首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 水利水电工程论文 > 浅析李家川水库除险加固设计洪水复核计算

浅析李家川水库除险加固设计洪水复核计算

2023-11-09 774 上传者：管理员

摘要：李家川水库以供水为主，是一座兼有防洪、灌溉功能的Ⅳ等小(1)型水库，目前存在隐患，特别是大坝渗漏严重，直接影响大坝的安全和供水作用。做好水库除险加固工作，是保障水库大坝安全运行的基础性工作，能够更好地发挥水库效益。本文采用洪峰面积关系法、水文比拟法、推理公式法对李家川水库设计洪水复核计算。计算结果显示，300 a一遇设计洪峰流量891 m3/s, 30 a一遇396 m3/s,结果可为水库除险加固提供技术依据，更好地发挥小(1)型水库效益。

关键词：
供水
复核
水库
渗漏
设计洪水
加入收藏

李家川水库位于彬州市城区西南水帘河中游，属Ⅳ小(1)型水库，按照水利部国务院办公厅《关于切实加强水库除险加固和运行管护工作的通知》和《国务院关于“十四五”水库除险加固实施方案》的批复，做好水库除险加固工作，是保障水库大坝安全运行的基础性工作，能够更好地发挥水库效益，因此本文通过设计洪水复核计算，为李家川水库除险加固提供科学依据。

1、概况

李家川水库位于彬州市城区西南水帘河中游，水库控制流域面积160.5 km2,占全流域面积87.2%,坝址以上干流河长30.65 km, 河道平均比降15.3%,本流域属黄土高原沟壑区，流域内地表陡峻，沟壑纵横，塬高沟深，植被较少，水土流失严重。水帘河洪水的形成，主要由流域内暴雨特性决定，其特点是峰高、量小、历时短、峰形尖瘦。李家川水库建筑物级别为4级，设计洪水标准为30 a一遇，校核洪水标准为300 a一遇，水库正常蓄水位为961.21 m, 设计洪水位963.72 m, 校核洪水位964.14 m, 死水位956.53 m, 死库容247 m3,兴利库容109万 m3,泄洪库容131万 m3,总库容487万 m3。

2、设计洪水复核计算

2.1 依据

按照《防洪标准》(GB 50201-2014);《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL 44-2006);《水利工程水利计算规范》(SL 104-2015);《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252-2017)。

同时参照《陕西省咸阳市彬县李家川水库除险加固工程实施方案水文分析计算报告》、《陕西省咸阳市彬县李家川水库除险加固工程初步设计报告》的洪水计算，进行了复核计算。

2.2 方法

按《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-2006)规定，能够精确可靠的计算项目区洪水量计算，对设计洪水计算采用“多种途径，多种方法，综合比较，合理选定”的原则，本次复核设计洪水，采用洪峰面积关系法、水文比拟法、推理公式法三种方法。

2.3 洪水分析计算

2.3.1 洪峰面积关系法

根据《咸阳市实用水文手册》洪峰流量与汇水面积经验关系式和加入流域特征的经验关系式。

计算公式：

QN=KNFn (1)

式中：QN为重现期为N的设计洪峰流量(m3/s);n、KN为重现期为N的经验参数；F为设计流域面积(km2)。公式中的参、指数 KN、n 值，从《咸阳市实用水文手册》中查得。参、指数，见表1。

表1 洪峰面积相关公式参数表

表2 洪峰面积相关法不同频率年最大洪峰流量成果表

2.3.2 水文比拟法

李家川水库属于水帘河的上游地带，水库控制面积以上水帘河主要由小支流而成。由于该河流未设有水文(位)站，但河流区域的下垫面与冶峪河相似，可用冶峪河上的淳化水文站作为参证站。

淳化水文站从1964-2021年58 a洪水系列进行频率计算。按连续系列进行频率计算，洪量统计参数的初值用距法计算，按P—Ⅲ型曲线实现计算得到淳化站洪水流量24 h、72 h统计数和不同频率计算是时段洪水量。

1)可靠性分析

冶峪河淳化站1964-2021水位及大断面资料均为水文年鉴整编成果。该站测验河段顺直，断面冲淤变化小，中低水及部分高水均采用流速仪测流，高水采用均匀浮标或中泓浮标法测流。经查阅几场大水实测流量资料，洪水过程控制完整，中泓浮标个数符合规范要求，浮标系数采用合理，数据准确可靠。

2)一致性分析

冶峪河淳化站以上，干支流未建大中型水利工程，人类活动对淳化站的洪水影响较小，因此该站1964-2021年最大洪峰流量系列一致性好。

3)代表性分析

系列丰枯变化分析，从过程线图1来看，在58年系列内基本上包括了丰、平、枯时段和各种来水组合，连续大水时段和连续小水时段交替出现，呈现周期性变化。

图1 淳化站历年最大洪峰流量过程线

统计参数稳定分析，均值、变差系数Cv与历时的关系分析，顺时序和逆时序分别累加洪峰流量均值和变差系数Cv值，并点绘其与历时t关系曲线图见图2,正时序计算，可以看出，系列愈短，变幅愈大，随着系列增长，趋于稳定，说明冶峪河流域洪峰流量均值和变差系数Cv值已稳定。

图2 淳化站均值、变差系数Cv与历时曲线图

差积曲线分析，点绘洪峰流量差积曲线见图3,洪峰流量差积曲线为单峰型，表示形成系列的丰、枯历时长，且变幅大，需要较长系列才可具有代表性。冶峪河资料系列从1964-2021年己达58 a, 具有很好的代表性。

图3 淳化水文站最大流量差积曲线图

4)淳化站设计洪峰流量计算

淳化站历史调查洪水最大年份为1933年的881 m3/s, 在3次调查的洪水当中，最大量值为1979年的524 m3/s, 1971年的449 m3/s、1978年的432 m3/s。3次历史调查洪水较小不具备特大值的条件，不作特大值处理、也不参加频率计算。实测系列中1933年值明显大于其它值，将其作为特大值处理，重现期按1933年以来至今100 a考虑。采用P—Ⅲ型曲线分析计算得淳化水文站统计参数如下：均值Q=110 m3/s, Cv =1.7,Cs =2.5Cv; 各频率的设计流量成果详见表1和淳化站设计洪水频率曲线见图4。

图4 淳化水文站洪峰流量频率曲线图

5)成果合理性分析及采用

本次收集到的《李家川水库除险加固初步设计》、《陕西省防汛手册》(2004年)关于淳化水文站的频率计算成果，并与本次计算成果加以比较，见表4。

表3 淳化水文站各频率设计洪峰流量表

表4 淳化站设计洪峰流量计算成果分析表

本次计算300 a和30 a一遇洪峰流量成果与《陕西省防汛手册》计算成果偏大，分析原因是加入1933年调查洪水，并且特大值处理，故计算成果上述成果偏大，与2002年5月陕西省三门峡库区勘测设计院编制的《李家川水库除险加固初步设计》计算成果相近，成果合理可靠，淳化水文站设计洪峰流量采用本次计算成果，即300、30 a一遇洪峰流量采用1 297 m3/s、576 m3/s。

以参证计算成果Qp0.33%=1 297 m3/s、Qp3.33%=576 m3/s为依据按照面积比拟法推求李家川水库设计洪水洪峰流量。其计算公式为：

Q设=Q参×(F设F参)n (2)

式中：Q设、Q参分别为设计断面和淳化水文站洪峰流量；F设、F参分别为水库控制面积和参证站控制流域面积，其中F设=160.5 km2,参证站F参=282 km2;n为指数，n=0.667。

根据《咸阳市实用水文手册》计划兴建的工程在水文测站处或控制面积相差20%以内的直接采用参证站成果。但该水库流域下垫面河淳化站所处的冶峪河基本相似，可采用淳化站计算洪峰流量成果。计算结果见表5。

2.3.3 推理公式法

推理公式法是由暴雨资料推求设计洪水计算方法。

根据暴雨资料推求设计洪水，是缺乏水文资料中小流域最常用的计算方法。依据《咸阳市实用水文手册》提供的方法和有关参数，由设计暴雨推求各河段控制断面及支流的设计洪峰流量。

表5 水库区不同重现期设计洪峰流量表

1)产流过程

根据流域所在的产流分区渭河Ⅱ北区，按超渗产流模型，取前期影响雨量Pa=50 mm。根据平均入渗率和土壤含水量关系式推求。

2)净雨过程

设计暴雨逐时段扣除入渗损失和时段平均潜流量，潜流百分数取30%。见表6和表7。

3)设计洪水洪峰流量计算

根据《陕西省中小流域暴雨洪水图集》和《咸阳市实用水文手册》产汇流分区图泾河流域属于渭河Ⅱ北区，则：

m=1.34θ0.578HR-0.514 (3)

θ=L/(F×J)12 (4)

式中：L为坝址以上河长(30.65 km);F为坝址以上流域面积(160.5 km2);J为坝址以上河道平均比降(0.0153)。

计算得到坝址以上流域不同频率的汇流参数。

再根据汇流参数计算汇流历时：τ=0.278 L/(mJ1/3Qm1/3),得到Qm～τ关系曲线如表6和表7。

表6 Qm～τ关系曲线(P=0.33% m=0.97)

表7 Qm～τ关系曲线(P=1% m=4.25)

再由净雨过程计算P=0.33%、P=1%的Qm～t关系曲线，Qm～t关系曲线见表8和表9。

计算公式：Qm=0.278(∑ht/t)F (5)

表8 P=0.33%的Qm～t关系曲线

表9 P=10%的Qm～t关系曲线

将Qm～τ曲线和Qm～t曲线点绘于同一张图上，见图5及图6。曲线交点的纵坐标即为洪峰流量，横坐标为汇流历时，并回加潜流，潜流峰值采用Q潜=0.556 R潜F/T计算，可得洪峰流量为：

P=0.33% Qm=1 020 m3/s; τ=3.7 h。

P=30% Qm=495 m3/s; τ=3.5h。

图5 P=0.33% Qm-τ与Qm-t关系曲线

图6 P=30% Qm-τ与Qm-t关系曲线

4)设计洪峰流量确定

依据推理公式计算Qm=0.278∑httF

李家川水库的设计洪峰流量见表10。

表10 李家川水库设计洪水计算成果

3、设计洪水成果选用

由上述三种方法计算李家川水库设计洪水洪峰流量成果汇总见表11。

表11 李家川水库设计洪水计算成果汇总表

从表11中可以看出，水文比拟法计算所得结果最小，推理公式法所得结果最大。但是，采用《咸阳市实用水文手册》及《陕西省中小河流水文图集》方法计算已经不能适应现在水资源量计算，依据提供的经验公式法、暴雨资料推求等方法，计算出来数据出入比较大。水文比拟法计算过程中采用淳化实测洪水系列资料，项目区所在流域面积与水文站控制流域面积超过±5%,水库流域下垫面河淳化站所处的冶峪河基本相似，通过比拟计算出的相近河流的洪峰流量较为可靠。故300 a一遇、30 a一遇设计洪峰流量分别采用891 m3/s、396 m3/s。

4、结语

按照《关于切实加强水库除险加固和运行管护工作的通知》要求，以防洪标准30 a一遇洪水设计，300 a一遇洪水校核的来分析水库设计洪水，采用水文比拟法所得结果，300 a一遇设计洪峰流量891 m3/s, 30 a一遇396 m3/s, 结果可为李家川水库除险加固提供科学依据。

文章来源:王雪婷,贾云龙,张甲栋.浅析李家川水库除险加固设计洪水复核计算[J].地下水,2023,45(06):213-215.