串联水库洪水分析实例之一

作者:未知

  摘要: 云南省苏租水库坝址位于云南省红河州建水县,为规划新建中型水库,校核洪水标准1000年一遇,设计洪水标准50年一遇,上游同一流域上有规划新建的小(1)型水库—施家寨水库,校核洪水标准300年一遇,设计洪水标准30年一遇,由于两水库设计标准不统一,设计时需对上游施家寨水库进行防洪安全复核,对下泄洪水进行洪水组合计算。
  关键词:洪水计算  同频率组合
  1洪水标准及工程区概况
  苏租水库坝址位于云南省红河州建水县盘江乡境内,距盘江乡3km,距建水县城约47km。苏租水库总库容1103万m?,为中型水库,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017),苏租水库枢纽工程等别为Ⅲ等,大坝级别为2级;溢洪道、隧洞级别为3级;次要建筑物级别为4级;临时建筑物级别为5级。
  根据《防洪标准》GB50201-2014和《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2017的规定,苏租水库建设后工程防洪标准如下:
  校核洪水标准:P=0.1%(1000年一遇);
  设计洪水标准:P=2%(50年一遇);
  苏租水库地处山中,流域山势陡峻,河谷深切,洪水汇集时间短,过程线多具有陡涨陡落、峰高量小的山区性特点,多为单峰,历时在24小时以内。
  苏租水库上游同一流域上有规划新建的小(1)型水库—施家寨水库,施家寨水库工程坝址距本次设计的苏租水库16.1km。流域面积25.3km?,主河道长6.07km,河道平均比降36‰,水库是以灌溉为主,水库总库容231.3万m?。施家寨水库为小(1)水库,校核洪水标准:P=0.33%(300年一遇),设计洪水标准:P=3.33%(30年一遇),设计需对上游施家寨水库进行防洪安全复核,对下泄洪水进行洪水组合计算。
  苏租水库尾段有一伏流暗河,为一溶洞,称为天生桥,天生桥伏流暗河长73.4m,进口底板标高1404.5m,出口底板标高1400.15m,溶洞顶板塌落严重,在下部基本由塌落块石组成,洞中水由其块石间流出,洞顶基本为一三角形形态。所以,苏租水库在洪水在天生桥段还会受到天生桥伏流暗河的影响,经地质勘察分析,天生桥段较稳定,当遭遇大洪水时,天生桥会对部分洪水短时间拦蓄,所以,苏租水库入库洪水在在天生桥处受到天生桥伏流区的调节。
  2 洪水计算途径
  苏租水库坝址断面以上流域面积85.4km?,主河道长22.2km,河道平均比降27‰,施家寨水库流域面积25.3km?,主河道长6.07km,河道平均比降36‰,两水库区间流域面积60.1km?,主河道长16.1km,河道平均比降24‰。
  根据工程区实际条件,施家寨水库洪水采用洪水组合法推求。在考虑洪水组合时,由于苏租水库坝址断面控制面积较大,区间面积次之,施家寨水库断面以上面积最小,所以,在用同频率组合法计算坝址洪水时,考虑“上游相应”。
  根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2017),施家寨水库为小(1)型水库,推荐拦河坝为粘土心墙风化料坝,最大坝高39.0m,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000),水库校核洪水标准为P=0.33%,苏租水库根据来水及库区情况规划建设为中型水库,坝型为土坝,坝高大于70m,校核洪水标准:P=0.1%,由于两水库设计标准不一样,因此,需先复核施家寨水库各洪水标准下的防洪能力。另外,由于洪水受天生桥,计算时考虑天生桥对洪水的调节作用。
  苏租水库所在大清河流域和邻近流域没有实测洪水流量资料,根据《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-2006)规定,以及水库所在流域和邻近资料条件情况,水库设计洪水采用暴雨洪水途径计算;
  3 洪水计算成果
  洪水计算采用暴雨洪水途径计算,暴雨移植建水气象站暴雨,采用洪水组合法计算施家寨水库洪水,苏租天然洪水和两水库区间洪水通过云南省暴雨洪水手册的方法计算,成果如下表:
  4 施家寨水库防洪能力复核
  计算的施家寨水库坝址洪水,根据其库容曲线和溢洪道设计资料对施家寨水库防洪能力复核,施家寨水库P=0.1%时,对应水位是1733.31m。
  根据已经审批的施家寨水库设计报告,坝顶高程为1733.20m,防浪墙高1m,即施家寨水库防浪墙顶高程为1734.20m,根据防洪能力复核,施家寨水库P=0.1%时,水位高于施家寨水库坝顶高程0.11m,但低于施家寨水库防浪墙顶高程高程,所以,建议在建设施家寨水库时,应综合考虑下游苏租水库的防洪安全要求,施家寨水库在遭遇P=0.1%洪水时不让洪水漫坝。
  5 坝址设计洪水
  苏租水库坝址断面以上流域面積85.4km?,上游规划新建的施家寨水库流域面积25.3km?,根据上面分析,施家寨水库在遭遇P=0.1%洪水时防洪能力不足,但是两水库均为规划新建的水库,综合考虑,建议在建设施家寨水库时,建议建水县在建设施家寨水库时,适当加强其防洪能力,使其在遭遇P=0.1%洪水时不让洪水漫坝。
  施家寨水库对洪水有一定的调节作用,但是水库总库容231.3万m?,相对于苏租水库坝址洪水以上962万m?来说较小,且水库调节能力有限,加之苏租水库坝址洪水本来采用暴雨洪水计算,存在一定的误差,所以,苏租水库坝址不在考虑施家寨水库调洪作用的影响,采用天然洪水作为坝址洪水。
  上游天生桥段遭遇大洪水时,天生桥存在一定的挡水作用,洞口以上暂时会形成一小水坝,根据天生桥地形可量算天生桥地形容积曲线;天生桥溶洞以上为稳定的地质构造山体,当洪水超出构造山体后,水体漫过山体向下游倾泄,山体可以看为一溢流堰,由于洞顶以上山体较开阔,对洪水的挡水作用不明显,根据天生桥以上洪水过程、地形容积曲线和溢流曲线对洪水进行调节,遭遇较大洪水时,洪水能很快的宣泄,天生桥对洪水调节作用很小,天生桥对洪水的调节作用可以忽略,直接采用天然洪水,这对于水库也是偏于安全的。
  6 结语
  苏租水库坝址洪水为典型的山区河道洪水,上游有规划小型水库和岩溶地貌天生桥影响,规划新建的小型水库施家寨水库的洪水处理是本案例的重点,因为在设计中如果仅考虑施家寨水库满足300年一遇防洪要求,则在1000年一遇洪水时就必须分析其溃坝情况对苏租水库的影响,溃坝情况下洪水很大,苏租水库为山区的高坝,如果该情况下洪水由苏租水库解决,则需要很大的防洪库容,投资大增加,所以,设计中建议加强施家寨水库防洪能力,对区域水利投资是有利的。
  参考文献:
  【1】梁忠民,钟平安,华家鹏. 水文水利计算 中国水利水电出版社 2006
  【2】叶守泽,詹道江. 工程水文学(第三版) 中国水利水电出版社 2003
  【3】陈家琦.  小流域暴雨洪水计算问题 中国工业出版社 1966
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