匯流時差洪水組合法在勍香河壩系調(diào)洪中的應(yīng)用

宋萬兔

（忻州市水利局，山西 忻州 034000）

匯流時差洪水組合法在勍香河壩系調(diào)洪中的應(yīng)用

宋萬兔

（忻州市水利局，山西 忻州 034000）

以汾西縣勍香河壩系內(nèi)淤地壩除險加固為例，將溝道中壩庫有安全隱患的大、中型淤地壩作為主要研究對象，根據(jù)壩庫工程的泄洪時空分布實際，考慮壩系工程中洪水在溝道中泄流的時間差方法與省規(guī)范法相比較，在保證壩系安全的情況下，將加固工程以投入最小作為目標，以方便當?shù)鼐用裆a(chǎn)、攔沙淤地、防洪問題等進行綜合評價，利用現(xiàn)代計算工具和專家智能，尋求其系統(tǒng)內(nèi)諸多因素的最優(yōu)組合。

大中型淤地壩；除險加固；調(diào)洪演算；匯流時差組合洪法；省規(guī)范法

1 壩系工程現(xiàn)狀

1.1 流域概況

勍香河壩系位于汾河流域的二級支流勍香河上，地處山西省汾西縣城西北26km處，流域面積38.7km2，其中水土流失面積33.23km2。流域呈不對稱樹葉狀，主溝長9.5km，平均比降17.0‰，溝壑密度2.45km/km2，溝壑面積占總面積的40%。流域地形西北高東南低，海拔高程1075～1954m，屬黃土殘垣溝壑區(qū)，境內(nèi)溝壑縱橫，植被稀少，坡陡溝深，壩址左岸上部覆蓋有黃土，在溝底部有基巖出露,右岸頂部有黃土,底部有破碎風化巖石出露，溝床及溝岸土質(zhì)多為紅壤土，溝底伴有一定比例的料礓石，表層風化現(xiàn)象嚴重，水土流失嚴重，多年平均輸沙模數(shù)為8000t/km2。

1.2 壩系工程現(xiàn)狀及認定情況

2015年，對該壩系中的骨干壩、中型壩進行了安全認定，認定結(jié)論為該壩系中的5座骨干壩和2座中型壩存在安全隱患，須進行除險加固。除險加固時，壩系調(diào)洪計算以骨干壩為單元進行計算。

2 壩系調(diào)洪計算

本次壩系調(diào)洪計算采用《山西省淤地壩工程技術(shù)規(guī)范》所提供的方法（以下稱省規(guī)范法）和計算暴雨和區(qū)間洪水采用規(guī)范法，洪水組合采用考慮洪水下泄時的輸水時間來進行區(qū)間洪水組合（以下稱匯流時差組合法）兩種方法進行對比分析計算。

2.1 省規(guī)范法

2.1.1 上游無骨干壩時（單壩調(diào)洪）采用下式計算：

式中：qp——溢洪道最大下泄流量，m3/s；

QP——洪峰流量，m3/s；

WP——骨干壩頻率為P的設(shè)計洪水總量，萬m3；V調(diào)——滯洪庫容，萬m3；

M——溢洪道（寬頂堰）流量系數(shù)，取值1.48～ 1.82；

B——溢洪道底寬，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

2.1.2 上游有骨干壩時（多壩調(diào)洪）采用下式計算：

式中：qp——溢洪道下泄流量，m3/s；通過連續(xù)試算，求出各個時段的泄洪流量，最后求出最大泄洪流量；

QP組——上游組合洪峰流量，m3/s；

QP區(qū)——骨干區(qū)間洪峰流量，m3/s；

f1（f2）——上游骨干1（2）所控制的面積，km2；

qp1（qp2）——上游骨干1（2）溢洪道在設(shè)計頻率時最大下泄流量，m3/s；

QP1（QP2）——上游骨干1（2）設(shè)計頻率時洪峰流量，m3/s；

WP組——上游組合進入骨干壩頻率為P的設(shè)計洪水總量，萬m3；

WP區(qū)——本骨干壩頻率為P的設(shè)計洪水總量，萬m3；

WP1(WP2)——上游骨干1（2）在本壩達到最大洪峰時可以進入本壩控制面積內(nèi)頻率為P的泄洪總量，萬m3；

V調(diào)——滯洪庫容，萬m3；

M——溢洪道（寬頂堰）流量系數(shù)，取值1.48～1.82；

B——溢洪道底寬，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

2.2 匯流時差組合洪水法

匯流時差組合洪水法，區(qū)間洪峰、洪量、洪水過程也按照省規(guī)范法計算，只是組合洪水時，按照上游壩的洪峰在洪水匯流到本壩庫區(qū)時，要按照洪水的傳播速度傳播到大壩滯洪區(qū)洪峰滯后一定時間，然后與區(qū)間洪水洪水過程線進行組合形成洪水過程線，用組合洪水過程線在所在壩按照水量平衡方程調(diào)洪演算，得出壩系調(diào)洪的壩高、庫容、攔泥庫容、滯洪庫容、溢洪道寬、溢洪道最大水深等值。

2.2.1 上游無骨干壩時（單壩調(diào)洪）采用下式計算：

式中：qp——溢洪道下泄流量，m3/s；

qp1（qp2）——溢洪道時段初(末)下泄流量，m3/s；

QP1(QP2)——上游時段初入(末入)庫流量，m3/s；

Δt——溢洪道泄流時段，h；

ΔV——調(diào)洪時段淤地壩庫容增加量，萬m3；

V調(diào)——ΔV的最大累計值，萬m3；

M——溢洪道（寬頂堰）流量系數(shù)，此處取值1.48～1.82；

B——溢洪道底寬，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

2.2.2 上游有骨干壩時（多壩調(diào)洪）采用下式計算：

式中：qp——溢洪道下泄流量，m3/s；

qp（qp2）1——溢洪道時段初（末）下泄流量，m3/s；

QP組1（QP組2）——骨干壩組合時段初（末）入庫流量，m3/s；

QP組——上游組合時點流量和，m3/s；

QP區(qū)t——骨干區(qū)間時點流量，m3/s；

qpt1（qpt2）——上游骨干1（2）溢洪道在設(shè)計頻率時段下泄流量，m3/s；

V調(diào)——ΔV的最大累計值，萬m3；

M——溢洪道（寬頂堰）流量系數(shù)，取值1.48～

1.82；

B——溢洪道底寬，m；

h——溢洪道堰上水深，m；

骨干壩組合洪水過程線，是骨干壩區(qū)間洪水過程和上游各壩溢洪道下泄量隨時間函數(shù)的組合，形成的洪水過程線更接近泄流與匯流的組合。

2.3 計算結(jié)果

省規(guī)范法壩系調(diào)洪計算成果見表1。匯流時差組合法壩系調(diào)洪計算成果見表2。

2.4 兩種方法比較分析

通過對省規(guī)范法與匯流時差組合法差值進行比較可知：骨干壩上游布置的骨干壩越多，對溝道內(nèi)的洪峰消減越厲害，時差匯流法比省規(guī)范法有更好的削峰效果。經(jīng)分析兩種計算結(jié)果的溢洪道設(shè)計寬度主要因素排序為：匯流的計算方法；調(diào)洪計算方法。用時差匯流法調(diào)洪比用省規(guī)范法調(diào)洪可以得到節(jié)省資金的除險加固方案。

3 結(jié)論和建議

3.1 結(jié)論

表1 省規(guī)范法壩系調(diào)洪成果計算表

一是用時差匯流法和省淤地壩設(shè)計規(guī)范法均可完成淤地壩壩系出險加固設(shè)計的水文計算。二是用時差匯流法均比省淤地壩設(shè)計規(guī)范法在庫容、壩高、溢洪道側(cè)墻相同情況下，溢洪道寬度要減少8.85%～ 30.35%之間，以開挖寬度為控制指標的話，用時差匯流法可以節(jié)約工程建設(shè)資金8.85%～30.35%。三是用時差匯流法均比省淤地壩設(shè)計規(guī)范法比較：洪峰流量在區(qū)間內(nèi)相同，組合洪峰流量減少8.85%～30.35%之間，上游匯入是單個骨干壩時消減較少，上游有多壩匯入時消減較大；且洪水計算模型更接近匯流實際情況。四是用時差匯流法均比省淤地壩設(shè)計規(guī)范法的缺點繁雜：計算時要考慮計算溝道由于建設(shè)壩溝道縱坡的變化和溝道行洪寬度以及溝道的澡率等因素；計算工作量較大。

表2 匯流時差法調(diào)洪成果計算表

3.2 建議

除險加固大、中型淤地壩設(shè)計中，壩淤地調(diào)洪應(yīng)用時差匯流法計算時，引入計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，減少人工計算量，可得到較優(yōu)淤地壩除險加固方案。在今后的壩系除險加固中更多地利用時差匯流法，為工程建設(shè)節(jié)約資金。

TV12

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1004-7042（2017）08-0037-03

宋萬兔(1963-)，男，1985年畢業(yè)于太原理工大學農(nóng)田水利工程專業(yè)，高級工程師。

2017-06-17；

2017-07-25