溢流堰頂?shù)陀谟倜鏁r(shí)的淤地壩調(diào)洪方法初探

薛建清

（離石區(qū)水利局）

當(dāng)現(xiàn)有未設(shè)溢洪道的淤地壩達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)淤積高程后，年來(lái)砂量不會(huì)自然減少或者沒(méi)有，仍要繼續(xù)淤積。為了淤地壩的安全度汛，需在壩的左岸或右岸開(kāi)設(shè)臨時(shí)排洪渠，經(jīng)過(guò)持續(xù)運(yùn)行，形成了淤面高、排洪渠底低情況。此時(shí)，為了除險(xiǎn)加固淤地壩，需在排洪渠位置增設(shè)溢洪道，但溢洪道溢流堰的堰頂高程低于現(xiàn)有淤積高程。在這種情況下，如何科學(xué)合理地進(jìn)行單壩的調(diào)洪計(jì)算呢？本文對(duì)此進(jìn)行初步探討。

1 溢流堰頂?shù)陀谟倜鏁r(shí)泄水滯洪特點(diǎn)

來(lái)水初期，洪水徑流由排洪渠排走，排走的洪峰流量Q溢與排洪渠泄量Q排相等，即Q溢=Q排，時(shí)間t=0-t1。

當(dāng)時(shí)間達(dá)到t1時(shí)，壩控流域面積的洪峰流量超過(guò)排洪渠的最大泄量，此時(shí)，庫(kù)區(qū)水位上升，多余洪水溢出排洪渠到淤地面上，時(shí)間t=t1-t2。

當(dāng)時(shí)間到t2時(shí)，排洪流量達(dá)到最大值，庫(kù)區(qū)水位達(dá)最高不再上升，之后水位逐漸降低，直至泄完，時(shí)間t=t2-t3。

2 溢流堰頂?shù)陀谟倜娴恼{(diào)洪方法

2.1 粗調(diào)計(jì)算

采用《山西省淤地壩工程技術(shù)規(guī)范》（晉Q834-85）中的公式（3-10）和（3-11），擬定溢流堰堰頂高程和底寬。

2.2 詳調(diào)計(jì)算

采用《山西省淤地壩工程技術(shù)規(guī)范》中的公式：

具體計(jì)算步驟分兩步：第一步，計(jì)算現(xiàn)有淤面以下的排洪渠流量，即溢流堰堰頂至淤面高程頂之間的下泄流量，按排洪渠均勻流公式計(jì)算；第二步，在現(xiàn)有淤面以上淤地壩開(kāi)始滯洪，溢流堰過(guò)水流量由排洪渠最大排洪流量和淤地壩滯洪水深帶來(lái)的溢流堰下泄流量Q泄兩部分組成，按qp＝Q排+MBh1.5計(jì)算下泄流量（式中：qp—溢流堰下泄流量，m3/s；Q排—水深為h1時(shí)的排洪渠最大流量，m3/s；M—溢流堰流量系數(shù)；B—溢流堰底寬，m；h—淤地壩淤面以上滯洪水深，m）。

傳統(tǒng)的計(jì)算方法，只考慮排洪渠和滯洪水深兩部分下泄流量的簡(jiǎn)單組合，而沒(méi)有考慮排洪渠與溢流堰銜接處的水力坡降、溢流堰水流邊界條件發(fā)生變化對(duì)下泄流量的綜合影響，所以，計(jì)算的溢流堰下泄流量與實(shí)際情況可能會(huì)有一定的偏差。而本研究提出的方法，考慮較周密，計(jì)算結(jié)果則更可靠。

3 溢流堰頂?shù)陀谟倜嬲{(diào)洪方法與常規(guī)調(diào)洪方法的適用范圍及區(qū)別

3.1 適用范圍

溢流堰頂在淤面或淤面以上的調(diào)洪方法，是一種常規(guī)的調(diào)洪方法（簡(jiǎn)稱：常規(guī)法），其適用范圍：淤地壩為三大件（大壩、放水建筑物、溢洪道）和兩大件（大壩、放水建筑物），庫(kù)容未達(dá)到設(shè)計(jì)淤積高程增加溢洪道時(shí)。

溢流堰頂?shù)陀谟倜娴恼{(diào)洪方法，其適用范圍：當(dāng)兩大件淤地壩的淤積庫(kù)容已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)淤積庫(kù)容時(shí)，庫(kù)區(qū)和壩體已有排洪渠，且在排洪渠位置修建溢洪道時(shí)。

3.2 兩種調(diào)洪方法區(qū)別

常規(guī)法，從淤面上開(kāi)始調(diào)洪，調(diào)至最高水位后，就會(huì)出現(xiàn)最大流量。

溢流堰頂?shù)陀谟倜嬲{(diào)洪法，先計(jì)算排洪渠的最大流量和溢流堰堰頂至淤面高差，與按qp＝MBh1.5計(jì)算出來(lái)的流量比較，若相差較大，調(diào)整溢流堰底寬及高差，使兩者流量基本相等，然后再按常規(guī)法調(diào)洪。

4 應(yīng)用案例

以柳林縣呼家圪臺(tái)骨干壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明溢流堰頂?shù)陀谟倜娴恼{(diào)洪方法。該壩位于莊上鎮(zhèn)呼家圪臺(tái)村，壩控流域面積3.0 km2，地貌類(lèi)型屬黃土丘陵溝壑區(qū)。該流域植被稀少，水土流失嚴(yán)重，年土壤侵蝕模數(shù)12 000 t/km2，溝道無(wú)常流水。

4.1 原設(shè)計(jì)情況

呼家圪臺(tái)骨干壩，樞紐由大壩和放水建筑物組成。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇。壩高27 m，總庫(kù)容51.5萬(wàn)m3，其中攔泥庫(kù)容17.3萬(wàn)m3，可淤地2.85 hm2。豎井高23 m，內(nèi)徑1 m，涵洞長(zhǎng)82 m，斷面尺寸寬×高=0.8 m×1.2 m。上下游均無(wú)大中型淤地壩，骨干壩布置在距溝口300 m處。

4.2 運(yùn)行現(xiàn)狀

呼家圪臺(tái)骨干壩建于1989年，現(xiàn)豎井已全部淤埋，涵洞完好。已淤泥51.5萬(wàn)m3，淤面距壩頂1.0 m。左岸有土體排洪渠，寬2 m，深3 m。

4.3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)計(jì)算

4.3.1 排洪渠流量

排洪渠末端高程882.6 m（即溢洪道進(jìn)口處），排洪渠向壩內(nèi)伸長(zhǎng)80 m處高程884.81 m，坡比1∶36.2；排洪渠內(nèi)有雜草，糙率n取0.03；排洪渠為矩形斷面，平均底寬2.0 m，平均深3.0 m。

根據(jù)明渠均勻流公式試算：斷面底寬b=2.0 m，過(guò)水?dāng)嗝婷娣eω=6 m3，謝才系數(shù)C=（1/n）R1/6中的水力半徑R=ω/X（X=8 m），糙率n=0.03，渠底坡i=2.21/80=0.027 6。

經(jīng)計(jì)算，排洪渠平均水深h0=3.0 m，Q排=23.52 m3/s。

4.3.2 淤面以下溢流堰頂以上斷面過(guò)水流量

淤面高程886 m，溢流堰頂高程883 m，堰頂?shù)陀谟倜? m。溢流堰過(guò)水流量依省規(guī)范按下式計(jì)算：

式中：Qm—溢流堰過(guò)水流量，m3/s；B—堰頂寬度，取3.0 m；u—第二流量系數(shù)，u=1.48-1.82，取1.5；H—堰頂水頭，取3 m。

則：Qm=1.5×3.0×33/2=23.38 m3/s

與上述計(jì)算的排洪渠平均流量相比較，23.38 m3/s≈23.52 m3/s，說(shuō)明溢流堰淤面以下的過(guò)水流量基本滿足排洪渠的流量。

4.3.3 溢流堰淤面以上調(diào)洪結(jié)果

采用前述（1）式計(jì)算，詳調(diào)結(jié)果為：P=5%時(shí)，最大水深h5%=3.56 m（其中淤面以下水深3 m，淤面以上0.56 m），q5%=26.92 m3/s；P=0.5%時(shí)，最大水深h0.5%=5.1 m（其中淤面以下3 m，淤面以上2.1 m），q0.5%=37.18 m3/s。

4.3.4 常規(guī)法調(diào)洪結(jié)果

用常規(guī)法調(diào)洪，其計(jì)算結(jié)果為：20 a一遇洪水水深1.81 m，最大下泄流量12.1 m3/s；溢流堰頂在淤面時(shí)，200 a一遇洪水調(diào)洪結(jié)果：水深3.4 m，最大下泄流量29.1 m3/s。

4.3.5 溢流堰側(cè)墻高度

溢流堰側(cè)墻高=淤面以上滯洪水深+淤面以下水深+安全超高，校核的安全超高按0.2-0.5 m取高限。則：側(cè)墻高=2.1+3.0+0.5=5.6 m。

5 結(jié)論

以柳林縣呼家圪臺(tái)骨干壩除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)為例，對(duì)兩種調(diào)洪方法進(jìn)行比較，得到以下結(jié)論：

5.1 下泄流量明顯增大

常規(guī)法計(jì)算得設(shè)計(jì)洪水時(shí)下泄流量12.1 m3/s，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄔO(shè)計(jì)洪水時(shí)下泄流量26.92 m3/s，比常規(guī)法增加了14.82 m3/s；常規(guī)法校核洪水時(shí)下泄流量29.1 m3/s，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄐ：撕樗畷r(shí)下泄流量37.18 m3/s，比常規(guī)法增加了8.08 m3/s。

5.2 滯洪庫(kù)容明顯減少

常規(guī)法設(shè)計(jì)洪水滯洪庫(kù)容8.28萬(wàn)m3，溢流堰堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ?jì)算的設(shè)計(jì)洪水滯洪庫(kù)容2.73萬(wàn)m3，減少了5.55萬(wàn)m3；常規(guī)法校核洪水滯洪庫(kù)容15.03萬(wàn)m3，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ?jì)算的校核洪水滯洪庫(kù)容10.37萬(wàn)m3，減少了4.66萬(wàn)m3。

5.3 淤面以上水深明顯減少

常規(guī)法設(shè)計(jì)洪水淤面以上水深1.81 m，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ倜嬉陨纤?.56 m，減少了1.25 m；常規(guī)法校核洪水淤面以上水深3.4 m，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ倜嬉陨纤?.1 m，減少了1.3 m。

5.4 側(cè)墻高度明顯增加

常規(guī)法計(jì)算的寬頂堰側(cè)墻高3.9 m，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ?jì)算的側(cè)墻高5.6 m，比常規(guī)法高出1.7 m。

由此可以看出，溢流堰頂?shù)陀谟倜娣ㄓ?jì)算的設(shè)計(jì)與校核洪水，下泄流量明顯增大，滯洪庫(kù)容明顯減少，淤面以上水深明顯減少，側(cè)墻高度明顯增加，除險(xiǎn)加固后更加安全。