某水庫洪水調(diào)節(jié)及泥沙淤積分析

張清芳，張清秀

（費縣許家崖水庫管理中心，山東 臨沂 273400）

1 工程概況

某水庫為一座已建的以城鎮(zhèn)供水為主，兼有發(fā)電和農(nóng)田灌溉的?。?）型水庫，壩址以上流域面積57.20 km2，工程樞紐建筑物包括攔河壩、溢洪道、取水建筑物和壩后電站等。

2 水庫洪水調(diào)節(jié)計算

2.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)

水庫原設(shè)計總庫容為640萬m3，大于100萬m3，小于1 000萬m3，大壩為漿砌石重力壩，擴建后總庫容為1 337萬m3，大于1 000萬m3，小于10 000萬m3。根據(jù)規(guī)定，該工程為Ⅲ等工程，主要建筑物為3級建筑物。擴建加高后大壩為堆石壩，采用校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇（P=0.1%），設(shè)計洪水重現(xiàn)期為50年一遇（P=2%）。

2.2 洪水調(diào)節(jié)計算原則

由于水庫庫區(qū)兩岸有部分房屋，人口較集中，水庫洪水調(diào)度在確保大壩安全的前提下，同時保障庫區(qū)淹沒降到最低。故設(shè)3扇閘門控制下泄流量，調(diào)節(jié)計算中要求相應(yīng)時段下泄流量不大于入庫洪峰流量，閘門開孔水位漲率取0.10～0.20。

2.3 閘門選擇

根據(jù)確定的泄流方案結(jié)合水工布置選擇了3組不同的溢流寬度進(jìn)行了比較，分別為12 m、15 m和18 m，即3孔4 m×4 m（b×h）、3孔5 m×4 m（b×h）及3孔6 m×3 m（b×h）閘門共三組方案進(jìn)行了比較。洪水調(diào)節(jié)采用單輔助曲線法計算，起調(diào)水位753 m，起調(diào)庫容1 246萬m3。水庫溢洪道閘門方案比較成果見表1。

表1 水庫設(shè)閘門方案比較表

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟方案比較，推薦3 孔5 m×4 m（b×h）閘門，堰型為WES實用堰，堰頂高程749 m。

2.4 洪水調(diào)節(jié)計算

堆石壩采用岸邊溢洪道泄洪，設(shè)3孔5 m×4 m（b×h）表孔弧形閘門，堰頂高程749 m?？琢鲿r泄流曲線見圖1，閘門全開時按WES實用堰堰流公式計算，綜合流量系數(shù)取1.90，其中：

圖1 水庫正常蓄水位（堆石壩方案）閘門不同開度泄流曲線圖（753 m水位）

式中：Q流量，m3/s；σs淹沒系數(shù)；m、μ流量系數(shù)；ε1側(cè)收縮系數(shù)；b孔口總凈寬；H堰上總水頭；e閘門開啟高度。其泄流曲線詳見圖2。

圖2 水庫（堆石壩方案）閘門全開時泄流曲線圖

洪水調(diào)節(jié)計算采用單輔助曲線法計算，起調(diào)水位753 m（正常蓄水位），起調(diào)庫容1 246萬m3。水庫洪水調(diào)節(jié)計算成果見表2。

表2 水庫洪水調(diào)節(jié)成果表

3 水庫泥沙淤積計算

3.1 水庫泥沙淤積形態(tài)判定

對水庫泥沙淤積形態(tài)的判定主要根據(jù)陜西省水利科學(xué)研究院和清華大學(xué)水利系研究的經(jīng)驗公式：

K<2.2為錐體，K>2.2為三角洲或帶狀。

式中：V—與運用水位相應(yīng)的庫容；Ws入—入庫沙量；i0—庫區(qū)河床比降。

經(jīng)計算，K=5.06＞2.2為帶狀淤積。

根據(jù)陜西省水利科學(xué)研究院和清華大學(xué)水利系研究的經(jīng)驗公式分析水庫泥沙淤積形態(tài)均為帶狀淤積。同時根據(jù)水庫水下地形測圖分析，進(jìn)一步論證了該水庫泥沙淤積形態(tài)為帶狀淤積。

3.2 水庫泥沙淤積計算

泥沙淤積計算主要為水庫擴建加高后水庫運行50年泥沙淤積計算，據(jù)前述“2.7節(jié)”，水庫懸移質(zhì)年輸沙量為21 410 t，泥沙容重按1.3 t/m3計，則年輸沙量為16 469 m3。推移質(zhì)按懸移質(zhì)的15%計（閉流區(qū)懸移質(zhì)予以計算，推移質(zhì)不予計算），并考慮全部淤于庫內(nèi)。

3.2.1 懸移質(zhì)淤積量

①多年平均庫容淤損率法

式中：WT水庫蓄水T 年的總淤積量；av水庫多年平均庫容淤損率；V水庫的總庫容（1 337萬m3）；T水庫設(shè)計使用年限，取50年。

水庫多年平均年徑流量（W0）為3 364 萬m3，V/W0＝0.397，則av＝WS入/V＝0.001 22，由此計算的水庫懸移質(zhì)泥沙年淤積量為1.63萬m3，50年懸移質(zhì)泥沙淤積量為81.7萬m3。

②多年平均排沙比法

V/W0＝0.38，由此由水庫多年平均攔沙率經(jīng)驗關(guān)系曲線查得攔沙率為0.97，則庫懸移質(zhì)泥沙年淤積量為1.62萬m3，50年懸移質(zhì)泥沙淤積量為81.1萬m3。

③懸移質(zhì)泥沙淤積量

懸移質(zhì)年淤積量采用多年平均庫容淤損率法和多年平均排沙比法的均值，年淤積量為1.625 萬m3，50 年懸移質(zhì)泥沙淤積量為81.3萬m3。

3.2.2 推移質(zhì)淤積量

推移質(zhì)按懸移質(zhì)的15%計（閉流區(qū)懸移質(zhì)予以計算，推移質(zhì)不予計算），并考慮全部淤于庫內(nèi)，則推移質(zhì)年淤積量為1 995 m3，50年淤積量9.9萬m3。

3.2.3 泥沙總淤積量和壩前淤積高程

水庫實測泥沙淤積水平高程為723.10 m，壩前淤積高程為721.90 m，根據(jù)水庫庫容曲線可以查出，運行38年泥沙淤積總量為71.3 萬m3，水庫擴建加高設(shè)計運行50 年泥沙總淤積量為懸移質(zhì)和推移質(zhì)之和共計91.2 萬m3。因此，設(shè)計水庫淤積總量為162.5 萬m3，水平淤積高程為728.60 m，壩前淤積高程為725.70 m。

4 結(jié)論

①水庫洪水調(diào)度在確保大壩安全的前提下，同時保障庫區(qū)淹沒降到最低。洪水調(diào)節(jié)采用單輔助曲線法計算，起調(diào)水位753 m，起調(diào)庫容1 246萬m3。

②水庫泥沙淤積形態(tài)為帶狀淤積，水庫淤積總量為162.50萬m3，水平淤積高程為728.60 m，壩前淤積高程為725.70 m。

③建議在工程后期運行階段，結(jié)合工程實際情況對洪水調(diào)節(jié)方式進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，做好泥沙淤積監(jiān)測工作，超出泥沙淤積需及時采取措施排淤排沙以提高水庫效益。