石门岩水库汛限水位的确定

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简介： 本文利用推理公式重新计算石门水库不同频率的洪峰流量和洪水总量，并结合石门岩水库和赖桥水库协调联合调度的要求，推算出石门岩水库允许最高洪水位，以及根据汛期控制洪水标准编制计划，计算水库的汛限水位，为确保水库渡汛安全提供决策依据。
关键字：汛限水位确定

１、基本情况

　　石门岩水库位于连城县国家4A级冠豸山景区,距县城区1.5 km，水库坝型为浆砌石重力坝,坝高30.5m,坝顶高程为▽74m,坝址以上集雨面积 4.4㎞² ,水库正常水位▽72.2m,相应库容310万 ,设计洪水位▽72.94m，相应为330.18万，校核洪水位▽73.3m，校核水位库容340万 ，水库设计标准为50年一遇，校核标准为1000年一遇。水库灌溉农田面积4200亩是一座具有防洪、灌溉、旅游等综合效益较好的小㈠型水库。该水库的水位和库容关系如下：

水 位(m) 475055 6065 68 69 70 71 72 72.272.94 73.3库容(万)0 6 31.583162225 243265 281303 310 330.18340

　　在石门岩水库下游有一座库容为85万的小㈡型赖桥水库，该水库坝型为均质土坝，坝址上集雨面积 5.87km²（包括石门岩水库4.4km² ）,该水库设计调控能力的洪峰流量达57.66/s，洪水总量达w=89.05万 ，校核调洪能力的洪峰流量达92.15/s,洪水总量达150.78万。是一座调蓄能力较好的水库。

2、设计洪水推求

　　2.1 洪峰流量计算

　　石门岩水库流域没有实测的洪水资料，本文设计洪峰流量采用推理公式,计算出各种频率的24小时洪水总量 W_mp 和相应的洪峰流量Q_mp （表1-1)。

　　设计洪峰流量计算式：

Qm＝0.278φF

式中：0.278单位换算系数

φ洪峰迳流系数

S_P 为某一频率雨力，以mm/h计。

τ汇流时间，以h计

η暴雨递减指数，取η=0.68

F流域面积，以㎞²计

　　2.2 设计洪水总量按下式推算：

_{Wmp =0.1H24P .φ.F}

式中：H_24P 某频率24小时暴雨，以mm计

W_mp某频率洪水总量，以万m³计

η洪峰迳流系数

F流域面积，以KM²计

暴雨参数S_P (雨力)，按下式计算

= ==K_P

式中H_24P 某种频率的24小时设计暴雨量(mm)

H₂₄ 最大24小时暴雨量的多年平均值(mm)

K_P 由频率P、最大24小时暴雨的变差系数C_V24 及偏态系数C_S24 (取C_S24 =3.5C_V24 ),在K_P 值表中

查得C_V24 =0.36

　　计算过程中，有关参数的选定，参照《龙岩地区水利工程勘测设计若干规定》，以及《由暴雨推求设计最大洪水流量诺模图的研制》、《龙岩地区水文图集》等。石门岩水库洪峰流量和洪水总量计算结果见表1-1石门岩水库Q_mP ～W_mp关系计算表

表1-1

P(%)φτηH_24PFK_PS_PQ_mpW_mpT500.81.80.68924.40.9333.321.832.48.25200.81.80.681254.41.2645.129.644.08.26100.811.80.681474.41.4853.035.252.48.2750.831.80.681674.41.6960.541.261.08.233.330.851.80.681814.41.8365.545.767.78.2320.871.80.681934.41.9569.849.873.98.2410.891.80.682134.42.1577.056.283.48.240.50.911.80.682324.42.3483.862.592.98.26500.81.80.68924.40.9333.321.832.48.25200.81.80.681254.41.2645.129.644.08.26100.811.80.681474.41.4853.035.252.48.2750.831.80.681674.41.6960.541.261.08.23

3、洪水标准复核

　　3.1 设计洪水标准复核：原设计洪水位为▽72.94m，相应库容为330.18万，正常水位为▽72.2m，正常水位库容为310万。因此，设计洪水位以下的滞洪库容为V_m =330.18-310=20.18万 ，开敞式溢洪道宽B=30m，设计洪水位溢洪水深为0.74m，则溢洪道下泄洪量q_m =1.55BH^3/2 =1.55×30×0.74^3/2 =29.6/S。

采用高切林调洪计算公式求得：

q_m=Q_m（1-）

则来水总量为：W=

即 W=

根据上式，可先计算一系列的W、Q_m 值，建立W～Q_m 关系曲线，见表3-1，再与表1-1联解出W，即可推算出设计洪水相应的频率标准。

石门岩水库Q_m ～W关系曲线表

　　表3-1

洪峰流量Q_m (/S)40 50 60 70 80 90 100 洪水总量W(万) 77.62 49.4639.83 34.97 32 30 28.66

　　根据表1-1和表3-1，点绘Q_m ～W和Q_mp ～W_mp关系曲线。以表3-1的Q_m 为纵坐标，W为横坐标，点绘Q_m ～W关系曲线；再以表1-1中的Q_mp 为纵坐标，W_mp 为横坐标，在同一张纸上点绘Q_{mp ～} W_mp关系曲线，两线交点的横坐标即为设计洪水标准从溢洪道顶到设计水位可拦蓄的水量W，纵坐标即为设计标准下从溢洪道顶到设计水位可滞洪的洪峰流量Q_m ，再以Q_m ，W值从表1-1中即可查算出相应的防洪标准频率值，经查得：W=64万，Q_m =43.23/S，相当于P=4%的洪峰和洪量。因此，石门岩水库的设计标准为25年一遇。

　　3.2 校核洪水标准复核：原校核洪水位为△73.3m，相应库容为 340 万。因此，滞洪库容V_m =30万，从溢洪道下泄的流量为 q_m ＝1.55BH^3/2 ＝1.55×30×1.1^3/2 =53.65/S，采用高切标调洪计算式得

W=

即 W=

根据上式可计算出一系列的Q_m、W值，建立Q_m～W 关系曲线表,见表3-2,再与表1-1联解出Q_m和W,即可推算出校核洪水位下,可拦蓄的洪量W=109.5万,洪峰Qm＝73.9/S，它相当于P=0.18%的洪峰和洪量。因此，石门岩水库的校核标准内550年一遇。

石门岩水库Q_m ～W关系曲线

表3-2

洪峰流Qm (m³/S)65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 洪水总量W (万m³) 171.81128.44105.3991.08 81.34 74.28 68.92 64.72 61.34 58.56

4、防洪允许最高洪水位的确定

　　洪水标准分两级：一级称设计标准，当遇到设计标准洪水时，要求水库能正常运用，一切建筑物都维持正常工作，水库最高洪水位不超过设计洪水位；另一级称校核标准，当遇到校核标准洪水时，属于非常情况运行，此时库水位超过设计洪水位，达到校核洪水位，此种情况仍要求水库主要建筑物(大坝)确保安全。

　　根据以上洪水标准分级原则，石门岩水库防洪允许最高洪水位的确定，必须综合考虑以下几个方面的情况：

　　4.1 下游河道情况及防汛要求

　　石门岩水库下游紧接着就是赖桥水库，赖桥水库坝型为土坝，土坝下游是连城县城区，因此防洪安全至关重要，为确保水库安全，汛期石门岩和赖桥水库务必进行协调联合调度。赖桥水库设计标准为20年一遇设计、300年一遇校核，设计入库洪峰流量为57.66m³/s；校核入库洪峰流量为92.15/s³,其中：从石门岩水库坝址到赖桥水库坝址区间的设计和校核洪峰流量为16.46/S和24.75/S；从石门岩水库溢洪道允许下泄的流量分别是41.2/S和67.4/S，相对应的石门岩库水位分别为▽73.12m和▽73.48m。但经复核石门岩水库25年一遇的设计洪水位为▽72.94m，溢洪道相应下泄量为29.6/S,550年一遇的校核洪水位为▽73.3m，溢洪道相应下泄量为53.65 /S,可见石门岩水库在设计和校核洪水标准时的溢洪道下泄量,均小于赖桥水库允许石门岩水库的相应下泄量,因此石门岩水库在设计和校核洪水标准内所下泄的洪水不会影响赖桥水库的调洪排泄能力。

　　4.2 工程质量

　　石门岩水库于1975年5月竣工后，蓄水运行，发现大坝背水坡有渗漏现象，曾经对大坝进行过二次钻孔灌浆除险加固，但目前大坝背坡仍有大面积的渗水，而石门岩水库库面开展旅游业，要保持长期高水位运行，渗水问题不解决，长此以往对大坝的安全会带来一定影响。另外，水库大坝高水位溢洪考验机率较少，只在1974年6月18日洪水时，溢洪水深达0.7m，相应洪水位为▽72.90m经受过考验。因此，一方面大坝渗水问题应进一步得到处理，另一方面防洪限制水位应以历史考验过的洪水位作为基础。

　　综合以上原则及情况，石门岩水库防洪允许最高洪水位确定在▽72.94m，相当于P=4%，即防洪标准为25年一遇的设计洪水位较为妥当。

5、汛限水位的确定

　　为了使汛期洪水严格控制在允许最高洪水位以下运行，水库防洪调度标准必须大于防洪允许最高洪水位的标准，以此来确定汛限水位，供防汛指挥长作指挥水库调度决策的依据。汛限水位在溢洪道顶以下，洪水来临时一部分洪水先填充汛限水位到溢洪道堰顶之间的库容，以V₁ 表示。这样，溢洪道以上的滞洪库容V_m 只需对剩余水量(W-V₁)进行调节。根据高切林调洪计算方法，可以近似地认为

V1=W-

式中：V1汛限水位至溢洪道顶之间的库容(万)

W 一定频率的洪水总量(万 )

Q_m 洪峰流量(/S)

q_m 最大泄流量(/S)

V_m 滞洪库容(万)

　　石门岩水库允许最高洪水位确定在▽72.94m时，相对应的滞洪库容为V_m ＝20.18万，此时溢洪道下泄P＝4％的最大流量为q_m =29.6/S。

　　若汛期控制按50年一遇的洪水编制计划，最大洪峰流量49.8/S；洪水总量W＝73.9万，按上式计算得V₁ =24.15万,则水库相应库容为285.85万，查水位库容关系表得：汛限水位为▽71.20m。

　　若汛期控制按100年一遇的洪水编制计划，最大洪峰流量Q_m＝56.2/S;洪水总量W＝83.4万，同样按上式计算得V₁ =40.76万,水库相应库容为269.24万，查水位库容关系表得:汛限水位为▽70.20m。

　　但着限于石门岩大坝防渗问题尚未彻底解决，且大坝腾空库容的能力低(只有放水孔 0.5～0.8/S的流量预泄)，同时考虑到石门岩水库库面最佳旅游水位变幅在▽70.7～▽72.2m之间，要使汛限水位至允许最高洪水位下运行调度，既确保大坝安全度汛，又不影响库面旅游，定汛限水位为▽71.2m，即按50年一遇洪水编制运用计划是较为理想的。