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，并結合石門巖水庫和賴橋水庫協調聯合調度的要求，推算出石門巖水庫允許最高洪水位，以及根據汛期控制洪水標準編制計劃，計算水庫的汛限水位，為確保水庫渡汛安全提供決策依據。
關鍵字：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,相應庫容310萬 ,設計洪水位▽72.94m，相應為330.18萬，校核洪水位▽73.3m，校核水位庫容340萬 ，水庫設計標準為50年一遇，校核標準為1000年一遇。水庫灌溉農田面積4200畝是一座具有防洪、灌溉、旅游等綜合效益較好的小㈠型水庫。該水庫的水位和庫容關系如下：

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?，該水庫壩型為均質土壩，壩址上集雨面積 5.87km²（包括石門巖水庫4.4km² ）,該水庫設計調控能力的洪峰流量達57.66/s，洪水總量達w=89.05萬 ，校核調洪能力的洪峰流量達92.15/s,洪水總量達150.78萬。是一座調蓄能力較好的水庫。

2、設計洪水推求

　　2.1 洪峰流量計算

　　石門巖水庫流域沒有實測的洪水資料，本文設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 和相應的洪峰流量Q_mp （表1-1)。

　　設計洪峰流量計算式：

Qm＝0.278φF

式中：0.278單位換算系數

φ洪峰逕流系數

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，取η=0.68

F流域面積，以㎞²計

　　2.2 設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

F流域面積，以KM²計

暴雨參數S_P (雨力)，按下式計算

= ==K_P

式中H_24P 某種頻率的24小時設計暴雨量(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C_V24 及偏態(tài)系數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，有關參數的選定，參照《龍巖地區(qū)水利工程勘測設計若干規(guī)定》，以及《由暴雨推求設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果見表1-1石門巖水庫Q_mP ～W_mp關系計算表

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、洪水標準復核

　　3.1 設計洪水標準復核：原設計洪水位為▽72.94m，相應庫容為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。

采用高切林調洪計算公式求得：

q_m=Q_m（1-）

則來水總量為：W=

即 W=

根據上式，可先計算一系列的W、Q_m 值，建立W～Q_m 關系曲線，見表3-1，再與表1-1聯解出W，即可推算出設計洪水相應的頻率標準。

石門巖水庫Q_m ～W關系曲線表

　　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

　　根據表1-1和表3-1，點繪Q_m ～W和Q_mp ～W_mp關系曲線。以表3-1的Q_m 為縱坐標，W為橫坐標，點繪Q_m ～W關系曲線；再以表1-1中的Q_mp 為縱坐標，W_mp 為橫坐標，在同一張紙上點繪Q_{mp ～} W_mp關系曲線，兩線交點的橫坐標即為設計洪水標準從溢洪道頂到設計水位可攔蓄的水量W，縱坐標即為設計標準下從溢洪道頂到設計水位可滯洪的洪峰流量Q_m ，再以Q_m ，W值從表1-1中即可查算出相應的防洪標準頻率值，經查得：W=64萬，Q_m =43.23/S，相當于P=4%的洪峰和洪量。因此，石門巖水庫的設計標準為25年一遇。

　　3.2 校核洪水標準復核：原校核洪水位為△73.3m，相應庫容為 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，采用高切標調洪計算式得

W=

即 W=

根據上式可計算出一系列的Q_m、W值，建立Q_m～W 關系曲線表,見表3-2,再與表1-1聯解出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，它相當于P=0.18%的洪峰和洪量。因此，石門巖水庫的校核標準內550年一遇。

石門巖水庫Q_m ～W關系曲線

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

　　洪水標準分兩級：一級稱設計標準，當遇到設計標準洪水時，要求水庫能正常運用，一切建筑物都維持正常工作，水庫最高洪水位不超過設計洪水位；另一級稱校核標準，當遇到校核標準洪水時，屬于非常情況運行，此時庫水位超過設計洪水位，達到校核洪水位，此種情況仍要求水庫主要建筑物(大壩)確保安全。

　　根據以上洪水標準分級原則，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)，因此防洪安全至關重要，為確保水庫安全，汛期石門巖和賴橋水庫務必進行協調聯合調度。賴橋水庫設計標準為20年一遇設計、300年一遇校核，設計入庫洪峰流量為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，相對應的石門巖庫水位分別為▽73.12m和▽73.48m。但經復核石門巖水庫25年一遇的設計洪水位為▽72.94m，溢洪道相應下泄量為29.6/S,550年一遇的校核洪水位為▽73.3m，溢洪道相應下泄量為53.65 /S,可見石門巖水庫在設計和校核洪水標準時的溢洪道下泄量,均小于賴橋水庫允許石門巖水庫的相應下泄量,因此石門巖水庫在設計和校核洪水標準內所下泄的洪水不會影響賴橋水庫的調洪排泄能力。

　　4.2 工程質量

　　石門巖水庫于1975年5月竣工后，蓄水運行，發(fā)現大壩背水坡有滲漏現象，曾經對大壩進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機率較少，只在1974年6月18日洪水時，溢洪水深達0.7m，相應洪水位為▽72.90m經受過考驗。因此，一方面大壩滲水問題應進一步得到處理，另一方面防洪限制水位應以歷史考驗過的洪水位作為基礎。

　　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，相當于P=4%，即防洪標準為25年一遇的設計洪水位較為妥當。

5、汛限水位的確定

　　為了使汛期洪水嚴格控制在允許最高洪水位以下運行，水庫防洪調度標準必須大于防洪允許最高洪水位的標準，以此來確定汛限水位，供防汛指揮長作指揮水庫調度決策的依據。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)進行調節(jié)。根據高切林調洪計算方法，可以近似地認為

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,則水庫相應庫容為285.85萬，查水位庫容關系表得：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,水庫相應庫容為269.24萬，查水位庫容關系表得: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行調度，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年一遇洪水編制運用計劃是較為理想的。