山谷型火電廠貯灰場設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

謝直卉

（四川省電力設(shè)計(jì)院，成都 610071）

火力發(fā)電廠貯灰場是火電廠水工建筑的重要組成部分，考慮到山谷型貯灰場的防洪要求，常在其周圍山坡上設(shè)置截洪溝等防洪工程。為了對(duì)防洪工程的設(shè)計(jì)提供建議和必要的資料依據(jù)，須對(duì)貯灰場區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，以保證貯灰場的安全運(yùn)行。

山谷型火電廠貯灰場的排洪計(jì)算實(shí)質(zhì)為小流域暴雨洪水問題，通常需推算設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)洪水總量和設(shè)計(jì)洪水過程線等水文要素。目前，小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法較多，大體上可分為半成因半經(jīng)驗(yàn)方法和區(qū)域性經(jīng)驗(yàn)公式法。半成因半經(jīng)驗(yàn)方法以暴雨形成洪水的原理為基礎(chǔ)，經(jīng)過若干概化及對(duì)某些參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)處理，推導(dǎo)出洪水要素與有關(guān)因素之間的關(guān)系公式，常采用推理公式法。區(qū)域性經(jīng)驗(yàn)公式法則是在大量實(shí)測資料分析的基礎(chǔ)上，對(duì)各相關(guān)區(qū)域劃分區(qū)片進(jìn)行地區(qū)綜合，建立洪水要素及其影響要素之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系；其優(yōu)點(diǎn)是公式結(jié)構(gòu)型式簡單、計(jì)算方便，而不足在于若考慮的參數(shù)越少，則反映不同流域自然地理?xiàng)l件的特殊差異性也越差［1］。

貯灰場壩址以上集水面積一般小于10 km2，其洪水計(jì)算屬特小流域洪水計(jì)算?；覉鼋睾闇系确篮楣こ痰脑O(shè)計(jì)多受設(shè)計(jì)洪峰所控制，灰場一般庫容較小，對(duì)洪水調(diào)蓄能力有限，設(shè)計(jì)洪峰對(duì)灰?guī)煊绊戄^大，對(duì)洪水總量及洪水過程線要求相對(duì)較低，因此，電力工程小流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算多數(shù)情況著重于設(shè)計(jì)洪峰的推算。特小流域設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算方法有推理公式法和經(jīng)驗(yàn)公式法，由于各地區(qū)地形、下墊面植被、土壤等因素不盡相同，各類計(jì)算方法公式各有特點(diǎn)和一定的適用性。經(jīng)驗(yàn)公式具有顯著的地區(qū)相關(guān)性，無論在公式之間或地區(qū)上，其參數(shù)均不得任意移用。而推理公式計(jì)算簡便，對(duì)原始資料要求相對(duì)不高，所以，此法在火力發(fā)電工程中得到廣泛應(yīng)用。本文以四川某一山谷型電廠貯灰場為例，結(jié)合當(dāng)?shù)貐^(qū)流域情況，主要采用推理公式法計(jì)算貯灰場設(shè)計(jì)洪水。

1 基本原理

推理公式法是把流域的產(chǎn)匯流條件進(jìn)行均化及概化后，以暴雨形成洪水的成因分析為基礎(chǔ)，利用等流時(shí)線原理得出推算洪峰流量公式。使用時(shí)有兩個(gè)基本假定：一是流域匯流符合線性規(guī)律；二是在流域匯流歷時(shí)τ之內(nèi)，產(chǎn)流強(qiáng)度為時(shí)空均勻不變的常數(shù)。這一假定實(shí)質(zhì)上是不考慮匯流過程中流域的調(diào)蓄作用，認(rèn)為匯流速度沿流程不變。這樣才可由等流時(shí)線的線性疊加原理，推導(dǎo)出洪峰流量公式。

根據(jù)凈雨歷時(shí)tc與匯流歷時(shí)τ之間的關(guān)系，將洪峰流量的形成條件分為全面匯流（tc＞τ）和部分匯流（tc＜τ）兩種情況。水科院法以全面匯流造峰為理論基礎(chǔ)，認(rèn)為設(shè)計(jì)洪峰流量Qm是凈雨歷時(shí)tc等于流域匯流歷時(shí)τ的設(shè)計(jì)暴雨所形成，得出設(shè)計(jì)洪峰流量公式為［2］：

當(dāng)tc≥τ時(shí)，

當(dāng)tc＜τ時(shí)，

式中Qm為設(shè)計(jì)洪峰流量（m3／s）；ψ為洪峰徑流系數(shù)；Sp為設(shè)計(jì)頻率的雨力（mm／h）；H24p為設(shè)計(jì)頻率p的最大24 h雨量（mm）；τ為匯流時(shí)間（h）；n為暴雨衰減指數(shù)；F為流域面積（km2）；μ為損失參數(shù)，即產(chǎn)流歷時(shí)內(nèi)流域平均入滲率（mm／h）。

為了滿足山谷型貯灰場防洪建筑物的設(shè)計(jì)，除需要一定頻率的設(shè)計(jì)洪峰外，還需要設(shè)計(jì)洪水總量及設(shè)計(jì)洪水過程線。設(shè)計(jì)洪水總量由設(shè)計(jì)暴雨來推求，即

式中WP為設(shè)計(jì)洪水總量（萬m3）；α為徑流系數(shù)；HTP歷時(shí)為T的設(shè)計(jì)暴雨（mm）；F為設(shè)計(jì)流域面積（km2）；h為徑流深（mm）。

用典型洪水過程線放大為設(shè)計(jì)洪水過程線。通過分析實(shí)測典型洪水，結(jié)合本地區(qū)自然地理?xiàng)l件和暴雨洪水特性，進(jìn)行綜合得出概化過程線。

2 算例分析

2.1 流域概況

某貯灰場位于大渡河左岸支流臨江河的右岸一級(jí)小支流曹溝的上游支溝，灰場壩址以上集水面積0.192 km2，溝長0.620km，流域平均坡降51.36‰；流域?yàn)榍鹆甑孛?，形狀呈扇形，溝谷為V形，邊坡多為陡巖；地層主要為砂巖、泥巖，坡地覆蓋較薄，一般0～3 m；域內(nèi)植被較好，山坡多成片松林和灌叢，局部竹林，覆被度60%以上。

2.2 設(shè)計(jì)暴雨

暴雨強(qiáng)度是隨時(shí)間而變化的，且在地區(qū)上分布不均勻，但在特小流域推求設(shè)計(jì)暴雨時(shí)，由于流域面積較小，因而假定暴雨強(qiáng)度不隨時(shí)間而變化，并且忽略暴雨在地區(qū)上分布的不均勻性。本例根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》，貯灰場年最大（即10 min）、1 h、6 h、24 h設(shè)計(jì)暴雨由等值線圖查讀得出，即先查讀出各歷時(shí)暴雨均值和CV值，根據(jù)CV值和CS／CV＝3.5查Kp值表或Фp值表，根據(jù)下列公式計(jì)算出Hp值，該貯灰場設(shè)計(jì)暴雨成果見表1。

表1 貯灰場設(shè)計(jì)暴雨成果

2.3 設(shè)計(jì)洪峰流量

根據(jù)《四川省水文手冊(cè)》可查算出相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)，其中四川省綜合單站分析的匯流參數(shù)m值，建立了m～f（θ）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系（θ為流域特征值），θ＝，該貯灰場壩址以上集水區(qū)域?qū)偾嘁陆诡^山暴雨區(qū)，匯流參數(shù)m＝0.318θ0.204，產(chǎn)流參數(shù)μ＝6F－0.19（CV＝0.15，CS／CV＝3.5），統(tǒng)計(jì)計(jì)算各相關(guān)參數(shù)如表2所示：

表2 參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

采用水科院推理公式法，推算出該貯灰場壩址以上設(shè)計(jì)洪峰流量成果如表3所示。

表3 貯灰場壩址設(shè)計(jì)洪峰流量成果

2.4 設(shè)計(jì)洪水過程線及設(shè)計(jì)洪水總量

設(shè)計(jì)洪水總量由設(shè)計(jì)暴雨來推求，計(jì)算得出：W1%＝5.52（萬 m3），W2%＝4.85（萬 m3），W5%＝3.94（萬 m3）。

由上述所計(jì)算出的設(shè)計(jì)洪水總量WP和設(shè)計(jì)洪峰流量Qm來計(jì)算設(shè)計(jì)洪水過程概化矩形歷時(shí)TP＝查閱《四川省水文手冊(cè)》，根據(jù)設(shè)計(jì)流域所在地區(qū)及暴雨洪水特點(diǎn)選定采用的概化過程線模型相對(duì)坐標(biāo)y～x值，然后將其轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)洪水過程線Q｀t～t；再根據(jù)設(shè)計(jì)流域的集水面積和所在水系，選用基流量公式Qo＝0.245F0.795，將Qo平均加入Q｀t～t，即得出設(shè)計(jì)洪水過程線Qt～t。貯灰場P＝1%、P＝2%、P＝5%的設(shè)計(jì)洪水過程線見圖1和表4所示。

圖1 灰場壩址設(shè)計(jì)洪水過程線

2.5 經(jīng)驗(yàn)公式法推求洪峰流量

影響洪峰流量的因素很多，采用經(jīng)驗(yàn)公式法難以反映復(fù)雜的自然因素對(duì)洪水的影響，但可用經(jīng)驗(yàn)公式法對(duì)洪峰流量作初步估算，以校核推理公式法推算的成果。

表4 灰場壩址設(shè)計(jì)洪水過程線成果

本區(qū)域?qū)偾嘁陆?、鹿頭山暴雨區(qū)，按照全國小流域暴雨洪水地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法，Q＝KFn（K、n為經(jīng)驗(yàn)性參數(shù)），根據(jù)我國全國水文分區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式成果，選取K＝23.62，n＝0.69，計(jì)算該貯灰場壩址以上設(shè)計(jì)洪峰流量為：Q1%＝8.32（m3／s），Q2%＝7.56（m3／s）。綜合上述計(jì)算結(jié)果，最后推薦由推理公式法計(jì)算出的設(shè)計(jì)洪峰流量成果：Q1%＝6.96（m3／s），Q2%＝6.28（m3／s），Q5%＝5.35（m3／s）。

3 結(jié) 語

各區(qū)域水文氣象、自然地理下墊面條件差別大，所依據(jù)的資料有局限性，在現(xiàn)有各種類型的方法中，統(tǒng)一使用一種方法比較困難。為了提高小流域設(shè)計(jì)洪水成果的精度及合理性，應(yīng)采用多種途徑進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)分析比較后合理選用設(shè)計(jì)值。電力工程中山谷型的貯灰場流域常常缺乏充分的實(shí)測雨洪資料，水科院推理公式法適用于匯水面積在500 km2以下流域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，在山谷型貯灰場中得到廣泛運(yùn)用，具有一定實(shí)用性，但還需結(jié)合搜集當(dāng)?shù)亓饔蛸Y料、野外查勘等途徑對(duì)參數(shù)作出正確、合理的定量，根據(jù)設(shè)計(jì)需要計(jì)算出各項(xiàng)設(shè)計(jì)洪水指標(biāo)，為電力工程中修建各種防洪及排水設(shè)施提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

［1］董秀穎，等.特小流域洪水計(jì)算概論［J］.水文，2007，（5）.

［2］電力工程水文勘測計(jì)算手冊(cè)［M］.北京：中國電力出版社，1981.