調(diào)洪等綜合作用。合理分析水庫庫容,確定特征水位,是水庫設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過計算確定水庫的興利調(diào)節(jié)、洪水調(diào)節(jié)方案,可將水庫的效益最大化,具有十分重要的研究意義。在水庫調(diào)節(jié)過程中需要考慮水庫的作用,例如生態(tài)因素[1]、防洪調(diào)度[2]、聯(lián)合調(diào)度[3-4]、結(jié)構(gòu)安全[5-6]等。

      2 工程概況

      水庫位于淮河流域沂河干流中上游,是一座以防洪為主,兼顧灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等功能的大(2)型水庫。水庫控制流域面積1782 km2,現(xiàn)狀總庫容5.28億m3。樞紐工程由土石壩、砌石壩、溢洪道(閘)、放水洞、壩后水電站等建筑物組成,工程等別為Ⅴ等,擋水建筑物全長2216m,最大壩高33.65m。水庫灌溉面積9.74×104hm2,壩后電站總裝機容量5640kW。庫區(qū)岸坡巖性以碎石土為主,河谷地貌呈 “U”字形,地形坡降較大。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇(P=10%),校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇(P=2%),洪峰流量分別為49.2m3/s、67.4m3/s。溢流堰單孔凈寬5.0m,共3孔。

      3 特征水位分析

      3.1 泥沙淤積計算

      該流域的泥沙,主要來源于流域上游的水土流失。設(shè)計流域位于50-150t/km2區(qū)域內(nèi),本階段設(shè)計流域懸移質(zhì)輸沙模數(shù)取75t/km2,推懸比按20%計。

      水庫設(shè)計流域面積為1.93km2,通過計算,壩庫址處年輸沙量為173.7t,其中懸移質(zhì)輸沙量144.8t,推移質(zhì)輸沙量28.9t,水庫庫址處多年平均來水量為19.3萬m3,則壩址處懸移質(zhì)泥沙多年平均含沙量為0.75kg/m3。

      根據(jù)其水沙條件、地形特征等,采用類比法并結(jié)合有關(guān)經(jīng)驗公式確定:

      K=V/(Ws·Jo)K<2.2為錐體,K>2.2為三角洲或帶狀

      (1)

      式中:V為正常蓄水位以下庫容(以萬m3計);Ws為設(shè)計淤積年限內(nèi)總?cè)霂焐沉?以萬m3計);Jo為庫區(qū)河床平均比降(以萬分率計)。

      經(jīng)計算,壩址處K=14.2,K值小于>2.2,為三角洲或帶狀淤積。采用多年平均庫容淤積損失率法計算,計算公式為:

      WT=avVT

      (2)

      式中:WT水庫蓄水T年總淤積量,m3;av多年平均庫容淤積損失率,%,V為原有庫容;T為淤積年數(shù)。

      av確定方法如下:

      工程等別為Ⅴ等,壩型為均質(zhì)土壩,合理使用年限為50年,因此水庫設(shè)計淤積年限按50年計。水庫淤積庫容為3202.5m3,水平淤沙高程為233.15m。

      3.2 特征水位

      3.2.1 死水位

      根據(jù)泥沙計算成果,塘壩運行50年后,壩址淤積總庫容為0.32萬m3,水平淤積高程233.15m,據(jù)此確定塘壩死水位為233.2m,相應(yīng)死庫容為0.34萬m3。

      3.2.2 正常蓄水位

      山區(qū)小型塘壩一般不設(shè)結(jié)合庫容,泄水建筑物大多為開敞式的溢洪道。本工程為現(xiàn)有塘壩除險加固工程,為不增加田土淹沒面積及遷占工作,塘壩維持原溢洪道頂高程不變,正常蓄水位為236.0m。

      4 興利調(diào)節(jié)

      4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

      根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合水利局等部門提供的資料,流域內(nèi)無村寨及工礦企業(yè)。因此本次設(shè)計不再考慮壩址以上年用水量。庫容曲線根據(jù)實測地形圖,采用水庫庫容數(shù)學(xué)模型計算得到。水庫庫容計算公式如下:

      (3)

      式中:ΔV為水庫庫容增量;S1、S2為相鄰兩高程面的水庫面積;H為相鄰高程面的間距。

      水庫水位-面積-庫容關(guān)系成果見圖1。

      4.2 興利調(diào)節(jié)計算

      水庫是以供水為任務(wù)的月調(diào)節(jié)水庫,徑流調(diào)節(jié)計算按“以供定需”的原則來進行用水供需平衡計算,第i月時段的計算公式為:

      Vi+1=Vi+W來-W用-W損

      (4)

      式中:Vi、Vi+1為分別水庫第i月月初及月末的蓄水量;W來水庫第i月來水量;W用水庫第i月用水量;W損水庫第i月滲漏、蒸發(fā)損失量;

      1)徑流計算

      根據(jù)水文計算成果,水庫多年平均來水量為19.3萬m3,50%年來水量為13.26萬m3。50%典型年月徑流分配成果進行分配結(jié)果見表1:

      2)蒸發(fā)、滲漏損失

      蒸發(fā)量按水面面積乘以各月蒸發(fā)深計算,滲漏量按正常蓄水位相應(yīng)庫容的1%計。

      3)用戶需水量分析

      水庫灌溉范圍內(nèi)主要種植玉米和小麥和部分經(jīng)濟作物,此次農(nóng)田灌溉用水量及用水過程見表2:

      表2 水庫典型年各月灌溉用水量成果表

      4)興利調(diào)節(jié)計算

      根據(jù)需水過程,采用完全年調(diào)節(jié),以月為計算單位,確定起調(diào)月份(7月)。當(dāng)水位高于設(shè)計蓄水位(85.00m)時則棄水,往復(fù)計算直至起調(diào)庫容與結(jié)束月末庫容相一致。詳見表3。

      表3 水庫興利調(diào)節(jié)計算成果表

      經(jīng)興利調(diào)節(jié)計算,水庫正常蓄水位236.0m,P=50%保證率下的來水量可滿足150畝農(nóng)田灌溉用水,對應(yīng)的最大供水能力為13.26萬m3。

      5 洪水調(diào)節(jié)

      水庫泄洪建筑物為開敞式溢洪道自由泄洪,溢流堰堰頂高程為正常蓄水位,洪水調(diào)度以保護大壩自身安全為原則,未設(shè)置防洪限制水位,當(dāng)來水大于供水及生態(tài)用水要求時,水庫蓄水,直至正常蓄水位,當(dāng)蓄水位超過正常蓄水位時,來水通過溢洪道自由下泄;當(dāng)發(fā)生洪水時,水庫通過溢洪道泄洪,同時通過水庫滯洪庫容消減洪峰流量,直至來水流量等于下泄流量,水庫水位達到最大值,再經(jīng)過溢洪道泄洪,庫水位逐漸回落到正常蓄水位。水庫泄量關(guān)系見表4。

      表4 水庫泄量關(guān)系成果表

      水庫洪水調(diào)節(jié)計算的基本原理是水量平衡,即水庫的入庫流量過程線與經(jīng)過水庫調(diào)蓄后的出庫流量過程線之間的關(guān)系,可用水量平衡方程式來表示,即:

      (5)

      式中:Q1、Q2為時段初、時段末的入庫流量,m3/s;q1、q2為時段初、時段末的出庫流量,m3/s;V1、V2時段初、時段末的水庫蓄水量,萬m3;Δt為計算時段,h(本次調(diào)算中取Δt=0.1h)。

      水量平衡方程式中q2與V2是未知數(shù),還必須建立水庫下泄流量與庫容的關(guān)系,即:

      q=f(V)

      (6)

      洪水調(diào)節(jié)計算成果見表5,圖2、圖3。

      表5 水庫洪水調(diào)節(jié)計算成果表

      圖2 洪水(P=10%)調(diào)節(jié)成果

      圖3 洪水(P=2%)調(diào)節(jié)成果

      5 結(jié) 語

      壩址正常蓄水位236.0m,死水位233.2m,興利庫容1.29萬m3,死庫容0.34萬m3。水庫設(shè)置溢洪道,無防洪限制水位要求,庫滿溢流,主要功能為攔截上游汛期水作為非汛期時農(nóng)田灌溉。運行水位從正常蓄水位236.0m至死水位233.2m,滿足設(shè)計保證率(P=50%)下灌溉水量4.33萬m3。水庫具有年調(diào)節(jié)性能,運行時,水庫水位在正常蓄水位與死水位之間變動。

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