山西省沁縣西湖水庫設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

王小偉

(長治市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 長治 046000)

西湖水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)殖、旅游等效益的小(一)型水庫，位于沁縣境內(nèi)海河流域漳衛(wèi)南運(yùn)河水系濁漳河西源干流上，地處山西省長治市沁縣定昌鎮(zhèn)南關(guān)二郎山下。水庫控制流域面積271 km2，主河道長24.3 km，平均坡降8.40‰。流域地貌以土山區(qū)為主，占63%，土石山區(qū)占37%。大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，最大壩高10.7 m，壩頂長557.0 m，壩頂寬17.4 m，壩頂高程953.3 m?？値烊?51.76萬m3，調(diào)洪庫容272.76萬m3，興利庫容166.62萬m3。水庫保護(hù)下游3個(gè)村莊3000余人、5000畝耕地及208國道、棟漫線、段宜線等公路的安全。

1 流域概況

濁漳河屬海河流域漳衛(wèi)南運(yùn)河水系，上游有南、北、西三大支流，俗稱南源、北源、西源。濁漳西源發(fā)源于沁縣漳源鎮(zhèn)余巖村北，流經(jīng)漳源村、北河村，入漳源水庫；出漳源水庫后，流經(jīng)口頭村、劉家坡，入梁家灣水庫；出梁家灣水庫，經(jīng)沁縣縣城西，納支流迎春河，入西湖水庫；西湖水庫以下流經(jīng)段柳、樊村接納圪蘆河后繼續(xù)向南，經(jīng)過白家溝、輕城、大橋溝、小王、峪口、新店，在南池接納白玉河后，于二神口出沁縣，入襄垣境內(nèi)后灣水庫，在襄垣縣甘村匯入濁漳河。

濁漳河西源河道全長80 km，流域面積1689 km2。在沁縣境內(nèi)的流向大致為東南方向，流域面積1007.9 km2，主河道長33.5 km。河床兩岸一級及二級臺地是沁縣主要耕地分布區(qū)，河床內(nèi)砂丘密布，河勢變化迅速，主流變化頻繁遷徙不定，是典型的山區(qū)河流。

2 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

按照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252-2017)，西湖水庫工程規(guī)模為小(一)型，等別為Ⅳ等，主要水工建筑物為4級，次要水工建筑物為5級。大壩最大壩高10.7 m，按照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252-2017)，當(dāng)山區(qū)、丘陵區(qū)的水庫樞紐工程擋水建筑物的擋水高度低于15.0 m，上下游水頭差小于10.0 m時(shí)，其防洪標(biāo)準(zhǔn)可按平原區(qū)、濱海區(qū)的規(guī)定執(zhí)行。確定水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇。

3 洪水計(jì)算方法

濁漳河西源下游設(shè)有基本水文站一處，該站于1960年設(shè)立，為后灣水庫出庫站，控制流域面積1300 km2，測驗(yàn)項(xiàng)目有后灣水庫壩上水位、出庫流量等。由于測站上游調(diào)蓄工程較多，再加上后灣水庫本身的調(diào)蓄，根據(jù)其測驗(yàn)資料很難計(jì)算出后灣水庫的入庫洪峰流量，且西湖水庫距離后灣站較遠(yuǎn)，控制流域面積相差較大。因此，本次設(shè)計(jì)洪水以《山西省水文計(jì)算手冊》(以下簡稱“手冊”)為依據(jù)，按無資料地區(qū)以設(shè)計(jì)暴雨推求天然設(shè)計(jì)洪水。

西湖水庫壩址以上分別有石板上、迎春、景村、漳源、梁家灣5座小(一)型水庫，其中石板上與迎春兩座水庫并聯(lián)位于迎春河上，距離西湖水庫的距離分別為14 km和10 km；梁家灣水庫位于干流上，距離西湖水庫約2 km；景春和漳源水庫位于梁家灣水庫上游，呈并聯(lián)關(guān)系，距離梁家灣水庫壩址分別約為4 km和8 km。流域水系及各水庫位置見圖1。西湖水庫的設(shè)計(jì)入庫洪水由上述水庫下泄與區(qū)間洪水逐級疊加得到。

圖1 流域水系及水庫位置示意圖

4 基本資料

流域特征參數(shù)包括流域面積、流域主河道長等，由1∶50000地形圖量算得出，水文下墊面查相關(guān)資料結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查確定。各水庫及區(qū)間流域特征參數(shù)見表1。

表1 各水庫及區(qū)間流域特征參數(shù)表

西湖水庫壩址以上各水庫特征指標(biāo)采用最近一次水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)值，具體指標(biāo)見表2。

表2 西湖水庫上游各水庫特征指標(biāo)表

5 上游各水庫及區(qū)間天然洪水計(jì)算

各水庫及區(qū)間天然洪水采用“山西省水文計(jì)算軟件”中流域模型法、推理公式法和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法三種方法計(jì)算，輸入流域暴雨統(tǒng)計(jì)特征值、產(chǎn)匯流參數(shù)，即可利用軟件計(jì)算得到不同頻率不同方法洪水結(jié)果。

結(jié)果表明三種方法得到的天然洪水成果大小基本一致，相差在10%以內(nèi)。按不利原則考慮，選用三種方法中最大的流域模型法計(jì)算成果。流域各水庫及區(qū)間洪水成果見表3。

表3 西湖水庫壩址以上各水庫及區(qū)間洪水計(jì)算結(jié)果

將表3各流域面積-洪量點(diǎn)繪在直角坐標(biāo)中，見圖2。

圖2 流域面積-洪量關(guān)系圖

由圖2可知，流域不同面積洪量呈直線關(guān)系，另外西湖水庫流域面積較小，因此本次分析計(jì)算中，認(rèn)為西湖水庫控制流域內(nèi)各區(qū)域洪水同頻，洪水組合按同頻考慮。

6 上游水庫調(diào)洪計(jì)算及洪水組合

不同頻率洪水計(jì)算過程相同，以100 a一遇洪水為例列出計(jì)算過程。根據(jù)水庫調(diào)度運(yùn)行方式，采用靜庫容水量平衡法，首先對上游漳源、景村、迎春、石板上4座水庫進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，結(jié)果見表4。

表4 上游4座水庫100 a一遇洪水調(diào)洪結(jié)果表 單位：m3/s

梁家灣水庫入庫洪水由景春水庫、漳源水庫下泄與其區(qū)間洪水疊加組成。根據(jù)演進(jìn)距離及洪水波傳播速度，漳源、景村下泄洪水與梁家灣區(qū)間洪水錯(cuò)時(shí)1 h疊加。計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 梁家灣水庫100 a一遇入庫洪水及調(diào)洪計(jì)算表 單位：m3/s

7 西湖水庫設(shè)計(jì)入庫洪水

西湖水庫設(shè)計(jì)入庫洪水由上游迎春水庫、石板上水庫和梁家灣水庫下泄與區(qū)間洪水疊加組成。石板上、迎春水庫下泄洪水與區(qū)間洪水錯(cuò)時(shí)0.5h，梁家灣水庫距離西湖水庫較近，下泄洪水不考慮錯(cuò)時(shí)。計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 西湖水庫100年一遇入庫洪水計(jì)算表 單位：m3/s

計(jì)算得西湖水庫20 a一遇(P=5%)設(shè)計(jì)入庫洪水洪峰流量602.0 m3/s，洪水總量1564.0萬m3；100 a一遇(P=1%)校核洪水標(biāo)準(zhǔn)的入庫洪峰流量為1229.0 m3/s，洪水總量3290.0萬m3。

8 結(jié)論

在上游5座小型水庫梯級影響下，西湖水庫入庫洪水計(jì)算較為復(fù)雜。上游水庫下泄洪水過程與區(qū)間洪水逐級錯(cuò)時(shí)疊加，最終計(jì)算得到西湖水庫設(shè)計(jì)入庫洪水。結(jié)合流域以往洪水成果、歷史調(diào)查洪水，初步確定本次洪水分析計(jì)算成果是合理的。