清原縣灣甸子二號攔河閘除險加固設(shè)計洪水計算

李書博

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院,遼寧 沈陽 110003)

清原縣灣甸子二號攔河閘除險加固設(shè)計洪水計算

李書博

(遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計研究院,遼寧 沈陽 110003)

摘要：灣甸子二號攔河閘采用遼寧省水文水資源勘測局1998年8月編制的《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》計算。通過徑流量計算、年徑流分配、洪水計算等為建筑物確定工程標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：灣甸子；二號攔河閘；設(shè)計徑流量；設(shè)計洪水

1灣甸子二號攔河閘工程概況

灣甸子二號攔河閘工程由清原滿族自治縣水利勘測設(shè)計室設(shè)計，工程建于1981年，運行至今已有32 a。期間遭遇1995年、2005年洪水，后又經(jīng)修復(fù)。2013年8月16日攔河閘再次遭遇超標(biāo)準(zhǔn)洪水襲擊，洪水將原38 m河道拓寬，該河段最大寬度達(dá)82 m，左岸堤防大部分被沖毀；攔河閘被沖毀長度達(dá)3 m，閘前淤積嚴(yán)重，河床抬高至堰頂，下游消能措施全部沖毀；左側(cè)邊墻沖毀，右邊墻漿砌石底部有淘空現(xiàn)象，接縫砂漿脫落；左岸邊墻受水流沖刷破損嚴(yán)重，靠近臨時性砂堤側(cè)漿砌石剝蝕脫落，刺墻被洪水沖毀倒塌，剩余段邊墻產(chǎn)生較大的豎向裂縫，下游端有傾倒的傾向；左岸進(jìn)水閘及渠道全部被沖毀。為保證今后灌溉要求，解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，對攔河閘進(jìn)行除險加固。

灣甸子河是渾河上游紅河的主要支流，由地車溝河、冰湖溝河兩條河流匯合而成，紅河流域的地勢是南高北低，流域現(xiàn)狀呈上寬下窄，流域內(nèi)群山環(huán)抱，植被良好，上游為山地，海拔高程一般在420～760 m之間，山勢陡峻險要，下游相對平緩。

灣甸子河主要蓄水工程有后樓水庫(中型水庫)，水庫控制流域面積81 km2，壩址上游河道長度為15.3 km，是清原縣四大河流之一的渾河發(fā)源地。灣甸子二號攔河閘以上集水面積為124.35 km2，河道長度20.1 km，河道平均比降為9.86‰，河道現(xiàn)狀寬度為38 m。后樓水庫集水面積81 km2，壩扯以上河長15.3 km，最大壩高18.3 m?？値烊轂?4.63×106m3，校核水位為483.38 m，設(shè)計庫容為11.74×106m3，設(shè)計水位為481.8 m，正常高水位為481.5 m，汛限水位為478.3 m。

紅河流域面積850 km2，四道河子水文站是紅河唯一的控制站，建于1938年11月，觀測時間到1992年12月，四道河子水文站控制面積834 km2。由于灣甸子二號閘閘址以上集水面積與四道河子水文站控制面積相差超過15%，因此不采用面積比法進(jìn)行水文計算[1-2]。

本次計算采用遼寧省水文水資源勘測局1998年8月編制的《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》計算。

2設(shè)計徑流量計算

本次設(shè)計年徑流計算以《水資源二次評價》中所給出的附表和附圖資料為依據(jù)。根據(jù)《水資源二次評價》中1956—2000年多年平均徑流深等值線圖查得灣甸子二號閘控制流域內(nèi)多年平均徑流深為300 mm，多年平均徑流量為3730.5萬m3。各保證率天然年徑流量成果見表1。

徑流年內(nèi)分配系數(shù)采用《水資源二次評價》中成果。根據(jù)《水資源二次評價》，紅河流域?qū)儆诖蠡锓克畮煲陨蠀^(qū)間，離紅河較近的代表站為占貝站，Cv=0.54，Cs= 2Cv，年徑流分配成果見表2。

表1　各保證率天然年徑流量成果表

表2　年徑流分配成果

3攔河閘設(shè)計洪水計算

3.1后樓水庫設(shè)計洪水

3.1.1設(shè)計洪水成果

后樓水庫控制流域面積81 km2，占紅河流域面積的9.5%，壩址以上河道長度15.3 km，河道平均比降14.4‰。

采用設(shè)計洪峰成果見表3，設(shè)計洪水過程線見表4。

3.1.2調(diào)洪演算成果

(1)庫容曲線及泄量曲線

后樓水庫庫容曲線及泄量曲線采用2008年松遼委《關(guān)于遼寧省后樓水庫除險加固工程初步設(shè)計的復(fù)核的函》(松遼規(guī)計〔2008〕299號)中的審批成果。成果見圖1、表5。

(2)后樓水庫調(diào)洪演算原則

水庫防洪限制水位478.30 m，起調(diào)水位定為防洪限制水位。溢洪道閘門運用原則為6月1日進(jìn)入汛期開啟閘門，9月20日汛期結(jié)束，落閘蓄水，因此水庫泄洪為無閘門控制。

(3)后樓水庫調(diào)洪演算成果采用2008年松遼委《關(guān)于遼寧省后樓水庫除險加固工程初步設(shè)計的復(fù)核的函》(松遼規(guī)計〔2008〕299號)中的審批成果，成果見表6。

表3　后樓水庫設(shè)計洪峰成果表

表4　后樓水庫設(shè)計洪水過程線成果表

圖1　后樓水庫水位～庫容面積曲線圖(H～V、H～A)

水位/m堰上水頭/m流量系數(shù)mεδM單寬流量/(m3·s-1)泄量/(m3·s-1)478.30.0001.00001.000.0000.000.00478.80.500.39680.99531.001.7490.6218.55479.31.000.41510.99071.001.8221.8254.65479.81.500.42620.98601.001.8623.42102.59480.32.000.43430.98131.001.8885.34160.18480.82.500.44070.97671.001.9067.54226.06481.33.000.44590.97201.001.9209.98299.28481.83.500.45040.96730.961.85312.13363.96482.34.000.45200.96270.961.85014.80444.02482.84.500.44700.95800.941.78317.02510.58483.35.000.44280.95330.941.75819.65589.57483.85.500.43930.94870.941.73522.38671.48484.36.000.43630.94400.931.69724.94748.06

表6　后樓水庫洪水調(diào)節(jié)計算成果表

3.2灣甸子二號閘設(shè)計洪水

灣甸子二號閘采用后樓水庫下泄流量與下游后樓-攔河閘區(qū)間洪水疊加之和[3]。設(shè)計洪峰成果見表7。

3.3施工期洪水

根據(jù)施工組織設(shè)計的時間安排、氣候特點及施工要求，施工期洪水分為汛前(3—5月)、汛期(6—9月上旬)、汛后(9月中旬—11月)，確定施工時段為汛前3—5月，汛后9月中旬—11月。

施工期水文汛前期和汛后期的分析方法是在2008年撫順市水利勘測設(shè)計研究院編制完成的《后樓水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》中的施工期洪水成果的面積比的2/3次方進(jìn)行分析計算的，《后樓水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》已通過松遼委專家組的審查[4]。灣甸子二號閘施工期洪水成果見表8。

表7　洪峰流量成果表 　m3/s

表8　灣甸子二號閘施工汛前期和汛后期洪水成果表　m3/s

4灣甸子二號攔河閘工程任務(wù)及標(biāo)準(zhǔn)

4.1灣甸子二號攔河閘工程任務(wù)

灣甸子二號攔河閘建成后解決閘址下游53.33 hm2農(nóng)田的蓄水灌溉問題，工程加固改建后，攔河閘滿足規(guī)范要求的泄洪能力。

4.2灣甸子二號攔河閘工程標(biāo)準(zhǔn)

灣甸子二號攔河閘位于灣甸子鎮(zhèn)省實驗林場南側(cè)的灣甸子河上，該工程主要作用為滿足閘址下游53.33 hm2農(nóng)田的灌溉任務(wù)。根據(jù)水文計算結(jié)果，水閘按10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)計算的洪峰流量為439.77 m3/s。

根據(jù)《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL 265-2001)中第2.1.1、2.1.2及2.1.3條款規(guī)定，水閘最大過閘流量為1000～100 m3/s時，水閘工程等別為Ⅲ等，相應(yīng)主要建筑物級別為3級。由于攔河閘下游主要為村屯及農(nóng)田，工程失事后損失較小，根據(jù)清原縣水務(wù)局相關(guān)降級文件，將主要建筑物級別降低1級為4級，次要建筑物級別為5級，臨時建筑物級別為5級。

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252-2000)中3.1.2條款規(guī)定：“當(dāng)山區(qū)、丘陵區(qū)的水利水電工程永久性水工建筑物的擋水高度低于15 m，且上下游最大水頭差小于10 m時，其洪水標(biāo)準(zhǔn)宜按平原、濱海區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定。”由此確定灣甸子二號攔河閘主要建筑物設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20～10 a一遇洪水，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50～30 a一遇洪水。本次除險加固設(shè)計取下限，設(shè)計洪水為10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，校核洪水為30 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，消能防沖建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇[5]。

5結(jié)論

灣甸子二號攔河閘工程主要是抬高河道水位用于灌溉引水，為了滿足灌區(qū)供水水位需要，結(jié)合河道水位流量關(guān)系，確定閘門正常的擋水高度，本工程正常擋水位為454.30 m。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇(P=10%)，設(shè)計洪水位為456.28 m。校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇(P=3.33%)，校核洪水位為456.97 m。

除險加固灣甸子二號攔河閘工程是保障社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的需要，也是水資源合理開發(fā)利用的迫切需要，對振興遼寧省老工業(yè)基地也有重大意義。綜上所述，攔河閘目前未進(jìn)行臨時修復(fù)，無法滿足度汛和灌溉要求，工程加固迫在眉睫。為保證今后河道防洪灌溉需求，解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，對攔河閘進(jìn)行除險加固是十分必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]伊永玲.撫松縣蒲春河水庫除險加固工程水文分析與計算[J].吉林水利,2010(5):29-30.

[2]湯秀娥,鄭學(xué)華.海龍川水庫除險加固設(shè)計洪水計算及分析[J].陜西水利,2016(1):74-75.

[3]林麗,郭立波.水利水電工程實施中的水文分析與計算研究進(jìn)展[J].哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報,2014(5):123-126.

[4]楊菊香.無實測水文資料地區(qū)洪水計算與分析[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2014(1)：33-35.

[5]詹道江,葉守澤.工程水文學(xué)[M].北京：中國水利水電出版社,2000.

作者簡介：李書博(1983-)，男，工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作。

中圖分類號：TV122.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：2096-0506(2016)06-0060-04